변압기를 보호하는 방법. 변압기를 올바르게 보호하면 변압기의 수명을 연장할 수 있습니다.

변압기는 지속적으로 작동하는 고정 설비로, 신뢰성이 높고 고장 발생 가능성이 낮습니다. 그러나 대부분의 변압기는 옥외에 설치되어 작동 중 부하의 영향을 받고 전력 시스템의 단락 고장과 같은 다양한 요인의 영향을 받기 때문에 작동 과정에서 고장 및 이상 현상이 불가피하게 발생할 수 있습니다.

1. 변압기의 일반적인 고장 및 이상 현상

변압기 고장은 내부 고장과 외부 고장으로 나눌 수 있습니다.

내부 고장은 케이스 내부에서 발생하는 고장을 말하며, 여기에는 권선의 상간 단락 고장, 단상 권선의 권선간 단락 고장, 권선과 철심 사이의 단락 고장, 권선 단선 고장 등이 포함됩니다.

외부 고장은 변압기의 외부 리드선 사이의 다양한 상 단락 고장과 리드선 절연 부싱이 케이스를 통해 섬락될 때 발생하는 단상 접지 고장을 의미합니다.

변압기 고장은 심각한 피해를 초래합니다. 특히 내부 고장이 발생할 경우, 단락 전류로 인해 발생하는 고온 아크는 변압기 권선의 절연체와 철심을 태울 뿐만 아니라 변압기 오일을 분해하여 다량의 가스를 발생시키고, 변압기 외피의 변형 및 폭발까지 일으킬 수 있습니다. 따라서 변압기 고장 시에는 반드시 제거해야 합니다.

변압기 이상 현상의 주요 원인은 과부하, 오일 레벨 저하, 과전류로 인한 외부 단락, 운전 중 변압기 오일 온도 과열, 권선 온도 과열, 변압기 압력 과열 및 냉각 시스템 고장입니다. 변압기에 이상이 발생하면 경보 신호를 발생시켜야 합니다.

두 번째, 변압기 보호 구성

단락 고장에 대한 주요 보호 기능: 종방향 차동 보호, 중가스 보호 등

단락 고장 백업 보호: 주로 복합 전압 잠금 과전류 보호, 영순(방향) 과전류 보호, 저임피던스 보호 등이 있습니다.

비정상 작동 보호: 주로 과부하 보호, 과여자 보호, 경질 가스 보호, 중성 간극 보호, 온도 오일 레벨 보호 및 냉각 시스템 고장 보호 기능을 제공합니다.

3. 비전기적 보호

변압기 보호는 오일, 가스, 온도 및 기타 비전기적 요소로 구성되며, 이를 비전기 보호라고 합니다. 비전기 보호에는 주로 가스 보호, 압력 보호, 온도 보호, 오일 레벨 보호 및 냉각기 정지 보호가 있습니다. 비전기 보호는 현장 상황에 따라 트립되거나 신호를 발생시켜 변압기를 보호합니다.

1. 가스 보호

변압기 내부 고장이 발생하면 단락 전류 및 단락 지점 아크의 작용으로 변압기 내부에서 많은 양의 가스가 발생하고, 동시에 변압기 오일의 유속이 증가합니다. 가스와 오일의 흐름을 이용하여 보호하는 것을 가스 보호라고 합니다.

(1) 경가스 보호: 변압기 내부에서 경미한 고장이나 이상이 발생하면 고장 지점의 국부적인 과열로 인해 오일의 부분적인 팽창이 발생하고 오일 내의 가스가 기포를 형성하여 가스 릴레이로 들어갑니다. 경가스 보호 동작은 경가스 신호를 보냅니다.

(2) 중가스 보호: 변압기 탱크에서 심각한 고장이 발생하면 고장 전류가 크고 아크로 인해 변압기 오일이 대량으로 분해되어 많은 양의 가스와 오일이 흐르게 됩니다. 충격 배플은 중가스가 보호 작용을 따르도록 하고 중가스 신호와 출구 트립을 발생시켜 변압기를 차단합니다.

(3) 중가스 보호는 연료탱크 내부 고장의 주요 보호 장치로서 변압기의 다양한 내부 고장을 반영할 수 있습니다. 변압기에서 몇 턴 간 단락이 발생하면 고장 전류가 매우 크더라도 차동 보호에서 발생하는 차동 전류가 크지 않을 수 있으므로 차동 보호가 작동하지 않을 수 있습니다. 따라서 변압기 내부 고장의 경우 고장을 제거하기 위해 중가스 보호에 의존해야 합니다.

사진

2. 압력 보호

압력 보호는 변압기 탱크 내부 고장에 대한 주요 보호 장치이기도 합니다. 압력 방출 및 압력 변동 보호 기능은 변압기 오일의 압력을 반영하여 작동합니다.

3. 온도 및 오일 레벨 보호

변압기 온도가 경고값까지 상승하면 온도 보호 장치가 경보 신호를 보내고 대기 냉각기를 작동시킵니다.

변압기에서 오일이 누출되거나 다른 이유로 오일 수위가 낮아지면 오일 수위가 보호되고 경보 신호가 전송됩니다.

4. 쿨러 전체 정지 보호 기능

작동 중인 모든 변압기 냉각기가 정지하면 변압기 온도가 상승합니다. 제때 조치를 취하지 않으면 변압기 권선의 절연이 손상될 수 있습니다. 따라서 변압기 작동 중 모든 냉각기가 정지하면 보호 장치가 경보 신호를 보내고 일정 시간 지연 후 변압기를 차단합니다.

넷째, 차동 보호

변압기 차동 보호는 변압기 전력 용량의 주요 보호 장치이며, 보호 범위는 각 측 전류 변압기로 둘러싸인 부분입니다. 이 범위 내에서 권선 간 단락, 턴 간 단락 등의 고장이 발생하면 차동 보호 장치가 작동합니다.

1. 변압기 돌입 전류

변압기 전압 강하 시 발생하는 계자 전류를 계자 돌입 전류라고 합니다. 여자 돌입 전류의 크기는 변압기 구조, 폐쇄각, 용량, 폐쇄 전 잔류 자화 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 측정 결과, 돌입 전류는 일반적으로 정격 전류의 2~6배이며, 최대 8배 이상에 달하는 경우도 있습니다. 돌입 전류는 변압기의 충전측으로만 흐르기 때문에 차동 회로에 큰 차동 전류를 발생시켜 차동 보호 장치의 오작동을 초래할 수 있습니다.

돌입 전류는 다음과 같은 특징을 갖는다. a. 돌입 전류 값이 매우 크고 뚜렷한 비주기적 성분을 포함한다. b. 파형이 뾰족하고 불연속적이다. c. 특히 2차 고조파 성분을 비롯한 뚜렷한 고차 고조파 성분을 포함한다. d. 여자 돌입 전류는 감쇠된다.

위와 같은 돌입 전류의 특성에 따라, 변압기 차동 보호 장치의 오작동을 유발하는 돌입 전류를 방지하기 위해 본 프로젝트는 높은 2차 고조파 함량, 파형 비대칭성, 파형 불연속 각도라는 세 가지 원칙을 활용하여 차동 보호 장치의 잠금을 구현합니다.

2. 제2고조파 제동 원리

2차 고조파 제동의 핵심은 차동 전류의 2차 고조파 성분을 이용하여 차동 전류가 고장 전류인지 돌입 전류인지를 판단하는 것입니다. 2차 고조파 성분이 기본파 성분에 비해 차지하는 비율이 특정 값(일반적으로 20%)보다 크면 차동 전류는 돌입 전류로 판단되어 차동 보호 회로가 작동합니다.

따라서 2차 고조파 제동비가 클수록 허용되는 기본파에 포함된 2차 고조파 전류가 많아지고 제동 효과는 떨어집니다.

3. 차동 급제동 보호 기능

변압기 내부에 심각한 고장이 발생하여 고장 전류가 변류기(CT) 포화를 유발할 정도로 커지면, CT 2차 전류에는 다량의 고조파 성분이 포함됩니다. 이러한 경우, 2차 고조파 제동으로 인해 차동 보호 장치가 작동을 멈추거나 지연될 가능성이 높습니다. 이는 변압기에 심각한 손상을 초래할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일반적으로 차동 급속 차단 보호 장치를 설치합니다.

차동 급속 차단 소자는 실제로 종방향 차동 보호의 고정 차동 소자입니다. 일반 차동 소자와 달리 차동 전류의 실효값을 반영합니다. 차동 전류의 파형이나 고조파 성분의 크기에 관계없이, 차동 전류의 실효값이 차동 급속 차단 소자의 설정값(일반적으로 차동 보호의 설정값보다 높음)을 초과하면 여자 돌입 전류 등의 기준에 따른 잠금 없이 변압기를 즉시 차단합니다.

다섯째, 변압기 백업 보호

변압기의 주 보호 장치에 대해 간략히 소개하고, 이어서 변압기의 백업 보호 장치에 대해 소개합니다. 변압기의 백업 보호 장치에는 여러 가지 구성 방식이 있는데, 여기서는 이중 전압 잠금 과전류 보호와 접지 보호라는 두 가지 유형의 백업 보호 장치에 대해 간략히 소개합니다.

1. 이중 압력 잠금 과전류 보호

복합 전압 잠금 과전류 보호는 대형 및 중형 변압기 간 단락 고장에 대한 백업 보호 장치입니다. 과전류 보호 기능이 감도 요구 사항을 충족하지 못하는 승압 변압기, 시스템 연결 변압기 및 강압 변압기에 적합합니다. 역상 전압과 저전압으로 구성된 복합 전압은 보호 범위 내의 다양한 고장을 반영하여 과전류 보호 설정값을 낮추고 감도를 향상시킵니다.

복합 전압 과전류 보호는 복합 전압 요소, 과전류 요소 및 시간 요소로 구성됩니다. 보호의 접근 전류는 변압기 측의 2차 삼상 CT 전류이고, 접근 전압은 변압기 측 또는 타측의 2차 삼상 PT 전압입니다. 마이크로컴퓨터 제어 보호의 경우, 소프트웨어를 통해 이 측의 전압을 타측에 제공할 수 있으므로, PT의 어느 측을 유지 보수하더라도 복합 전압 과전류 보호 기능을 사용할 수 있습니다. 동작 논리는 아래와 같습니다.

2. 변압기 접지 보호

대형 및 중형 변압기의 접지 단락 고장 백업 보호에는 일반적으로 영순위 과전류 보호, 영순위 과전압 보호, 간극 보호 등이 포함됩니다. 다음은 중성점을 기준으로 한 세 가지 접지 방식에 대한 간략한 소개입니다.

(1) 중성점은 직접 접지됩니다.

전압이 110kV 이상이고 중성점이 직접 접지된 변압기의 경우, 접지 사고를 반영하기 위해 고전류 접지 시스템 측에 영상 전류 보호 장치를 설치해야 합니다. 고전압 측과 중간 전압 측 모두 직접 접지된 변압기의 경우, 각 측 모선 방향으로 영상 전류 보호 장치를 설치해야 합니다.

영순위 전류 보호의 원리는 선로 영순위 보호와 유사하며, 30호를 참조하십시오. 영순위 전류는 중성점의 2차 CT 전류 또는 측측 2차 3상 CT 전류에서 도출할 수 있습니다. 방향 제어 요소에 연결된 영순위 전압은 측측 PT 개방 삼각 전압 또는 측측 2차 3상 전압에서 얻을 수 있습니다. 마이크로컴퓨터 보호 장치에서는 주로 자체 제작 방식을 채택합니다.

대형 3권선 변압기의 경우, 영순환 전류 보호는 3단계로 구성될 수 있습니다. 1단계와 2단계에는 방향성이 있고, 3단계에는 방향성이 없습니다. 각 단계는 일반적으로 2단계 지연 시간을 가지며, 짧은 지연 시간은 고장 범위 축소(점프 버스 또는 로컬 스위치 사용)에, 긴 지연 시간은 변압기 차단(점프 3측 스위치 사용)에 사용됩니다. 구체적인 보호 구성은 실제 상황에 따라 결정됩니다.

그림에서와 같이, 1부 또는 2부의 영순위 방향 전류 보호 작동 후, 고장 영향 범위를 줄이기 위해 t1 또는 T3 모선이나 로컬 스위치를 짧은 지연 시간으로 먼저 점프시켜야 합니다. 그래도 고장량이 남아 있으면 t2 또는 T4 삼방향 스위치를 긴 지연 시간으로 사용하여 변압기를 차단해야 합니다. 3부는 방향성이 없으므로 변압기를 지연 시간으로 직접 차단합니다.

(2) 중성점은 접지되지 않았습니다.

영순환 전류는 변압기의 중성점을 통과하여 영순환 루프를 형성합니다. 그러나 모든 변압기의 중성점이 접지되면 접지점에서의 단락 전류가 각 변압기로 분배되어 영순환 과전류 보호의 감도가 저하됩니다. 따라서 영순환 전류를 특정 범위 내로 제한하기 위해 중성점 접지 변압기의 수를 조절합니다.

접지되지 않은 변압기의 경우, 접지 고장 발생 시 고장 지점에서의 갭 아크로 인한 변압기의 과전압 손상을 방지하기 위해 영순위 전압 보호를 구성해야 합니다.

완전 절연 변압기는 중성점의 절연 수준이 높아 시스템에 접지 사고가 발생할 경우, 먼저 영상 전류 보호 기능을 통해 중성점 접지 변압기를 제거합니다. 만약 사고가 여전히 해결되지 않으면, 영상 전압 보호 기능을 통해 중성점 비접지 변압기를 제거합니다.

(3) 중성점은 방전 간극을 통해 접지됩니다.

모든 고전압 변압기는 반절연 구조이며, 중성 코일과 접지 사이의 절연은 다른 부분보다 약합니다. 중성 코일 절연은 파손되기 쉬우므로 절연 파괴 방지 장치를 설치해야 합니다.

갭 보호의 역할은 접지되지 않은 변압기의 중성점 절연 안전을 보호하는 것입니다.

그림과 같이 변압기의 중성점과 접지 사이에 절연간극이 설치되어 있습니다. 접지 차단 스위치가 닫히면 변압기가 직접 접지되어 영순위 과전류 보호가 작동합니다. 접지 차단 스위치가 해제되면 변압기는 절연간극을 통해 접지되어 절연간극 보호가 작동합니다.

갭 보호는 변압기의 중성점을 통해 흐르는 갭 전류 3I0과 모선 PT의 개방 삼각 전압 3U0을 기준으로 하여 구현됩니다.

중성점과 고장 지점 사이의 전압이 상승하면 절연 파괴가 발생하여 큰 절연 간극 전류 3I0이 발생하고, 이때 절연 간극 보호 동작이 작동하여 지연 후 변압기를 차단합니다. 또한, 시스템에 접지 고장이 발생하면 중성점 접지 변압기의 영순위 보호 동작이 먼저 수행되어 중성점 접지 변압기를 차단합니다. 시스템의 접지가 끊어진 후에도 고장이 여전히 남아 있으면 버스 PT 3U0의 개방 삼각 전압이 커지고, 이때 절연 간극 보호 동작이 다시 작동합니다.

출처: 파워펄핏