한국전력 HVDC 신기술로 앞서간다! 대용량케이블 인증, 무인잠수정 개발

HVDC 신기술로 앞서간다! 대용량케이블 인증, 무인잠수정 개발

우리나라 남해 밑에는 육지와 제주도 사이에 전력을 수송하기 위해 해저 HVDC 케이블이 깔려 있다. 1998년 3월 해남과 제주를 연결하는 #1 HVDC(High Voltage Direct Current)가 건설되고, 2013년 8월에는 추가로 진도와 제주를 잇는 #2 HVDC가 준공되었다. 최근에는 늘어나는 제주지역의 수요와 풍력 등 재생 전원확대에 대비하여 #3 HVDC 건설을 추진하고 있다. 한편 내륙에서도 전력망의 고장 전류 증가와 조류 편중 등 기술적 문제 해소와 전력설비 수용성을 높이기 위해 HVDC 설비를 확대 설치해 가고 있다. HVDC는 전 세계적으로 매우 유망한 기술로 평가받고 있으며, Siemens, ABB, GE 등 글로벌 기업이 HVDC 시장을 선도하고 있다. 우리 회사 신송전사업처에서도 국내 HVDC 기술 수준을 높이기 위한 R&D를 활발히 추진 중이며, 최근에는 500kV HVDC MI PPLP 케이블과 해저케이블 점검 무인잠수정 개발을 추진하여 완료 단계에 있다.
국내 기술적용 500kV MI PPLP 케이블 공인인증 완료

우리 회사는 최근 순수 국내 기술력으로 제작한 500kV MI PPLP 케이블을 개발하고 관련 공인인증을 취득했다. 충남지역의 대용량 발전력을 수도권으로 전송하고 기설 765kV 송전선로의 고장을 대비하는 등 안정적으로 전력을 공급하기 위해 북당진~고덕 프로젝트를 계획하면서, 대용량 전력전송에 적합한 HVDC에 최적화된 케이블 개발의 필요성이 대두되었다. 대용량 전력을 HVDC 지중송전선로로 전송하기 위해서는 국제규격에 부합하고 우리나라 환경에 적합한 고전압의 대도체 케이블이 필요하다.
현재 진도~제주 간 #2HVDC에 설치된 케이블은 250kV급으로 해저에 설치되어 해수에 의한 냉각 효과로 인해 육상구간 지하에 설치할 때보다 송전용량이 증대된다. 이에 반해 북당진-고덕 HVDC 프로젝트의 경우 500kV급의 높은 전압에다가 지하에 매설될 계획으로, 기존의 해저케이블 기술로는 한계가 있어 대용량 대도체 HVDC 케이블인 500kV급 MI PPLP케이블 개발을 추진하였다.
이번에 개발된 HVDC MI PPLP 케이블은 기존의 MI(Mass Impregnated) 케이블보다 절연체로 폴리프로필렌 적층 절연지를 사용하여 도체의 허용온도를 높임으로써 MI케이블 대비 약 30% 이상의 전력을 더 전송할 수 있다. 현재 전 세계적으로도 500kV급 MI PPLP 케이블을 상용화한 사례가 없으며, 상용화를 위한 국내ㆍ외 기준 및 장기신뢰성 검증 사례도 없는 실정이었다.
장기신뢰성 검증이란 케이블 설치 후 케이블의 운영 중 발생 가능한 여러 상황을 모의하여 각종 시험을 시행하는 과정으로 케이블 개발과정 중 가장 중요한 시험이다. 이에 북당진-고덕 HVDC 프로젝트에 적용할 500kV급 대용량 HVDC 케이블 개발 및 상용화를 목표로 국내 케이블 제작사와 합동으로 추진과 동시에 세계 최초 KEPCO형 장기신뢰성(PQ) 시험기준을 마련하고 국내 건설현장 여건을 반영한 시험선로를 구성하였다. 장기신뢰성(PQ) 시험은 케이블이 설치될 북당진-고덕 HVDC 건설현장의 도로, 굴착 등 실제 여건을 반영하여 2017년 9월부터 7개월간 시행되었으며 실 계통에서의 안정적인 운영을 위한 사전 검증을 완료함으로써 2018년 3월 31일 세계 최초로 500kV MI PPLP 케이블 개발을 성공적으로 완료하였다. 또한, 향후 시행될 국내외 HVDC 사업에 적용할 수 있어 북당진-고덕 HVDC 2단계, 동해안~수도권 계통연계 프로젝트 및 국가 간 전력망을 연결하는 슈퍼그리드 사업 등에도 사용될 것으로 전망된다. 아울러 국내 자체 기술로 제작한 대용량 HVDC 케이블을 해외시장에 수출할 수 있는 기반을 마련하였다.

HVDC 해저케이블 점검용 소형 무인잠수정 개발

현재 제주지역의 안정적인 전력공급을 위해 운영 중인 육지와 제주 간 HVDC 해저케이블의 다양한 위험요소를 완벽하게 차단하기 위하여 선박 감시체계를 구축하여 설비를 관리하고 있다. 해저케이블을 보호하기 위한 감시는 위해 선박의 움직임을 해상에서 순시하고 관찰하는 순시선박과, 해저케이블 통과 해역의 통행 선박을 실시간 감시하는 레이더 감시시스템으로 해상감시를 수행하고 있다. 해저케이블 점검은 해저에 매설되어 운영 중인 케이블의 이상 유무를 점검하기 위해, 잠수점검과 고주파 신호를 이용한 음향점검으로 시행하고 있다. 육지~제주 간 #1HVDC 케이블은 해저 0m~160m 깊이에 매설되어 있으며, 수심 50m 이상 깊이의 심해구간 점검 시 잠수부 직접점검이 불가능하여, 고주파 신호 음향점검 방식을 적용하고 있으나, 탐지장비의 정확도가 낮아 설비 이상 유무를 판단하는데 어려움이 따른다. 이에 따라 심해구간 영상 직접점검 및 이상 유무 탐지가 가능한 소형 무인잠수정 개발을 추진하였다.
지난해 3월 개발에 착수하여 잠수정 본체 내압시험과 수조시험 등을 거쳐 개발한 잠수정은 해저케이블 순시선박에 설치하여 케이블 점검에 활용할 수 있도록 개발하였다. 이번에 개발된 해저케이블 점검용 무인잠수정(K-Blue Eye 200)은 최고수심 200m까지 잠수가 가능하며, 속도 3노트(knot), 고효율 LED 조명, HD 카메라, 이미징 소나 및 위치·속도제어 센서 등을 탑재하여, 케이블 근접 영상을 실시간 전송할 수 있어 점검 신뢰도의 획기적인 향상과 이상개소 발견 시 즉시 조치를 시행하는 등 해저케이블 설비관리의 전환점을 마련하였다. 무인잠수정 개발을 주관한 신송전사업처와 제주지역본부는 지난 4월 제주해역의 수심 120m 깊이에서 무인잠수정 운전에 대한 실해역 실증을 하였고 HVDC 해저케이블 점검 현장에 직접 운용할 예정이다. 또한, 향후 건설 예정인 HVDC 해저케이블 사업에도 활용될 예정이다.
<출처 : 월간KEPCO>