변압기 가스 보호 장치의 원리, 구조, 작동 및 유지 관리

1. 가스란 무엇인가요?

석탄은 고대 식물이 석탄을 축적하는 초기 단계에서 혐기성 박테리아의 작용으로 셀룰로오스와 유기물이 분해되면서 생성됩니다. 고온 고압 환경에서 석탄이 형성되는 동안 물리적, 화학적 작용으로 인해 가스가 지속적으로 생성됩니다. 석탄은 무색, 무취의 기체이지만, 방향족 탄화수소와 가스가 동시에 분출되면서 사과와 같은 향이 나는 경우가 있습니다. 석탄의 상대 밀도는 공기에 대해 0.554이며, 표준 상태의 석탄 밀도는 0.716kg/m³입니다. 석탄의 투과율은 공기의 1.6배입니다. 석탄은 물에 녹지 않고, 연소를 일으키지 않으며, 호흡을 유지할 수 없습니다. 산소 부족으로 질식을 유발할 수 있으며, 화상이나 폭발의 위험이 있습니다.

가스의 주요 구성 성분은 알칸이며, 그중 메탄이 대부분을 차지하고 에탄, 프로판, 부탄이 소량 포함되어 있습니다. 또한 일반적으로 황화수소, 이산화탄소, 질소, 수분과 헬륨, 아르곤과 같은 불활성 기체가 미량 함유되어 있습니다. 참고로, 표준 조건에서 메탄부터 부탄까지는 기체 상태로 존재하고, 펜탄 이상은 액체 상태입니다. 만약 불이 붙으면 가스 폭발이 발생하여 광부들의 안전을 직접적으로 위협할 수 있습니다.

2. 가스 보호의 정의

가스 보호 계전기는 윗부분이 밀폐형 플로트이고 아랫부분이 금속 배플로 구성되어 있으며, 두 부분 모두 밀폐형 수은 접점이 장착되어 있습니다. 플로트와 배플은 각각의 축을 중심으로 회전 가능합니다. 정상 작동 시에는 계전기에 오일이 채워져 플로트가 오일에 잠겨 부유 상태를 유지하고 수은 접점이 차단됩니다. 배플은 자체 무게로 인해 아래로 처지면서 배플의 수은 접점도 차단됩니다. 변압기 내부에 경미한 고장이 발생하면 가스가 서서히 발생하여 오일 보존기로 이동하는 과정에서 가스 계전기의 윗부분에 먼저 축적됩니다. 이로 인해 오일 수위가 낮아지고 플로트가 가라앉아 수은 접점이 닫히면서 지연 신호가 발생하는데, 이를 소위 "경가스"라고 합니다. 변압기 내부에 심각한 고장이 발생하면 강한 가스가 발생하고, 오일 탱크 내부 압력이 순간적으로 상승하여 대량의 오일 흐름이 오일 쿠션 방향으로 밀려나게 됩니다. 이 오일 흐름이 오일 쿠션에 부딪히면 스프링 저항을 이겨내고 자석을 스프링 접점 방향으로 움직여 수은 접점을 닫고 트립 회로를 작동시켜 차단기를 트립시킵니다. 이것이 바로 "중가스 트립"입니다. 중가스 트립은 변압기에 연결된 모든 전원을 즉시 차단하여 사고 확산을 방지하고 변압기를 보호하는 역할을 합니다.

가스 계전기에는 플로트형, 배플형, 개방컵형 등 다양한 종류가 있습니다. 대부분 QJ-80 계전기를 사용하며, 신호 회로는 개방컵에, 트립 회로는 배플에 연결됩니다. 소위 가스 보호 신호 동작이란 계전기 상단 개방컵의 신호 회로 접점이 여러 가지 이유로 닫히면 표시등이 켜지는 것을 의미합니다.

규정에 따르면 800kVA 이상 및 400kVA 이상 용량의 유입식 변압기에는 가스 보호 장치를 설치해야 합니다.

3. 가스 방호 분류

가스 방호는 일반적으로 경가스 방호와 중가스 방호의 두 가지 범주로 나뉩니다.

1. 경가스 보호: 변압기가 과열되거나 부분 방전되면 변압기 오일 온도가 상승하여 일정량의 가스가 발생하고, 이 가스가 계전기에 모입니다. 일정량에 도달하면 계전기가 작동하여 신호를 보냅니다.

2. 고농도 가스 보호: 변압기에서 심각한 단락이 발생하면 변압기 오일에 영향을 미쳐 일정량의 오일이 계전기 칸막이로 몰려들어 트립을 일으킬 수 있습니다.

4. 가스 보호의 보호 범위

가스 보호는 변압기의 주요 보호 장치로, 연료 탱크 내부의 모든 고장을 감지할 수 있습니다. 여기에는 연료 탱크 내 다상 단락, 권선 간 단락, 권선과 철심 또는 케이스 간 단락, 철심 파손, 오일 레벨 저하 또는 누출, 탭 체인저 접촉 불량 또는 전선 용접 불량 등이 포함됩니다. 가스 보호는 신속하고 민감하며 신뢰성이 높고 구조가 간단합니다. 그러나 오일 탱크 외부 회로(예: 리드선)의 고장은 감지할 수 없으므로 변압기 내부 고장을 보호하는 유일한 보호 장치로 사용할 수는 없습니다. 또한 가스 보호는 지진과 같은 외부 요인의 영향을 받으면 오작동할 가능성이 있습니다.

변압기 부하 전압 조정 스위치의 부흐홀츠 릴레이는 주 변압기의 부흐홀츠 릴레이와 기능은 동일하지만 설치 위치와 모델이 다릅니다.

다섯째, 보호 장치의 설치 방법

부흐홀츠 릴레이는 변압기에서 오일 저장조로 연결되는 배관에 설치됩니다. 설치 시 다음 사항에 주의해야 합니다.

1. 먼저 가스 중계 배관의 버터플라이 밸브를 단단히 닫으십시오. 버터플라이 밸브가 단단히 닫히지 않았거나 다른 문제가 발생한 경우, 작업 중 다량의 오일이 넘치는 것을 방지하기 위해 필요에 따라 오일 필로우의 오일을 배출할 수 있습니다.

2. 새 가스 릴레이를 설치하기 전에 검사 증명서가 있는지, 구경과 유량이 정확한지, 내외부 부품에 손상이 없는지 확인하십시오. 내부에 일시적인 걸림이 있는 경우 분해하여 점검하고, 마지막으로 부표, 칸막이, 신호 및 트립 접점의 작동 상태를 점검하여 정상 작동하는지 확인한 후 배출 밸브를 닫으십시오.

3. 가스 릴레이는 수평으로 설치해야 하며, 상부 덮개에 표시된 화살표 방향은 오일 필로우를 가리켜야 합니다. 설계상 릴레이의 축 방향은 오일 필로우 끝부분에서 약간 높게 설정할 수 있지만, 수평면에서 4%를 초과하는 경사각을 허용해서는 안 됩니다.

4. 버터플라이 밸브를 열어 가스 릴레이에 오일을 채운 후, 오일 주입이 완료되면 공기 배출 밸브를 열어 공기를 빼냅니다. 오일 필로우에 캡슐이 있는 경우, 오일 주입 및 배출 시 가스가 오일 필로우 내부로 유입되는 것을 최소화하고 방지하기 위해 주의해야 합니다.

5. 보호 배선을 수행할 때는 잘못된 연결 및 단락을 방지하고, 활선 상태에서의 작동을 피해야 하며, 동시에 도체봉의 회전 및 소형 자기 헤드의 오일 누출을 방지해야 합니다.

6. 가동 전에 절연 진동 시험 및 전송 시험을 실시해야 합니다.

6. 가스 릴레이 테스트 항목

가스 릴레이를 설치하고 사용하기 전에 다음과 같은 점검 항목과 테스트 항목을 수행해야 합니다.

1. 일반 점검 항목:

유리창, 공기 배출 밸브, 제어 바늘 및 배출 단자에는 오일 누출이 전혀 없으며, 플로트, 개방형 컵, 유리창 등에는 균열이 전혀 없습니다.

2. 테스트 항목

2.1. 밀봉 테스트: 전체 오일 압력 누출 테스트(압력은 20mPa, 지속 시간은 1시간)에서 누출이 없어야 합니다.

2.2. 단자 절연 강도 시험: 출력 단자와 출력 단자 사이에 2000V의 전력 주파수 전압을 1분간 인가합니다. 절연 저항은 2500V 메가옴미터로 측정할 수 있습니다. 절연 저항은 300mΩ 이상이어야 합니다.

2.3. 경량 가스 작용 부피 시험: 쉘 내부에 250~300cm³의 공기가 축적되었을 때, 경량 가스가 안정적으로 작용해야 합니다.

2.4. 중가스 작용의 유속 시험.

7. 일일 점검

전력 변압기 운전 규정 DL/T572-95(이하 "규정")에서는 변압기 일상 점검 시 가장 먼저 가스 릴레이에 가스가 있는지 확인해야 하며, 가스 점검 시 다음 사항에 주의해야 한다고 규정하고 있습니다.

1. 가스 중계기의 연결관에 있는 밸브는 열린 위치에 있어야 합니다.

2. 변압기의 방진 밸브는 정상 작동 상태여야 합니다.

3. 가스 보호 연결 부품을 올바르게 설치해야 합니다.

4. 오일 필로우의 오일 레벨이 적절한 위치에 있어야 하며, 릴레이에 오일이 가득 차 있어야 합니다.

5. 가스 릴레이의 방수 커버는 단단히 고정되어야 합니다.

6. 릴레이 단자에는 기름이 스며들지 않아야 하며, 비, 눈, 먼지의 침투를 막아야 합니다. 전원 공급 장치 및 2차 회로는 방수, 방유, 방동 조치를 갖추어야 하며, 봄과 가을에는 방수 및 방유 점검과 방동 점검을 실시해야 합니다.

8. 가스 보호 작동

변압기가 정상 작동 중일 때, 부흐홀츠 계전기는 아무런 이상 없이 작동합니다. 부흐홀츠 계전기의 작동 상태에 관해서는 규정에서 다음과 같이 명시하고 있습니다.

1. 변압기가 운전 중일 때는 가스 보호 장치를 신호 및 트립 장치에 연결해야 하며, 부하 시 탭 체인저의 가스 보호 장치도 트립 장치에 연결해야 합니다.

2. 변압기가 작동 중 다음과 같은 작업을 수행할 때, 중가스 보호 장치를 신호에 다시 연결해야 합니다.

2.1. 하나의 회로 차단기로 두 개의 변압기를 제어하는 ​​경우, 변압기 중 하나가 대기 모드로 전환되면 대기 변압기도 신호에 다시 연결되어야 합니다.

2.2. 오일 여과, 오일 보충, 수중 오일 펌프 교체 또는 오일 정화기의 흡착제 교체 시, 그리고 가스 릴레이 연결관의 밸브를 개폐할 때.

2.3. 가스 보호 장치 및 그 2차 회로 작업 시.

2.4. 부흐홀츠 릴레이 상단의 오일 샘플 밸브와 공기 배출 밸브를 제외하고, 다른 모든 곳의 공기 배출 밸브, 오일 배출 밸브 및 오일 유입 밸브를 엽니다.

2.5. 오일 레벨 게이지의 오일 레벨이 비정상적으로 상승하거나 흡입 및 흡기 시스템에 이상 현상이 발생하면 공기 배출 밸브 또는 오일 배출 밸브를 열어야 합니다.

3. 지진 예보 기간 동안에는 변압기의 구체적인 조건과 가스 계전기의 내진 성능에 따라 중가스 보호 작동 모드를 결정해야 합니다. 지진으로 인해 중가스 보호 조치가 시행되어 가동이 중단된 변압기는 재가동 전에 점검 및 시험을 거쳐 이상이 없음을 확인한 후에만 가동할 수 있습니다.

9. 가스 보호 조치 사유

1. 가벼운 기체 작용의 원인

1.1. 오일 필터 불량, 연료 보충 불량 또는 냉각 시스템 불량으로 인해 변압기 내부로 공기가 유입됩니다.

1.2. 온도 하강 또는 기름 누출로 인해 기름 수위가 가스 중계용 등기 가스 부표보다 낮아졌습니다.

1.3. 변압기 고장으로 인해 소량의 가스가 발생합니다.

1.4. 변압기에 관통 단락 고장이 발생했습니다. 관통 고장 전류의 작용으로 유입 간극 사이의 오일 유속이 가속됩니다. 유입 간극과 권선 외부 사이의 압력 차이가 크게 변하면 가스 계전기가 오작동할 수 있습니다. 관통 고장 전류는 권선의 작동을 가열합니다. 고장 전류의 배수가 클수록 권선 온도가 급격히 상승하여 오일의 부피가 팽창하고, 이로 인해 가스 계전기가 오작동하게 됩니다.

1.5, 가스 릴레이 또는 2차 회로 고장.

위의 요인들로 인해 가스 안전 신호가 작동될 수 있습니다.

10. 가스 보호 조치 후 처리

1. 변압기 가스 보호 장치 작동 후에는 주의 깊게 점검하고, 정밀하게 분석하여 정확하게 판단한 후 즉시 필요한 조치를 취해야 합니다.

A. 가스 보호 신호가 작동되면 즉시 변압기를 점검하여 작동 원인을 파악해야 합니다. 공기 축적, 오일 레벨 저하, 2차 회로 고장 또는 상부 변압기 내부 고장 등 원인을 확인해야 합니다. 가스 감지기에 가스가 감지되면 가스량을 기록하고, 가스의 색깔을 관찰하여 가연성 여부를 확인하고, 가스 및 오일 시료를 채취하여 크로마토그래피 분석을 실시해야 합니다. 관련 규정 및 지침에 따라 변압기 고장의 원인을 판정해야 합니다. 크로마토그래피 분석은 포집된 가스에 포함된 수소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄, 에탄, 에틸렌, 아세틸렌 등의 가스를 크로마토그래피 장비를 이용하여 정성 및 정량 분석하는 것을 말합니다. 이를 통해 고장의 종류, 진행 양상 및 심각도를 정확하게 파악할 수 있습니다.

B. 가스 릴레이의 가스가 무색, 무취, 비가연성이고 크로마토그래피 분석 결과 공기로 판명되면 변압기는 계속 작동할 수 있으며 공기 유입 결함을 적시에 제거할 수 있습니다.

가스 릴레이의 가스가 가연성이고 오일에 용해된 가스의 크로마토그래피 분석 결과가 비정상인 경우, 변압기 가동 중지 여부를 결정하기 위해 종합적인 판단을 내려야 합니다.

2. 부흐홀츠 계전기가 트립되면 원인을 파악하고 고장을 제거할 때까지 변압기를 가동해서는 안 됩니다. 원인을 파악하기 위해서는 다음의 주요 요인들을 고려하여 종합적인 판단을 내려야 합니다.

a. 호흡이 원활하지 않거나 호흡곤란을 느끼는지 여부;

b. 보호 회로 및 직류 회로와 같은 보조 회로가 정상인지 여부;

c. 변압기의 외관에 고장의 성격을 명확하게 반영하는 비정상적인 현상이 있는지 여부;

d. 가스 릴레이에 축적된 가스가 가연성인지 여부;

예: 가스 전달 장치의 가스와 오일에 용해된 가스의 크로마토그래피 분석 결과;

f. 필요한 전기 테스트 결과;

예. 변압기의 다른 계전기 보호 장치의 작동.

11. 가스 방호 관련 안전 조치

가스 보호 조치는 경미한 경우 보호 조치 신호를 보내 유지보수 담당자에게 변압기를 즉시 조치하도록 알리고, 심각한 경우 변압기 스위치를 트립시켜 변압기 작동을 즉시 중단시켜 전력 공급의 신뢰성을 보장할 수 없게 합니다. 가스 보호에 대한 사고 방지 대책이 제시됩니다.

1. 가스 릴레이의 하부 부표를 칸막이형으로, 접점을 수직형으로 변경하여 고농도 가스 작동 시 신뢰성을 향상시키십시오.

2. 가스 릴레이가 누수로 인해 단락되는 것을 방지하기 위해 단자 및 케이블 리드 단자함에 방수 조치를 취해야 합니다.

3. 가스 릴레이의 리드선은 내유성 전선이어야 합니다.

4. 가스 릴레이의 리드선과 케이블은 각각 ​​케이블 리드 단자함의 단자에 연결해야 합니다.