원전전력계통관련주요현안및 규제방향 · 제14회원자력안전기술정보회의 2009.4.6 원전전력계통관련주요현안및 규제방향 김복렬 ([email protected])

제14회 원자력안전기술정보회의2009.4.6

원전 전력계통 관련 주요현안 및규제방향

원전원전 전력계통전력계통 관련관련 주요현안주요현안 및및규제방향규제방향

김 복 렬([email protected])

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목 차

1.1. 전력계통전력계통 규제기술규제기술 동향동향

2.2. 원전원전 불시정지불시정지 및및 고장사례고장사례

3.3. 기술기준기술기준 정비사업정비사업 현황현황

4.4. 전력계통전력계통 규제방향규제방향

5.5. 맺음말맺음말

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1. 전력계통 규제기술 동향

l 소외전력계통 기기에 대한 고장모드영향분석(FMEA) 요구

l 전력서지, 낙뢰보호 및 접지기술 부각

l 무효전력 및 전압 제어관련 전원 가용도(grid-risk 민감도)

l 지중매설 케이블의 다중고장사례에 따른 안전현안 고려

l 피동형 원전의 축전지 용량(예, 72시간) 확보

l 안전관련 차단기 정비관리 문제

l 발전소 정전사고(SBO) 관련 안전성분석보고서 제출

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2. 원전 불시정지 및 고장사례

□ 원전 불시정지 및 고장 추세

l 한수원 “전력설비 신뢰도 향상 추진계획” 이행에 따른 노후화 설비 교체

및 수명관리 노력의 산물로 원전 불시정지 및 고장이 꾸준히 감소함

l 원전 2차계통 규제와 관심으로 불시정지 감소 및 발전소 안전성에 기여함

□ 원전 연도별 원자로 자동정지 발생빈도

50.058.852.661.955.669.6[2차계통 비율(%)]

50.041.247.438.144.430.4[1차계통 비율(%)]

0.40.850.951.050.901.21호기당 정지 빈도

41010131016(2차계통)

479887(1차계통)

81719211823원자로 자동정지 건수

202020202019가동원전 호기수

‘08‘07’06’05’04’03년 도

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2. 원전 불시정지 및 고장사례

□ 가동원전 불시정지 유발가능설비 개선조치

l 고리1호기 주발전기계통 아날로그 보호장치를 디지털 다중(2/3 논리) 보호

계전기로 교체

l 울진1,2호기 주변압기 압력방출장치를 다중(2/3 논리) 채널의 충격압력

계전기로 교체

l 주발전기 디지털 다중화 여자시스템으로 전면 개선 진행

l 기계식 및 정지형 보호계전기를 디지털 다중화 계전기로 교체 예정

□ 신규원전 설비개선 조치 및 KEPIC 기술표준 적용

l 신고리1,2/신월성1,2호기 터빈 및 여자기설비 디지털 다중화 보호장치 채택

l 신고리3,4호기 원전 2차계통 디지털 다중화 계전기장치(2/3 논리) 채택

l 신규원전 PSAR, 2차 계통에 KEPIC 기술기준 적용

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2. 원전 불시정지 및 고장사례

□ 2008년도 전기설비 고장유형

l 전기 기기 및 케이블 경년열화 관리

l 내환경 검증기기 경년열화 관리

l 차단기 신뢰도 향상

l 보호계전기 신뢰도 향상

l 송전선 낙뢰보호 및 접지

l 전력품질 확보

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 전기분야 기준/지침의 범위

l 설계공통사항에 관한 기준

ü 전력계통 안전등급 분류

– 안전등급 1E(Class 1E) 전력계통

– 비안전등급 (Non-Class 1E) 전력계통

ü 적용 규격 및 기준

– 안전등급 1E 전력계통 : IEEE 279, 308, 603 등

– 비안전등급 전력계통 : IEEE C50.13 등 산업규격 및 기준

ü 기기검증에 관한 기준

– 기계 및 전기 기기의 내환경검증

– 전자파 적합성 검증

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 전기분야 기준/지침의 범위

l 원자로시설의 전력계통에 관한 기준

ü 총칙

ü 소외전력계통

ü 소내전력계통

– 소내 교류전력계통

– 소내 직류전력계통

ü 발전소 정전사고(SBO)

l 동력변환계통에 관한 기준

ü 터빈발전기 제어 및 보호

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 현 황

l 규제기준

초안 개발중터빈발전기 제어/보호동력변환계통

기술분과 심의 완료초안 완료적용 규격 및 기준

기술분과 심의 완료초안 완료발전소 정전사고(SBO)

기술분과 심의 완료초안 완료소외전력계통

전력계통

기술분과 심의 완료초안 완료전자파 적합성 검증

기술분과 심의 완료초안 완료전력계통 등급분류등급 분류

기술분과 심의 완료초안 완료소내전력계통

기술분과 심의 완료초안 완료내환경 검증기기 검증

비 고개발 현황상세 규제기준구 분

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 현 황

l 기기검증에 관한 규제지침

신규 개발초안 개발중원자로시설의 안전관련 전동기제어반에 대한 검증시험3.14

심의 예정초안 완료원자로시설의 안전관련 컴퓨터-기반 계측제어계통에 대한 내환경 검증3.12

심의 예정초안 완료안전관련 계측제어계통의 전자파 장해에 대한 평가 및 검증시험3.11

심의 예정초안 완료원자로시설의 전기 접속부위에 대한 내환경 검증3.9

심의 예정초안 완료원자로시설의 케이블, 전선이음 및 결선부위에 대한 검증시험3.8

심의 예정초안 완료원자로시설의 격납건물 내부에 설치된 전동밸브 작동에 대한 검증시험3.6

심의 예정초안 완료원자로시설의 격납건물 내부에 설치된 연속운전 전동기에 대한 검증시험3.5

심의 예정초안 완료원자로시설의 안전관련 충전기 및 인버터에 대한 검증시험3.13

심의 예정초안 완료원자로시설의 안전관련 납축전지에 대한 검증시험3.10

심의 예정초안 보완원자로시설의 안전관련 전기기기에 대한 내환경 검증3.7

비 고개발 현황제 목번호

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 현 황

l 전력계통에 관한 규제지침

심의 예정초안 완료전동기구동밸브의 전동기 열 과부하 보호장치9.10

심의 예정초안 완료다수기 원자로시설의 비상 및 정지 전력계통의 공유9.8

심의 예정초안 완료전력계통의 물리적 독립성9.7

심의 예정초안 완료소내 다중 전력계통의 시운전 시험9.5

심의 예정초안 완료원자로시설의 전력계통에 관한 기준9.4

심의 예정초안 완료소내 다중 비상전원 및 배전계통의 독립성9.2

심의 예정초안 완료소외전력계통의 안정도 분석9.1

신규 개발초안 개발중전원 가용도9.9

심의 예정초안 완료원자로시설의 격납건물 전기 관통부9.6

심의 예정초안 완료원자로시설의 안전관련 디젤발전기 사용 및 시험9.3

비 고개발 현황제 목번호

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3. 기술기준 정비사업 현황

□ 현 황

l 전력계통에 관한 규제지침

심의 예정초안 완료원자로시설의 대형 납축전지 용량 결정9.18

심의 예정초안 완료보호계전기설비에 관한 지침9.17

심의 예정초안 완료주발전기설비계통에 관한 지침9.15

심의 예정초안 완료원자로시설의 낙뢰보호에 관한 지침9.14

심의 예정초안 완료원자로시설의 납축전지 보수, 시험 및 교체9.12

심의 예정초안 완료원자로시설의 납축전지 설계 및 설치9.11

심의 예정초안 완료변압기설비계통에 관한 지침9.16

심의 예정초안 완료발전소 정전사고(SBO) 이행에 관한 지침9.13

비 고개발 현황제 목번호

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙 제24조(전력공급)

ü 10CFR50, App. A, GDC17, 10CFR 50.63 & 50.65 등

l 현안내용

ü 운영기술지침서 운전제한조건에 따른 소외전력 운전성 확보

ü 발전소 정비규정(MR)에 따른 송전망 상태 감시

ü RG1.155에 의거, 소외전력 복구절차 확립

ü 빈번한 송전망 고장에 의한 소외전력 상실사건 재평가

l 규제방향

ü 효율적인 운영, 관리 및 예방점검·보수 등 협약 수립 및 이행 요구

ü 소외전력상실(LOOP) 및 발전소 정전사고(SBO) 발생빈도 감소 노력

ü 실시간 통신협정에 따른 송전망 상태감시

소외전원 및 스위치야드설비 신뢰도

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 원자력법 시행령 제42조의3 및 시행규칙 제19조의2(주기적안전성평가)

ü 안전등급 기기 경년열화 관리: 10CFR50.49, IEEE 323, 1205 등 적용

l 현안내용

ü 평가대상 계통·기기·구조물의 경년열화현상 분석

ü 경년열화현상에 따른 계통·기기·구조물의 기능 및 안전여유도

ü 계통·기기·구조물의 성능 미달시점 및 미래상태 예측

ü 계통·기기·구조물의 경년열화 완화대책 및 관리계획

l 규제방향

ü 주기적안전성평가 및 경년열화관리프로그램에 따른 전기설비 및 기기 경년열화 관리

ü 케이블에 대한 육안 검사활동을 통해, 케이블의 제작 결함 또는 설치 잘못으로 인한

터미널 손상부위의 습기 침투와 수목형성(water treeing) 점검 요구

ü 불시정지 유발가능 기기의 경년열화 관리방안 수립·이행 권고(기기의 설계수명 관리 등)

전기 기기 및 케이블 경년열화 관리

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4. 전력계통 규제방향

내환경 검증기기 경년열화 관리

l 규제기준

ü 원자력법 시행규칙 제19조의2(주기적안전성평가의 세부사항)

ü 안전등급 기기 경년열화 관리: 10CFR50.49, IEEE 323, 1205 등 적용

l 현안내용

ü 기기검증계획에 포함된 기기목록 및 관리절차 수립

ü 기기고장이 기기검증에 미치는 영향분석 및 시정조치

ü 불리한 환경조건으로부터 검증된 기기의 보호대책 등

l 규제방향

ü 검증수명(예, 40년) 미달 부품(퓨즈, 콘덴서, 계전기, O-링 등)의 경년열화 관리를

위한 정비프로그램 반영 여부

ü 불리한 환경조건으로부터 검증된 기기의 보호 및 상태감시

ü 기기제작사 변경(상용기기 사용) 등 설계변경에 따른 검증조치기록 유지

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 고압차단기 설계 및 시험: IEEE C37.06, C37.09, C37.100.1 등의 기술표준 적용

ü 안전등급 차단기 검증: IEEE 323, IEEE C37.82 등의 기술표준 적용

l 현안내용

ü 심각한 발전소 사건 발생 또는 안전계통의 성능 초래

ü 다중 트레인의 경우 공통원인고장 가능성 상존

ü 근본원인: 설계결함, 부적절한 배열관리, 잘못된 정비관행

l 규제방향

ü 안전등급 차단기의 “Closing Circuit”의 상태 감시

ü 차단기의 스프링-충진 모터의 준비상태를 감시하기 위한 주기점검계획 수립 및 이행

ü 차단기 정비프로그램에 오염이나 부식된 접점, 접속 불량, 제어회로 퓨즈 불량 등 반영

ü 차단기의 논리회로 및 동작원리에 관한 주기적인 교육훈련 실시

차단기 신뢰도 향상

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 안전등급 보호계전기: 10CFR50, App. B(QA), IEEE 603, 308, 323 등 적용

ü 비안전급 보호계전기: IEEE C37.90, IEC61810 등 기술표준 적용

l 현안내용

ü 전기-기계식(EM) 보호계전기 노후화 및 고장 증가

ü 원전의 보호계전기 결함에 의한 불시정지 횟수 발생

l 규제방향

ü 디지털 보호계전기 채택을 통한 다중화 설계전략 유도

ü 하드웨어 신뢰성 및 품질보증, 실시간 성능 검증

ü 소프트웨어 V&V 및 통신오류 Tolerant 설계

ü 내진, 전자파 및 전력서지 검증

ü 보호계전기에 대한 주기 점검·감시활동 등 경년열화 관리

보호계전기 신뢰도 향상

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 발전소 낙뢰보호 및 접지: IEEE 665, 666, 1050 등 기술표준 적용

ü 송전선로 낙뢰 서지보호: IEEE C62.23 등 기술표준 적용

l 현안내용

ü 낙뢰보호계통의 설계 및 설치 적합성 평가

ü 낙뢰보호 및 접지계통에 관한 정비프로그램 미흡

l 규제방향

ü 낙뢰보호계통에 관한 시험 및 보수프로그램 수립 및 이행

Ø 도체 및 기기의 클램프 또는 이음쇠 견고성 점검

Ø 접지대지 저항 측정

Ø 접지터미널의 접속저항 측정

Ø 서지보호장치에 대한 검사 및 시험 등

ü 낙뢰보호 및 접지계통에 대한 설치 후 검사 및 주기검사 수행

ü 낙뢰보호계통에 대해 1년에 한번씩 육안 검사와 3-5년 마다 완전검사 수행

송전선 낙뢰보호 및 접지

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 무정전전원 설계 및 시험: IEEE 944 기술표준 적용

ü 무정전전원 검증: IEEE 650 기술표준 적용

l 현안내용

ü 전기과도현상에 따른 정류기의 저전압 설정치와 인버터의 과전압 설정치 평가

ü 인버터 상불형 전압의 민감도(3상 평형부하의 경우 인버터 전압 불평형율은 정격전압±2%, 100% 불평형부하의 경우 인버터 전압 불평형율은 정격전압±5%) 분석

ü 전압상실 시 무정전전원의 고장모드 및 영향분석 평가

l 규제방향

ü 주발전기가 송전망에서 분리되어 소내부하(house load) 운전시, 소내전력계통의 전압은정격전압의 140~150%까지 상승될 수 있음을 감안하여 소내전력계통 기기보호 및 영향분석 필요

ü 무정전전원 상불형 전압의 민감도분석 수행

ü 최신 디지털기술 등 상용제품 사용에 따른 인증 및 공통모드고장 가능성 배제

무정전전원(UPS) 전력품질 확보

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4. 전력계통 규제방향

l 규제기준

ü 원자로시설 등의 기술기준에 관한 규칙 제24조(전력공급)

ü 10CFR50, App. A, GDC17, IEEE Std. 765

l 현안내용

ü 지역주민의 송전선 건설 반대에 따른 경과지 선정 및 환경영향 평가 지연

ü 신고리 1,2호기 765kV 송전선로 건설이 2년 이상 지연 예상

ü 고리 3,4호기 345kV 송전선로 한 회선을 활용하여 전력 송전 예정

ü 전력조류 및 고장전류 등 전력안정도 불안

l 규제방향

ü 신고리 1,2호기 전력안정도 분석을 철저히 검증 및 안정도 결정

ü 신고리 1,2호기 송전선로 변경에 따른 스위치야드 차단기 배열관리절차 점검

ü 필요시 고리원전 전력고장파급장치 설치 요구 및 성능 확인

신고리원전 765kV 송전선 건설지연 평가

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5. 맺음말

l 원전 소외전원 및 스위치야드설비는 소외전력상실(LOOP)과 발전소 정전사고

(SBO)와 직결되므로, 동 설비에 대한 신뢰도 확보가 필수적임

l 원전 안전관련 전기기기에 대한 경년열화 관리를 철저히 하여 발전소 안전성

및 신뢰성 확보에 기여

l 원전 불시정지 유발가능 기기(예, 주발전기)에 대한 경년열화 관리방안 수립

및 이행을 통해 불시정지를 최소화하고 안전계통에 미치는 영향 감소

l 자연 낙뢰 등에 의한 발전정지를 최소화하기 위해 설계방안 평가 및 낙뢰

보호 설비에 대한 점검•시험 프로그램 수립 및 이행 필요

l 최신 디지털 기기의 안전계통 채택에 따른 기기품질 및 전력품질 확보방안

수립 및 이행 필요