MI-PPLP(반합성지강제함침) 케이블선정, 송전용량 30% 증대 효과
PQ시험 기준정립, 공인연구기관 KERI 케이블 신뢰도 인증 통과
신공법 및 신규공사장비 개발, 접속팀구성 등 시공품질확보 마련

한전 중부건설본부는 ‘18. 4월 대용량 HVDC 케이블을 세계 최초로 전 구간 육상에 설치를 시작했다. 500㎸ 북당진-고덕 HVDC 건설 프로젝트(사진1)는 충남지역 발전소에서 생산된 전력을 수요지역인 수도권으로 전력 융통 및 기존 765㎸ 송전선로의 2회선 동시 고장이 발생할 경우를 대비하고자 계획되었다.

이러한 HVDC 프로젝트는 일반적인 AC 송전방식으로는 불가능한 대용량 전력전송, 계통의 고장전류 저감 등 여러 장점이 있는 전력 신기술로 세계적으로 각광받고 있다.

직류전압 500㎸, 송전용량 최종 3GW의 전기적 특성을 갖는 HVDC 송전선로의 건설은 세계 최초로 건설되는 육상 500㎸급 HVDC 지중송전선로(선로길이 34.2㎞)로써 ‘15. 6월 삼호 컨소시움[계약상대자 : 삼호㈜, GS건설㈜, 기술제휴사 : LS전선㈜]과 총 공사비 2,510억원에 계약 체결, 공사 착공되었다. 당진과 평택간 아산만 횡단구간은 해저터널 시공으로 계획하여 별도로 ‘15. 3월 대우조선해양과 계약, 공사 착공되었다. 본 사업은 ‘19.12월 준공을 목표로 사업담당자와 시공사가 시공품질 확보에 심혈을 기울이는 중부건설본부의 핵심사업이다.

기존 HVDC 송전의 경우 해저케이블 사업이 주를 이루었으나 평택시 고덕면 삼성전자 전력공급, 당진과 평택간 아산만 횡단 시공여건 등을 고려하여 육상 HVDC 사업으로 추진하게 되었다. 육상 HVDC 송전방식을 채용하기 위해서는 해저케이블에 활용되던 기존 MI 케이블보다 더욱 송전용량이 큰 케이블이 필요한 상황이었다.

대용량 HVDC 케이블로는 MI-PPLP(반합성지 강제함침) 케이블(사진2)을 선정하였다. 케이블의 절연체로 활용되던 kraft지를 kraft지-P.P필름-kraft지의 3중 구조를 가진 반합성지로 대체하여 케이블을 설계함으로써 송전용량을 약 30% 정도 증대하는 효과를 얻을 수 있다. 이는 기존 케이블 도체최고허용온도를 55℃에서 80℃로 증대하는 획기적인 개선으로 가능하다. 그러나, 세계 최초로 전구간 육상에 신규 케이블을 시공하기 위해서는 케이블 신뢰성 검증이 선행되어야 하므로 개발시험 외에 사업기간 내에 발주처 검토를 거친 인정시험, PQ시험(장기과통전시험)을 통해 신뢰성을 확보하였다.

케이블 설계검증을 위해 MI계 케이블 인정시험의 국제 기준(Cigre Electra 189)을 토대로 육상 관로 포설에 따른 케이블 특성을 반영하고자 측압시험을 거친 케이블로 시험선로를 구성하여 ’16.12월에 시험을 완료하였다.

이어지는 케이블 장기신뢰성 시험인 PQ시험(사진3)은 별도의 국제기준이 없고 XLPE계 케이블 시험기준만 있는 난점이 있었다. 이는 1954년 스웨덴 Gotland HVDC 프로젝트부터 MI 케이블이 적용되어 장기간 신뢰성이 인정되어 왔기 때문이었으나, MI-PPLP 케이블은 당시 상용화된 프로젝트가 없어 PQ시험을 진행하는 것으로 추진하였다. 그래서 발주처인 한전은 사내 지중송전 전문가그룹(20명)과 컨설팅기관인 DNV-GL의 의견을 반영하여, 제작사인 LS전선과 수 차례 회의를 거쳐 PQ시험 기준을 정립하였다. 그 후 7개월에 걸친 시험을 통해 공인인증기관(한국전기연구원)으로부터 케이블 신뢰성을 인정받았다.(’18. 3완료)
주자재인 케이블과 접속함은 공인인증시험을 통해 신뢰성을 검증하였으나 실제 케이블 육상 시공을 위한 시공기준 정립도 해결해야 할 숙제였다. HVDC 케이블이 주로 해저면에 직접 매설되는 방식으로 시공되다 보니, 한전에서 육상 지중송전선로를 건설하는 방식인 관로, 전력구 내 시공에 대한 기준은 없었다. 그래서 시공기준 정립을 위해 필요한 검토분야를 확정하고, 지중송전 전문가그룹의 검토, 승인을 거쳐 시공기준을 마련했다.

시공기준 중 핵심은 2가지 분야이다. 하나는 아산만 횡단 해저터널(심도 65m, 5.2㎞) 내 무접속 케이블 시공으로 고심도, 장경간 터널 내 접속개소를 제거하여 작업자(순시원, 점검원)의 안전을 확보하고, 운영 중 고장을 사전에 방지하고자 함이 목적이다. 다른 하나는 케이블 주공정인 포설/접속 시공품질 제고방안으로 40년에 이르는 케이블 사용연한 동안 고장발생을 최소로 억제하고자 함이 목적이다.

우선 장경간 해저터널 내 케이블 시공을 위해 기존 전력구 내 케이블 포설방식인 캐터필러 포설 대신 ‘장경간 와이어로프 포설공법’(사진4)을 개발했다.

이는 전력구내 케이블 지지대에 브라켓과 레일을 설치하고 3m 간격으로 슬링벨트를 달아 안착시킨 케이블을 전동윈치를 통해 포설하는 방식이다. 발주처와 LS전선간 연구개발을 통해 최적 방안을 정립하였고 ’16.9월 서울 한남-원효 전력구에서 실증 시연회를 성공적으로 개최하였다.

다음으로 케이블 포설/접속 시공품질 개선을 위해 여러가지 신규 공사장비를 개발하였다. 우선 케이블 포설의 경우, 포설시 허용 곡률반경을 확보하고, 강관비계 등 고소 인력작업을 배제하기 위한 ‘곡률 가이드장치’를 개발하였다. 500m의 케이블이 감겨진 드럼을 언더롤러에 안착시킨 후, 간편하게 설치/해체할 수 있는 곡률가이드 장치를 활용하여 케이블을 맨홀 내부로 인입시켜 포설속도를 정격으로 유지하기 위한 전동윈치로 케이블 포설을 시행한다. 이 때 사용되는 전동윈치의 경우 폴리텐션미터를 장착하여 장력, 거리, 속도가 컴퓨터에 실시간으로 감시, 저장되어 시공이 적절치 못할 경우 바로 조정이 가능하다.
전력구 내 포설시에도 정, 역회전이 가능한 언더롤러를 곡률가이드 장치(사진5)와 같이 사용함으로써 시공품질을 확보할 수 있다.

케이블 접속 시공품질 확보를 위해서 총 3팀의 접속팀을 구성하여 접속기간이 오래 걸리는 지절연 케이블 접속에 대비했다. 이번 프로젝트는 69개소에 이르는 많은 케이블 접속을 가지는데, 접속조와 진공/함침조를 분리하여 장기간의 시공기간(개소당 20일)에 따른 접속 시공인력의 과중한 피로도를 배제, 시공품질 관리에 철저를 기하고 있다. 또한 접속 단계별 케이블 손상 등 휴먼에러 방지를 위해 균등한 작업이 이루어지도록 수치제어가 가능한 각종 장비를 적용하고 있다.

이에 더하여 도로, 지하시설물에서 이루어지는 케이블공사 특성상 작업자 안전을 위해 작업시마다 사전 위험요인을 점검, 대책을 수립함으로써 무재해 사업장을 달성해가고 있다.
500㎸ 북당진-고덕 HVDC 프로젝트를 수행함에 있어 상기 언급된 연구개발 노력은 당 프로젝트 뿐 아니라, 국내외로 널리 개선효과를 공유할 수 있다. 500㎸ HVDC 케이블 국산화와 시공기준 정립을 통해 개발된 케이블과 시공방법은 북당진-고덕 HVDC 2단계 사업, EP 프로젝트(500㎸ 동해안-경기권 HVDC사업) 등 육상 HVDC 사업에 널리 적용 가능하다.

앞으로도 한전 중부건설본부는 500㎸ 북당진-고덕 HVDC 프로젝트가 준공되어 상용운전을 할 때까지 완벽한 시공품질 확보에 최선의 노력을 다할 것이다.