원전 스위치야드 차단기 실패 보호(50BF), 트립 맵은 소외전원 경로로 검토합니다

결론부터 씁니다. 원전 스위치야드의 차단기 실패 보호(50BF)는 일반 변전소와 같은 로직으로 짜면 두 군데서 틀립니다. 하나는 발전기 쪽 차단기가 전류가 거의 없는 상태에서 트립 지령을 받는 경우(터빈 트립 후 역전력 보호에 의한 차단 등)이고, 다른 하나는 차단기 하나의 실패가 소외전원 회선 두 개를 동시에 잃게 만드는 트립 범위입니다. 전류 검출만으로 실패를 판정하면 첫 번째를 놓치고, 트립 맵을 소외전원 독립성과 대조하지 않으면 두 번째를 놓칩니다.

두 모선 사이 차단기 세 대로 이루어진 1.5 차단방식 베이에 주변압기와 기동변압기 회선이 물리고 50BF 계전기 점선 신호가 차단기와 상대단으로 이어지는 등각 도식 — 1.5 차단방식 한 베이에서 중앙 차단기 양옆으로 주변압기·기동변압기 회선이 연결되며, 점선은 50BF 계전기의 트립과 전송 트립 경로입니다.

안전 인터락 조건을 먼저 정리합니다

스위치야드 보호는 계통 보호이면서 동시에 원전의 소외전원 공급 경로 보호입니다. 따라서 보호 동작이 빠른 것만큼, 불필요하게 넓은 범위를 끊지 않는 것이 중요합니다. 아래 조건을 보호 로직 설계의 전제로 둡니다.

□ 50BF 기동은 보호계전기 트립 출력으로만 합니다. 운전원 수동 개방 지령으로 50BF를 기동하지 않습니다(수동 개방 실패는 경보로 처리).
□ 실패 판정은 전류 검출(50) 또는 차단기 보조접점(52a) 중 하나로 하되, 발전기 관련 차단기는 두 경로를 OR로 둡니다.
□ 재트립(Re-trip)을 먼저 수행합니다. 실패 판정 전에 같은 차단기의 두 번째 트립 코일로 한 번 더 트립 지령을 보냅니다.
□ 실패 확정 시 인접 차단기 트립과 86BF 록아웃, 필요 시 상대단 전송 트립(DTT)을 수행합니다. 86BF는 수동 복귀형으로 합니다.
□ 모선 차동 보호(87B)와 50BF의 트립 출력이 같은 록아웃을 공유할 때 복귀 절차를 문서로 정의합니다.
□ 보호계전기 트립 회로와 EMO 계열 회로는 하드와이어로 구성하며, 감시 PLC는 상태 기록만 합니다.

1.5 차단방식에서 차단기 위치별 실패 영향

대형 발전소 스위치야드는 1.5 차단방식(Breaker-and-a-half)을 많이 씁니다. 두 모선 사이에 차단기 세 대가 한 베이를 이루고, 그 사이에 회선 두 개가 물립니다. 차단기 하나가 실패했을 때 어디까지 끊기는지는 그 차단기가 모선 측인지 중앙(Tie)인지에 따라 달라집니다.

실패 차단기	추가 트립 범위	상실 회선	원전 영향
모선 측(A)	A 모선 전체 차단기	해당 베이 회선 1개	다른 모선 경로로 공급 유지
중앙(Tie)	같은 베이 양쪽 차단기 + 상대단 DTT	같은 베이 회선 2개	두 회선이 발전기·소외전원이면 동시 상실
모선 측(B)	B 모선 전체 차단기	해당 베이 회선 1개	다른 모선 경로로 공급 유지

표의 시사점은 중앙 차단기 줄에 있습니다. 한 베이에 주발전기 회선과 소외전원(기동변압기) 회선을 같이 배치하면, 중앙 차단기 하나의 실패로 발전과 소외전원을 함께 잃습니다. 따라서 50BF 트립 맵을 작성할 때는 보호 범위만 볼 것이 아니라, 소외전원 회선들이 서로 다른 베이에 배치되어 있는지 함께 확인해야 합니다. 이 배치는 설계 단계에서 정해지지만, 보호 담당자가 트립 맵을 검토할 때 가장 먼저 걸러낼 수 있는 항목이기도 합니다.

50BF 판정 순서도

기동: 보호계전기 트립 출력(87, 21, 87G 등) 수신. 수동 개방은 제외.
즉시 재트립: 같은 차단기의 제2 트립 코일로 트립 지령.
실패 판정 타이머 기동. 타이머 값은 차단기 정격 차단 시간, 전류 검출 복귀 시간, 여유 시간의 합으로 정합니다.
타이머 만료 시 전류 검출(50) 동작 또는 52a 투입 유지이면 실패 확정.
실패 확정: 트립 맵에 따른 인접 차단기 트립, 86BF 동작, 필요 시 상대단 DTT 송신.
기록: 실패 차단기, 판정 경로(전류·접점), 경과 시간 기록.

ST 의사코드 — 중앙 차단기 50BF 논리

(* I/O MAP - 베이 2 중앙 차단기 CB2 실패 보호, 감시·시험용 논리 표현 *)
(* %I3.0  DI_PROT_TRIP_CB2      : 보호계전기 트립 출력 - 50BF 기동 *)
(* %I3.1  DI_CB2_52A_CLOSED     : CB2 보조접점 투입 *)
(* %I3.2  DI_CB2_50_PICKUP      : CB2 전류 검출 동작 *)
(* %I3.3  DI_BAY2_GEN_LINE      : 베이 2 회선이 발전기 회선임 - 설정 입력 *)
(* %I3.4  DI_86BF_RESET_PB      : 86BF 수동 복귀 푸시버튼 *)
(* %Q3.0  DO_CB2_RETRIP         : CB2 제2 트립 코일 재트립 *)
(* %Q3.1  DO_CB1_TRIP           : 인접 차단기 CB1 트립 *)
(* %Q3.2  DO_CB3_TRIP           : 인접 차단기 CB3 트립 *)
(* %Q3.3  DO_DTT_SEND           : 상대단 전송 트립 - IEC61850_GOOSE 또는 전용 통신 *)
(* %Q3.4  DO_86BF_OPERATE       : 86BF 록아웃 *)

(* 1. 기동 시 즉시 재트립 *)
IF DI_PROT_TRIP_CB2 THEN
    DO_CB2_RETRIP := TRUE;
    BF_TMR(IN := TRUE, PT := T#150MS);  (* 예시값 - 차단 시간 + 복귀 + 여유 *)
END_IF;

(* 2. 실패 판정 - 발전기 회선은 전류 또는 접점, 일반 회선은 전류 *)
IF DI_BAY2_GEN_LINE THEN
    CB2_NOT_OPEN := DI_CB2_50_PICKUP OR DI_CB2_52A_CLOSED;
ELSE
    CB2_NOT_OPEN := DI_CB2_50_PICKUP;
END_IF;

(* 3. 실패 확정 - 인접 차단기 트립, DTT, 록아웃 *)
IF BF_TMR.Q AND CB2_NOT_OPEN THEN
    DO_CB1_TRIP    := TRUE;
    DO_CB3_TRIP    := TRUE;
    DO_DTT_SEND    := TRUE;
    DO_86BF_OPERATE := TRUE;           (* 수동 복귀형 *)
END_IF;

(* 4. 기동 해제 - 트립 출력이 사라지고 차단기가 열리면 타이머 해제 *)
IF NOT DI_PROT_TRIP_CB2 AND NOT CB2_NOT_OPEN THEN
    BF_TMR(IN := FALSE);
    DO_CB2_RETRIP := FALSE;
END_IF;

(* 5. 86BF 복귀는 푸시버튼으로만, CB2 개방 확인 후 *)
IF DI_86BF_RESET_PB AND NOT CB2_NOT_OPEN THEN
    DO_86BF_OPERATE := FALSE;
END_IF;

실제 50BF는 보호계전기 내부 기능이나 전용 계전기로 구현하고, 이 의사코드는 논리 구조를 검토·시험하기 위한 표현입니다. 150 ms는 예시값이며 실제 타이머는 차단기 정격 차단 시간과 계통 안정도 검토 결과로 정합니다. 발전기 회선에서 52a를 OR로 넣는 이유는 저전류 상태에서 50 요소가 동작하지 않아 실패를 놓치는 것을 막기 위함이지만, 보조접점 조정 불량으로 인한 오동작 위험이 함께 생기므로 접점 상태의 주기 점검을 전제로 합니다.

트립 맵 검토 체크리스트

□ 베이별로 두 회선의 용도(발전기, 소외전원, 송전선로)를 표로 만들고, 소외전원 회선이 같은 베이에 두 개 있는지 확인합니다.
□ 각 차단기 실패 시 추가 트립 범위를 표로 작성하고 실제 결선과 대조합니다.
□ 발전기 관련 차단기의 50BF 판정 경로에 52a가 포함되어 있는지 확인합니다.
□ 재트립 출력이 제2 트립 코일과 별도 제어 전원으로 연결되어 있는지 확인합니다.
□ DTT 통신 경로의 이중화와 통신 두절 시 경보를 확인합니다. 통신 지연·오류율은 실측 요망입니다.
□ 87B와 50BF 동작 후 복귀 절차서가 있는지, 86 록아웃 복귀 권한이 명확한지 확인합니다.

경계 조건 — 이 설계가 틀리게 되는 조건

첫째, 스위치야드가 이중모선 방식이나 링 모선 방식인 경우 표의 트립 범위가 그대로 적용되지 않습니다. 링 모선에서는 차단기 하나의 실패가 양옆 두 회선을 끊으므로, 회선 배치 원칙은 같지만 베이 개념 대신 링 순서로 검토해야 합니다.

둘째, 발전기 회선에 발전기 차단기(GCB)가 있는 경우입니다. 저전류 트립은 주로 GCB에서 일어나므로, 스위치야드 차단기의 52a OR 논리는 필요성이 줄고 오동작 위험만 남을 수 있습니다. 이때는 GCB 쪽 50BF에 52a 경로를 두고, 스위치야드 차단기는 전류 판정 위주로 돌리는 편이 합리적입니다.

셋째, 보호계전기 교체 시 50BF 타이머를 이전 값 그대로 옮기는 경우입니다. 새 계전기의 전류 검출 복귀 시간이 다르면 같은 타이머 값에서도 여유가 달라집니다.

단일 판단 기준은 이렇습니다. 50BF 트립 맵은 보호 범위가 아니라 “차단기 하나가 실패했을 때 남는 소외전원 경로가 몇 개인가”로 최종 검토합니다.