태풍(마이삭, 하이선)으로 인한 원전사건 조사결과 발표

태풍(마이삭, 하이선)으로 인한 원전사건 조사결과 발표

 

담당부서분산에너지과 등록일2020-09-25

 

 

태풍(마이삭, 하이선)으로 인한 원전사건 조사결과 발표

□ 원자력안전위원회(위원장 엄재식, 이하 ‘원안위’)와 산업통상자원부(장관 성윤모, 이하 ‘산업부’)은 태풍 마이삭(‘20.9.3)과 하이선(9.7)의 영향으로 소외전력계통에 문제가 발생했던 원전 8기(고리1·2·3·4, 신고리1·2, 월성2·3)에 대한 조사결과를 발표하였습니다.
ㅇ 이번 사건은 원자력발전소와 외부 변전소 사이의 송전선로 및 관련 설비에서 발생한 것으로, 소외전원 차단경로와 원인을 명확히 규명하기 위해 원안위․산업부 합동으로 한국전력 관리영역에 대한 조사까지 실시하였습니다.

사건개요

□ ’20.9.3일 부산에 상륙한 태풍 마이삭으로 인해 인근 고리 원전에는 최대풍속 32.2 m/sec의 강풍이 불었으며 부지 내 총 6기 원전(고리1·2·3·4, 신고리1·2)에서 시차를 두고 소외전원 공급이 중단되어 비상디젤발전기가 기동되었고, 이 중 정상운전 중이던 4기 원전(고리3·4, 신고리1·2)이 정지되었습니다.
ㅇ ’20.9.7일 태풍 하이선의 영향으로 월성원전 부지에 최대풍속 33.1m/sec의 강풍이 기록되었고, 월성2·3호기의 터빈·발전기가 정지되는 상황에서 소외전원이 유지됨으로써 원자로는 60% 출력상태로 가동되었습니다.

원전
원자로 정지 등
비상디젤발전기 기동
소외전원 복구
고리1호기
영구정지
(A) 9.3일 02:28
(B) 9.3일 02:23
(A) 9.3일 03:35
(B) 9.3일 08:11
고리2호기
정기검사
(A/B) 9.3일 02:54
(A) 9.3일 04:18
(B) 9.3일 04:34
고리3호기
9.3일 02:53
(A) 9.4일 00:29
(B) 9.5일 14:01
(A) 9.5일 20:55
(B) 9.5일 21:30
고리4호기
9.3일 03:01
(B) 9.4일 00:29
(B) 9.4일 06:30
신고리1호기
9.3일 00:59
(A/B) 9.3일 00:59
(A) 9.3일 07:18
(B) 9.3일 10:39
신고리2호기
9.3일 01:12
(A/B) 9.3일 01:12
(A) 9.3일 10:26
(B) 9.3일 10:39
월성2호기
9.7일 08:38 (터빈·발전기 정지)
해당없음
월성3호기
9.7일 09:18 (터빈·발전기 정지)
해당없음
ㅇ 해당원전별 사건발생 상황과 소외전원 복구시간은 아래와 같습니다.

 

조사결과

□ 원자력발전소 부지에는 원자로에서 열에너지를 발생시켜 그 힘으로 터빈을 회전시키고 전기를 생산하여 송전설비를 통해 외부 변전소 등으로 송전을 함과 동시에 원자로냉각재계통 등 안전설비 등에 필요한 전력을 외부 송전설비 등으로부터 공급받도록 설비가 마련되어 있습니다.

원자로건물
터빈-발전기건물

스위치야드
변전소

주변압기
계기용변성기

 

(전력량계)

변전소1

 

보조변압기

 

변전소2

대기
보조변압기

비상디젤발전기 2대 – 자동기동 대기

대체교류발전기 – 수동

이동형발전차 -수동

※ 소외전원(보조변압기, 대기보조변압기) 상실 시 비상디젤발전기 자동 기동
주변압기
: 터빈·발전기에서 생산된 전력을 전압을 높여 송전선로로 공급
보조변압기
: 터빈·발전기에서 생산된 전력을 전압을 내려 원전 내부기기 등에 공급
대기보조변압기
: 외부로부터 전력을 공급받아 전압을 내려 원전 내부기기 등에 공급
계기용변성기
: 터빈·발전기에서 생산된 전력의 양을 측정 (계기용변압기, 계기용변류기 포함)
<원자력발전소 전력계통 개략도>
ㅇ 고리1·2·3·4호기와 월성2·3호기의 경우 원전에서 생산된 전력량을 계측하는 계기용변성기에 태풍시 강풍이 동반한 염분이 흡착되어 섬락*이 발생하면서 스위치야드에 있는 차단기가 개방되어 사건이 시작되었고, 고리1·2·3·4호기에서는 소외전원 공급이 차단되면서 비상디젤발전기가 자동으로 기동되었습니다.
* 섬락(閃絡, flashover) : 순간적으로 전기가 통할 때 불꽃이 튀는 현상
ㅇ 특히, 고리3·4호기의 경우에는 태풍이 지나간 후인 9.4일과 9.5일에 태풍시 흡착된 염분으로 인한 섬락으로 인해 대기보조변압기 전원이 차단되어 비상디젤발전기가 기동되는 사건이 있었습니다.
ㅇ 신고리1·2호기의 경우에는 강풍으로 인해 원전에서 생산된 전기를 765kV 송전탑으로 송전하는 점퍼선이 철탑구조물에 가까워지면서 섬락이 발생하여 소외전원 공급이 중단되어 원전이 정지되고 비상디젤발전기가 가동되었습니다.
□ 한편, 발전소 인근 한국전력 관할 송변전설비에는 염해로 인한 섬락, 강풍으로 인한 시설물 탈락 등 일부 피해 사례 및 고장이 확인되었으나, 관련 설비 고장기록 분석 결과 원전 정지와는 무관한 것으로 조사되었습니다.

향후계획

□ 향후 재발방지를 위해, 변압기 부속기기 등이 가스절연부스 형태로 밀폐된 원전과 달리 외부로 노출되어 있는 변압기 관련 설비에서 염해로 인한 섬락이 발생하였으므로 고리2~4호기, 월성2~4호기, 한빛1·2호기의 주변압기, 대기변압기, 계기용변성기 등 구간을 밀폐설비로 변경하는 등 외부 노출부를 최소화할 계획입니다.
ㅇ 아울러 태풍 등 자연재해 영향범위를 고려하여 사전에 출력감발 또는 예방적 가동정지 등 원전의 안전한 운영방안을 마련토록 하겠습니다.
ㅇ 한국전력 관리영역에 대해서도 향후 유사한 피해 재발방지를 위해 염분에 강한 재질로 애자를 교체하는 등 설비를 보강하고, 지리적·계절적 특성을 고려하여 전력설비의 안전성을 제고해나갈 계획입니다.
□ 손상부품 교체, 염분제거 등 정상운전을 위한 한수원의 조치가 완료되면 원안위는 이를 철저히 확인하여 원전 재가동을 허용하고, 송전설비 관리 프로그램을 반영한 관련 절차서 마련 등 재발방지대책의 이행계획을 지속 점검할 계획입니다.

<참고자료> 태풍으로 인한 원전사건 조사결과 및 향후계획

태풍으로 인한 원전사건
조사결과 및 향후계획

2020. 9. 25.



Ⅰ. 사건 개요 및 경위


□ 태풍 ‘마이삭(’20.9.3.)‘의 영향으로,

ㅇ 고리1 ~ 4호기, 신고리1·2호기 총 6기 원전에서 시차를 두고 소외전원 공급이 중단되어 비상디젤발전기가 자동 기동되었고,

ㅇ 정상운전 중이던 원전 4기(고리3·4호기 및 신고리1·2호기)가 정지

* 고리1호기 영구정지, 고리2호기 계획예방정비 중

ㅇ 이후 해당 원전별로 소외전원을 복구하여 발전소 안전상태 유지

□ 태풍 ‘하이선(’20.9.7.)‘의 영향으로,

ㅇ 월성2·3호기의 송전설비에 문제가 생겨 터빈·발전기가 정지된 상황에서 소외전원은 유지됨으로써 원자로는 60%출력으로 운전

ㅇ 현재 월성2호기는 계획된 예방정비(9.15일) 착수, 월성3호기는 원자로 출력을 40%로 내려 유지 중

□ 원안위는 사건 최초 발생일(9.3일) 즉시 현장 확인을 통해 발전소 안전상태를 확인하고

ㅇ 한국원자력안전기술원(KINS) 전문가팀을 파견해서 사건조사 실시

□ 사건조사 과정에서 송변전설비 관련 한전 관리영역에서 이상유무도 확인하기 위해 산업부와 협조체계를 구축하여 공동조사 실시

ㅇ 원전의 송수전설비에 영향을 미칠 수 있는 스위치야드설비 및 관련 변전소까지 송변전 설비 조사 실시

구분 원자로 정지 등 비상디젤발전기 기동 소외전원 복구
고리1호기 영구정지 (A) 9.3일 02:28 (A) 9.3일 03:35
(B) 9.3일 02:23 (B) 9.3일 08:11
고리2호기 정기검사 (A/B) 9.3일 02:54 (A) 9.3일 04:18
(B) 9.3일 04:34
고리3호기 9.3일 02:53 (A) 9.4일 00:29 (A) 9.5일 20:55
(B) 9.5일 14:01 (B) 9.5일 21:30
고리4호기 9.3일 03:01 (B) 9.4일 00:29 (B) 9.4일 06:30
신고리1호기 9.3일 00:59 (A/B) 9.3일 00:59 (A) 9.3일 07:18
(B) 9.3일 10:39
신고리2호기 9.3일 01:12 (A/B) 9.3일 01:12 (A) 9.3일 10:26
(B) 9.3일 10:39
월성2,3호기 9.7일 08:38 및 09:18 (터빈·발전기 정지) 해당없음
Ⅱ. 조사결과


1 소외전원 차단 원인

□ 터빈건물 옆에 위치한 송전설비의 절연체(애자, Insulator)에 섬락*으로 전류가 흘렀고, 이로 인해 차단기가 작동

* Flashover 순간적으로 전기가 통하거나 전하를 띤 두 물체가 부딪쳤을 때 불꽃이 튀는 현상

<원자력발전소 전력계통 개략도>

주변압기 계기용변성기
(전력량계) 변전소1

보조변압기 변전소2
대기
보조변압기
원자로건물 터빈-발전기건물 스위치야드 변전소
비상디젤발전기 2대 – 자동기동 대기
대체교류발전기 – 수동
이동형발전차 -수동
※ 소외전원(보조변압기, 대기보조변압기) 상실 시 비상디젤발전기 자동 기동
주변압기 : 터빈·발전기에서 생산된 전력을 전압을 높여 송전선로로 공급
보조변압기 : 터빈·발전기에서 생산된 전력을 전압을 내려 원전 내부기기 등에 공급
대기보조변압기 : 외부로부터 전력을 공급받아 전압을 내려 원전 내부기기 등에 공급
계기용변성기 : 터빈·발전기에서 생산된 전력의 양을 측정 (계기용변압기, 계기용변류기 포함)

ㅇ (고리1·2호기) 계기용 변류기와 대기보조변압기를 통해 원전에 전기를 공급하는 수전선로 절연체에서 섬락으로 소외전원이 모두 차단

ㅇ (고리3·4호기) 계기용 변압기에서 섬락이 발생하여 원자로가 정지되고 태풍 이후 대기보조변압기의 피뢰기에서 섬락이 발생하여 소외전원이 차단

ㅇ (월성2·3호기) 계기용 변성기 섬락으로 터빈-발전기가 정지되고 소외전원 1회선은 유지

□ 신고리1·2호기의 경우, 고압점퍼선과 철골구조물간 섬락이 발생하여 소외전원이 차단

2 섬락 발생원인

□ 고리1~4호기, 월성2·3호기의 경우, 태풍당시 강한 해풍으로 인해 외부로 노출되어 있던 송전설비 등에 염분이 침착됨에 따라 절연체에 섬락이 발생

ㅇ 특히, 고리3·4호기의 경우 태풍이 지나간 다음날에도 태풍당시 부착된 염분을 통해 섬락이 발생

※ 고리·월성부지에서 측정된 기상조건이 과거 염해발생 사례 기상조건에 해당됨을 확인

구분 고리부지(마이삭) 월성부지(하이선) 염해 기상조건*
풍향 남동풍(바다→원전) 동풍(바다→원전) 바다→육지
풍속 평균① 19.1 m/s 14.5m/s 20 ~ 25m/s 이상
최대② 32.2 m/s 33.1m/s 30m/s 이상
지속 12시간 5.05 m/s 9.3m/s 5m/s 이상 10시간
시간③ 6시간 6.89 m/s 12.1m/s
강우④ 1.3 mm/h 3.5mm/h 2mm/h 이하

* 2008, 우석대 소방방재학과 김찬영 “가동원전 배전설비의 풍속작용 및 내오손 기준 정립에 관한 연구”

□ 신고리1·2호기의 경우, 지지용 철골구조물(갠트리타워)과 고압선 철탑에 송수전용 고압 점퍼선이 늘어져 설치된 상태에서

ㅇ 강풍에 의해 점퍼선이 갠트리타워 및 철탑에 근접하여 섬락이 발생


3 관련 설비의 품질조사

□ 섬락이 발생한 계기용 변압기 및 변류기는 품질보증계획서 등에서 규정한 절차에 따라 구매·검수되었음을 확인

ㅇ 등급분류(A등급), 품질보증문서, 계약문서 등을 조사하여 위변조가 없고, 관련 절차 준수

□ 송전선로 등 지지절연체는 일반산업품목으로 품질보증계획서 적용대상 아님
Ⅲ. 재발방지대책


? 외부에 노출된 변압기 등 설비는 염해로 인한 섬락방지를 위해 밀폐형 설비로 변경

ㅇ 고리2~4호기, 월성2~4호기, 한빛1·2호기 변압기-갠트리타워 구간(약 20m)의 외부 노출 설비는 가스절연모선(GIB)으로 변경

※ 월성4호기, 한빛1·2호기는 염해가 없었으나, 이번 사례를 반영하여 선제적 변경

[변경 전] [변경 후]


ㅇ 신고리1·2호기 수전선로(154kV) 강압변압기 외부 노출부도 GIB로 변경하고, 변경이 어려운 스위치야드 구간까지는 피복선로(CV)로 변경

ㅇ 신고리1·2호기 신고리3·4호기 수전선로(154kV)를 호기별 전용으로 증설

? 태풍 등 자연재해 내습 시 외부 요인에 의해 안전운영이 위협될 경우, 비상운영방안 마련

ㅇ 태풍 등 자연재해 영향범위를 고려하여 출력감발 또는 사전에 원자로 정지방안 검토

※ 미국, 대만 등은 태풍 내습 전 원전 출력감발, 사전정지 시행 중

? 강풍으로 섬락이 발생한 점퍼선에 대한 고정 강화

ㅇ 강풍으로 절연파괴거리까지 움직였던 점퍼선에 대한 늘어짐 정도 조정, 움직임을 제한하기 위한 지지절연체 추가 설치(1→3개)

? 손상이 확인된 전력량계, 피뢰기 및 절연체 등은 세정 및 실리콘이 코팅된 제품으로 교체

ㅇ 주기적 세정 강화 및 기존 실리콘 코팅된 절연체에 대해서도 코팅 주기(현행 10 ~ 15년)를 단축

? 매 계획예방정비마다 전력설비 절연체 점검 및 절연저항 측정, 접속 금구류 체결상태 점검

ㅇ 선로 늘어짐 정도 측정 등 한전 송전설비 관리 프로그램 반영

ㅇ 전력설비 예방정비기준에 따라 전력설비 및 부속기기 주기적 교체 등


Ⅳ. 향후 계획


□ 손상부품 교체 및 염분제거 등 정상운전을 위한 조치완료가 확인된 이후 원전별로 재가동 검토 및 허용

□ 재발방지대책 이행계획 수립(10월) 및 주기적 이행결과 점검

참고1 원전별 소외전원 차단원인

? 고리1·2호기



□ (고리1호기, 영구정지)

① ’20.9.3(목) 01:07, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 수전선로(154kV) 전원으로 자동 변경

② 02:23, 154kV 수전선로 중 정관-고리 간 정전*으로 B계열 소외전원 차단 ➜ 비상디젤발전기 B 자동 기동

③ 02:28, 154kV 수전선로 중 명례-고리 간 정전*으로 A계열 소외전원 차단 ➜ 비상디젤발전기 A 자동 기동

* 154kV 수전선로 스위치야드 내 지지절연체 섬락으로 인해 정관·명례변전소 측 차단기 개방

□ (고리2호기, 계획예방정비)

① ’20.9.3(목) 02:23, 154kV 수전선로 스위치야드 내 지지절연체 섬락에 따른 정관변전소 차단기 개방으로 수전선로 차단

② 02:54, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 비상디젤발전기 A·B 자동 기동
? 고리3·4호기


□ (고리3호기, 정상운전)

① ’20.9.3(목) 02:53, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 원자로가 정지, 수전선로(345kV)로 전원 자동 변경

② 9.4일 00:29, 345kV 대기보조변압기 A 피뢰기 섬락으로 A계열 소외전원 차단 ➜ 비상디젤발전기 A 자동 기동

③ 9.5일 14:01, 345kV 대기보조변압기 B 피뢰기 섬락으로 B계열 소외전원 차단 ➜ 비상디젤발전기 B 자동 기동

□ (고리4호기, 정상운전)

① ’20.9.3(목) 03:01, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기 개방 ➜ 원자로가 정지, 수전선로(345kV)로 전원 자동 변경

② 9.4일 00:29, 345kV 3호기 대기보조변압기 A 피뢰기 섬락에 의한 고장전류로 4호기 B계열 소외전원 차단 ➜ 비상디젤발전기 B 자동 기동

? 신고리1·2호기



□ (신고리1호기, 정상운전)

① ’20.9.3(목) 00:46, 765kV 송수전선로 섬락으로 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 터빈-발전기 정지, 수전선로(154kV)로 전원 자동 변경

② 00:59, 154kV 수전선로 섬락으로 스위차야드 차단기가 개방되어 소외전원 차단 ➜ 원자로 정지 및 비상디젤발전기 A·B 자동 기동

□ (신고리2호기, 정상운전)

① ’20.9.3(목) 00:58, 765kV 고장전류 오신호로 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 출력감발 및 소내부하운전으로 자동 변경

② 00:59, 154kV 수전선로 섬락으로 스위차야드 차단기가 개방

③ 01:12 765kV 송수전선로 섬락으로 발전기 차단기 개방 ➜ 원자로 정지 및 비상디젤발전기 A·B 자동 기동


? 월성2·3호기



예비디젤발전기 (SDG), 소외전원 상실시 기동되어 발전소 안전정지에 필요한 부하에 전력공급

□ (월성2호기, 정상운전)

① ’20.9.7(월) 08:38, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 터빈-발전기가 정지

※ ’20.9.15일부터 계획예방정비 착수

□ (월성3호기, 정상운전)

① ’20.9.7(월) 09:43, 주변압기 후단 계기용변성기 섬락으로 345kV 스위치야드 차단기가 개방 ➜ 터빈-발전기가 정지

※ 원자로 40% 출력 운전 중

참고2 고리, 월성원전 통과 주요 태풍 현황 분석


➊ 고리원전 통과 주요 태풍 현황

순번 태풍이름 태풍 통과 일자 10분 최대풍속 (m/s) 순간 최대풍속 강우량 최저기압 최대풍속 시
(m/s) (mm) (hPa) 주요 풍향
1 하이선 2020년 09월 07일 19.7 29.2 94.6 920 동남동
2 마이삭 2020년 09월 03일 22 32.2 20.2 935 남
3 미탁 2019년 10월 02일 10.1 18.5 101.6 965 남남동
4 다나스 2019년 07월 20일 11.6 18.8 136.2 985 남남서
5 콩레이 2018년 10월 06일 20.9 33.7 47.8 900 남남서
6 솔릭 2018년 08월 24일 14.4 21.7 4.8 950 남남서
7 차바 2016년 10월 05일 12.9 22.4 117.6 905 동남동
8 덴빈 2012년 08월 30일 13.3 19.3 1.5 940 남남동
9 뎬무 2010년 08월 11일 19.1 26.2 54 985 남동
10 메기 2004년 08월 19일 17.5 확인불가 38.5 970 동
11 매미 2003년 09월 12일 22.5 확인불가 75 910 동남동
평균 16.7 23.8 62.9 - -

➋ 월성원전 통과 주요 태풍 현황
순번 태풍이름 태풍 통과 일자 10분 최대풍속 (m/s) 순간 최대풍속 강우량 최저기압 최대풍속 시
(m/s) (mm) (hPa) 주요 풍향
1 하이선 2020년 09월 07일 21 33.1 65.5 920 동
2 마이삭 2020년 09월 03일 23 35.2 21 935 남동
3 미탁 2019년 10월 02일 11 17.3 151 965 남동
4 다나스 2019년 07월 21일 7.4 11.9 5.5 985 남동
5 콩레이 2018년 10월 06일 14.3 28.4 83.5 900 남남서
6 솔릭 2018년 08월 24일 9.4 18 2.5 950 남남서
7 차바 2016년 10월 05일 14.9 25.1 240.5 905 동북동
8 덴빈 2012년 08월 30일 확인불가 940 남
9 뎬무 2010년 08월 11일 9 13.7 60.5 985 남남동
10 메기 2004년 08월 19일 확인불가 970 동
11 매미 2003년 09월 12일 확인불가 910 남
13.8 22.8 78.7 - -