변압기의 갑작스러운 단락 발생 원인

■ 권선 검사 및 테스트

변압기에 단락이 발생하면 전자기력의 작용으로 권선에 압력, 장력, 굽힘 등의 힘이 동시에 가해져 고장이 잘 드러나지 않아 점검 및 수리가 어렵습니다. 따라서 단락 고장 발생 후에는 반드시 권선을 점검해야 합니다.

■ 변압기의 직류 저항 측정

변압기의 직류 저항 측정값을 바탕으로 권선의 직류 저항 불균형률을 점검하고 이전 측정값과 비교하여 변압기 권선의 손상 여부를 효과적으로 조사할 수 있습니다. 예를 들어, 변압기 단락 사고 후 저전압 측 C 방향의 직류 저항이 약 10% 증가한 경우, 권선에 새로운 가닥이 추가되었을 가능성이 있다고 판단했습니다. 최종적으로 권선을 들어 올려 검사한 결과, C상 권선의 한 가닥이 끊어진 것을 확인했습니다.

■ 변압기 권선 정전 용량 측정

권선의 정전 용량은 권선 턴 간, 층 간, 코일 간 정전 용량 및 권선 자체의 정전 용량으로 구성됩니다. 이 정전 용량은 권선과 철심 및 접지 사이의 간격, 권선과 철심 사이의 간격, 권선 사이의 간격, 층 사이의 간격, 코일 사이의 간격과 관련이 있습니다. 권선이 변형되면 일반적으로 "S"자 모양으로 휘어지는데, 이로 인해 권선과 철심 사이의 간격이 작아지고 권선과 접지 사이의 정전 용량이 커집니다. 간격이 작을수록 정전 용량 변화가 커집니다. 따라서 권선의 정전 용량은 권선 변형 정도를 간접적으로 반영할 수 있습니다.

■ 덮개를 들어 올린 후 점검

변압기 덮개를 올린 후 변압기 내부에 용융된 구리 슬래그, 알루미늄 슬래그 또는 고밀도 케이블 종이 조각이 발견되면 권선이 심하게 변형되고 가닥이 끊어진 것으로 판단할 수 있습니다. 또한 권선 쿠션 블록의 변위 및 낙하, 압착판의 위치, 압착 핀의 변위 등을 통해서도 권선의 손상 정도를 판단할 수 있습니다.

■ 철심 및 클램프 검사

변압기의 철심은 충분한 기계적 강도를 가져야 하며, 이는 철심을 고정하는 모든 클램핑 부품과 연결부의 강도에 의해 보장됩니다. 권선에 전기력이 발생하면 권선의 축 방향 힘은 클램핑 부품의 반력에 의해 상쇄됩니다. 만약 클램핑 부품과 인장판의 강도가 축 방향 힘보다 약하면 클램핑 부품, 인장판 및 권선이 손상될 수 있습니다. 따라서 철심, 클램핑 부품, 인장판 및 연결부의 상태를 주의 깊게 점검하고 다음 사항들을 확인해야 합니다.

① 철심에 있는 요크 칩이 위아래로 움직이는지 확인하십시오.

② 심선 관통 나사와 철심 사이의 절연 저항을 측정하고, 심선 관통 나사 외피의 손상 여부를 점검하고, 인발판 및 인발판 연결부의 손상 여부를 점검해야 합니다.

③ 변압기에 단락이 발생하면 압착판과 클램핑 부품 사이에 변위가 발생할 수 있으며, 이로 인해 압착판의 접지 연결부와 압착 핀의 철제 요크가 과전류로 인해 떨어져 나가거나 타버릴 수 있습니다. 따라서 권선 압착판의 경우, 압착 핀과 압착판의 손상 여부를 점검하는 것 외에도 권선과 압착 핀 및 상부 요크 사이의 접지 연결이 안정적인지 확인해야 합니다.

■ 변압기 오일 및 가스 분석

변압기가 단락 충격을 받으면 가스 계전기에 다량의 가스가 축적될 수 있습니다. 따라서 변압기 사고 후 가스 계전기의 가스와 변압기 내부의 오일을 채취하여 화학 분석을 실시하면 사고 원인을 판단할 수 있습니다.

■ 변압기 단락 사고 처리 시 주의 사항

(1) 절연 부품 교체 시 절연 부품의 성능을 확보해야 합니다.

수리 과정에서 교체된 절연 부품의 성능을 시험하고, 요구 조건을 충족한 후에만 사용할 수 있습니다. 특히 납 지지대 목재 블록의 절연에 주의를 기울여야 합니다. 목재 블록은 설치 전에 약 80℃의 열변압기 오일에 일정 시간 동안 담가 절연성을 확보해야 합니다.

(2) 변압기 절연 시험은 변압기에 유입유를 채우고 24시간 동안 정치시킨 후에 실시해야 한다.

장시간 고온 오일에 담가두면 감쇠된 절연 부품이 절연 표면으로 확산되어 오일 주입 후 절연 결함을 감지하지 못하는 경우가 있습니다. 예를 들어, 31.5MVA 110kV 변압기의 저전압 측에 있는 10kV 동봉 지지 목재 블록을 교체한 후 변압기에 오일을 채우고 모든 검사를 실시한 결과 정상으로 나왔습니다. 10kV 저전압 측의 철심, 클램프 및 접지 사이의 절연 저항은 약 1MΩ으로 감소했습니다. 그러나 덮개를 점검한 결과 10kV 동봉 지지 목재 블록의 절연 상태가 매우 불량한 것으로 확인되었습니다. 따라서 변압기에 오일이 채워진 상태에서 24시간 후에 절연 검사를 실시하여 신뢰성을 확보해야 합니다.

(3) 재조립 시 철심의 날카로운 모서리에 주의해야 합니다.

철심을 요크에 다시 설치할 때 철심 칩의 날카로운 모서리에 특히 주의해야 하며, 오일 덕트 사이의 절연 상태, 특히 칩의 날카로운 모서리 부분의 절연 상태를 즉시 측정하여 칩 접합으로 인한 철심의 다중 접지 현상을 방지해야 합니다. 예를 들어, 120MVA 용량의 220kV 변압기에서 저전압 측 권선을 교체하고 요크를 재설치할 때, 재설치 과정에서 칩의 날카로운 모서리를 발견하지 못하고 오일 덕트 사이의 절연 상태를 제때 측정하지 않아 설치 후 절연 상태가 0으로 측정된 사례가 있습니다. 이후 철심 칩의 날카로운 모서리 부분에서 오일 덕트가 단락된 것을 발견하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다.

(4) 권선 재료를 단락 저항이 강한 재료로 교체하십시오.

개선된 구조의 변압기 권선의 기계적 강도는 주로 다음 두 가지 측면에 의해 결정됩니다.

① 첫째, 권선의 기계적 강도는 권선 자체의 구조적 요소에 의해 결정됩니다.

② 두 번째는 권선 내경측 지지, 권선의 축 방향 압축 구조, 그리고 인장판 및 클램프의 제조 공정에 의해 결정되는 기계적 강도입니다. 현재 대부분의 변압기 제조업체는 반경질 동선이나 자체 접착식 전이 도체를 사용하여 권선 자체의 단락 방지 능력을 향상시키고, 품질이 우수한 골판지 실린더를 사용하거나 보강재의 수를 늘려 권선의 방사 방향 하중 저항 능력을 향상시키며, 인장판이나 스프링 스터드를 사용하여 권선군의 축 방향 하중 저항 능력을 향상시키고 있습니다.

전력 변압기 제조업체의 기술 부서로서, 변압기 판매 계약 체결 전 기술 시연 및 변압기 권선 교체 시 권선의 단락 방지 능력을 철저히 조사하고 충분한 주의를 기울여야 합니다.

(5) 변압기 건조

단락 사고 후 변압기를 정밀 점검하려면 오랜 시간이 걸리므로 변압기가 습기에 노출되는 것을 방지하기 위해 두 가지 조치를 취할 수 있습니다.

① 첫째, 매일 작업이 끝나기 전에 변압기를 덮고 진공 펌프를 사용하여 변압기 본체 표면의 수분을 제거해야 합니다. 다음 날 작업 시작 시에는 건조 질소 또는 건조 공기를 사용하여 진공을 제거해야 합니다. 일반적으로 변압기는 정비 후 24시간 동안 열유 순환을 거치면 바로 가동할 수 있습니다.

② 둘째, 매일 작업 완료 후 변압기에 대한 방수 조치를 취해야 합니다. 작업 완료 후에는 열유 분사 방식으로 변압기를 건조해야 하며, 일반적으로 7~10일이 소요됩니다.

(6) 기타 주의사항

변압기 단락 사고 발생 후, 통상적인 점검 항목에 따른 변압기 검사 외에도 변압기 오일, 가스 릴레이 가스, 권선 직류 저항, 권선 용량 및 권선 변형 측정 결과를 종합하여 고장 원인을 판단 및 분석해야 합니다. 또한 권선 변형, 철심 및 클램프의 변위 및 풀림 여부를 점검하고, 이에 따라 변압기에 대한 보수 방안 및 예방 조치를 결정해야 합니다. 변압기 단락 사고로 인한 심각한 변형으로 권선을 교체해야 하는 경우, 철심 조각의 재조립, 모든 절연 부품의 건조, 변압기 오일 처리 및 변압기 전체 건조에 특히 주의해야 합니다.