HVDC 변환기 변압기 보호배전반은 고전압 직류 송전 시스템 내에서 가장 핵심적인 설비 중 하나인 변환기 변압기(Converter Transformer)를 정밀하게 보호하기 위해 설계된 보호시스템이다.
본 보호반은 차동 보호(87T), 과전류 보호(50/51), 지락 보호(64/51N) 를 중심으로 구성되며, 이는 변압기 내부 고장, 외부 단락, 접지 이상 등 다양한 고장 상황에 대해 고속 감지 및 차단 동작을 수행한다.
적용되는 보호 계전기는 Siemens의 SIPROTEC 7UT 시리즈로, 변압기의 1차 및 2차 권선 보호는 물론, 중성점 보호, 탭 체인저(Tap Changer) 연동 감시 등 다양한 보호 요소를 통합하여 고장 범위의 명확한 식별과 안정적인 운전을 지원한다
또한, 본 보호배전반은 HVDC 제어 시스템 및 SCADA와 완전한 통신 연동이 가능하며, 온도 감시 기능, 이벤트 로그 저장, 시험 인터페이스 등을 포함하여 운전 중 실시간 상태 감시와 고장 이력 분석이 가능한 지능형 보호시스템으로 구성된다.

HVDC 시스템 내 Double Tuned Filter(DTF)는 특정 고조파(예: 11차, 13차 등)를 제거함으로써 전력 품질을 향상시키는 핵심 설비이다.
이러한 필터는 고조파 전류에 매우 민감하여, 고장 발생 시 HVDC 계통 전체에 악영향을 줄 수 있으므로 정확하고 신속한 보호가 필수적으로 요구된다.
더블 튜닝 필터 보호배전반은 Siemens의 SIPROTEC 7SJ 시리즈 보호 계전기를 기반으로 구성되며, 다음과 같은 다중 보호 요소를 통합하여 고조파 이상, 과전류, 전압 이상 등의 다양한 고장 상황에 대응한다.
우선, 과전류 보호(50/51) 기능을 통해 필터 회로 내 단락이나 과부하 전류 발생 시 즉각적인 차단이 가능하며, 비대칭 전류 보호(46) 는 3상 불평형 상태를 감지하여 필터 설비의 손상을 사전에 방지한다.
또한, 고조파 이상 보호(81H) 기능은 설정된 고조파 성분(예: 11차, 13차 등)이 기준값을 초과할 경우 보호 동작을 수행하며, 과전압 및 저전압 보호(59, 27) 기능은 필터 운전에 영향을 미치는 전압 이상 상태를 감지하고 안정적인 계통 운전을 지원한다.
이와 함께, 필터 특성 이상 감시(91) 기능을 통해 필터 내부의 리액터(R), 콘덴서(C), 저항(R)의 전기적 반응에 이상이 발생할 경우, 필터 보호 계전기가 차단 또는 경보 동작을 수행하여 계통 전체의 품질 저하를 예방한다.

HVDC 계통에서 High Pass Filter(HPF)는 고주파수 대역의 고조파 성분, 특히 23차 이상의 고차 고조파를 제거하여 전력 품질을 유지하고 설비의 안정성과 수명을 보호하는 핵심 장치이다.
이 필터는 송전 계통 내에서 발생하는 고주파 노이즈와 전압 왜곡을 억제함으로써, 설비 오동작 방지와 절연 파괴 예방에 기여한다.
이러한 하이패스 필터의 민감한 운전 특성을 고려하여, 하이패스 필터 보호배전반은 Siemens의 SIPROTEC 7SJ 시리즈 보호 계전기를 적용하여 구성되며, 다양한 이상 상태에 대해 정밀하고 신속한 보호 동작을 수행할 수 있도록 설계된다.
우선, 과전류 보호(50/51) 기능을 통해 필터 회로 내 단락 또는 과부하 전류 발생 시 즉각적인 차단이 가능하며, 비대칭 전류 보호(46)는 3상 전류 불평형 유입 시 계전기가 자동으로 동작하여 장비의 손상을 방지한다.
또한, 고조파 이상 보호(81H) 기능은 고차 고조파가 설정된 기준값을 초과할 경우 이를 감지하고, 계통 전체에 미치는 영향을 차단하는 방식으로 필터의 기능을 보조한다.
이외에도, 과전압 및 저전압 보호(59/27)는 필터 입력단이나 병렬 회로의 전압 이상 상태를 감지하여 설비의 정상 운전을 유지할 수 있도록 하며, 필터 특성 이상 감시(91) 기능은 RLC 회로의 임피던스 변화, 공진 이상, 고주파 응답 이상 등의 상태를 감지하여 필요시 차단 또는 경보를 발생시킨다.

HVDC 시스템에서 사용되는 Shunt Capacitor(셔트 커패시터) 는 계통의 무효전력 보상 및 전압 조정을 위한 핵심 설비로, 특히 교류 측 필터부나 변환기 입력단에 설치되어 전압 안정화와 전력 계수(Power Factor, PF) 개선에 기여한다.
이와 같이 계통 운전에 필수적인 설비인 커패시터 뱅크는 고장 발생 시 절연 파괴, 과열, 설비 수명 저하로 이어질 수 있으므로 이를 신속하고 정확하게 보호할 수 있는 보호시스템이 요구된다.
셔트 커패시터 보호배전반은 Siemens의 SIPROTEC 7SJ 시리즈 보호 계전기를 중심으로 구성되며, 과전류, 고조파, 접지 이상, 전류 불평형 등 다양한 이상 상태를 정밀하게 감지하고, 빠르게 차단 또는 경보 동작을 수행할 수 있도록 설계된다.
먼저, 과전류 보호(50/51) 기능을 통해 커패시터 뱅크에 유입되는 충전전류 또는 고장전류를 감지하여 기기 손상을 방지하기 위한 빠른 차단 동작이 가능하며, 비대칭 전류 보호(46)는 3상 불평형이 발생할 경우 이를 실시간으로 감지하여 내부 소자 보호에 기여한다.
또한, 지락 보호(64N 또는 51N) 기능은 접지 경로를 통한 이상 전류 흐름을 탐지하며, 고조파 보호(81H)는 공진 조건 또는 고조파 유입으로 인한 과전류 및 전압 이상 발생 시 차단 또는 경보 동작을 수행한다.
이외에도, 과전압 보호(59) 기능은 계통 전압 상승이 커패시터 절연 한계를 초과하지 않도록 제어하며, 접점 고장 감시(74TC)는 차단기나 제어 접점 장치의 오작동 또는 미동작 상태를 감지하여 운영자의 대응을 지원한다.

HVDC 시스템에서 사용되는 Shunt Reactor(셔트 리액터)**는 계통의 무효전력 흡수 및 전압 안정화를 위한 핵심 설비로, 특히 장거리 송전선 말단이나 모선에 설치되어 경부하 시 발생하는 전압 상승을 억제하고 계통 운전의 안정도 유지에 기여한다.
이와 같이 계통 운전에 필수적인 설비인 리액터 뱅크는 고장 발생 시 권선 절연 파괴, 과열, 내부 단락 등의 손상으로 이어질 수 있으므로 이를 신속하고 정확하게 보호할 수 있는 보호시스템이 요구된다.
셔트 리액터 보호배전반은 Siemens의 SIPROTEC 계전기 시리즈를 중심으로 구성되며, 87R 차동 보호는 7UT8 시리즈, 그 외 다기능 보호는 7SJ8 시리즈 계전기를 적용하여 과전류, 과열, 접지 이상, 전류 불평형 등 다양한 이상 상태를 정밀하게 감지하고, 빠르게 차단 또는 경보 동작을 수행할 수 있도록 설계된다.
먼저, 차동 보호(87R)는 리액터의 입력 및 출력 전류를 비교하여, 내부 단락이나 절연 파괴와 같은 내부 고장 상황을 정확하게 판단하고 빠른 차단 동작을 수행하여 리액터 보호에 핵심적인 역할을 한다.
이 기능은 SIPROTEC 7UT8 시리즈를 통해 구현된다.
또한, 과전류 보호(50/51) 기능은 리액터에 유입되는 외부 고장 전류를 감지하여 기기 손상을 방지하며, "과열 보호(49)"는 열 모델 기반으로 전류 누적 상태를 분석해 권선 온도 상승을 사전에 감지하고, "비대칭 전류 보호(46)"는 3상 불평형 발생 시 실시간 감지를 통해 내부 이상 발생을 예방한다.
지락 보호(64N 또는 51N) 기능은 접지 경로를 통한 이상 전류 흐름을 탐지하며, “전압 이상 보호(27/59)”는 계통 전압의 과상승 또는 저하로 인한 절연 파괴를 방지한다.
또한, "고조파 보호(81H)"는 고조파 유입 또는 공진 조건 발생 시 전류 이상을 탐지하여 차단 또는 경보 동작을 수행하고, "접점 고장 감시(74TC)"는 차단기 또는 제어 접점 장치의 오작동 및 미동작 상태를 실시간으로 감지하여 운영자의 신속한 대응을 지원한다.
이러한 보호 기능들은 SIPROTEC 7SJ8 시리즈를 통해 구현되며, 리액터의 장기적인 운전 신뢰성과 설비 수명 보호에 기여한다.