전력 변압기의 단락 저항을 개선하기 위한 조치

전력 변압기 개요

전자식 전력 변압기는 주로 전력 전자 기술을 이용하여 구현됩니다. 즉, 특정 주파수, 전압 및 파형의 전력 신호를 주파수 감소 방식으로 변환합니다. 적절한 제어 방식을 통해 전력 전자 소자의 동작을 제어함으로써, 하나의 주파수, 전압 및 파형의 전기 에너지를 다른 주파수, 전압 및 파형의 전기 에너지로 변환할 수 있습니다. 중간 절연 변압기의 부피는 철심 재료의 포화 자속 밀도와 철심 및 권선의 최대 허용 온도 상승에 따라 달라지는데, 포화 자속 밀도는 동작 주파수에 반비례합니다. 따라서 동작 주파수를 높이면 철심 이용 효율이 향상되어 변압기의 크기를 줄이고 전체 효율을 높일 수 있습니다.

2. 전력 변압기의 단락 저항 개선 방안

변압기의 안전하고 경제적이며 신뢰할 수 있는 운전 및 출력은 제조 품질, 운전 환경 및 유지보수 품질에 달려 있습니다. 본 장에서는 변압기 운전 및 유지보수 중 발생하는 변압기의 갑작스러운 고장을 효과적으로 예방하기 위한 방안을 제시하고자 합니다.

전력망은 낙뢰, 계전기 보호 장치의 오작동 또는 작동 거부 등으로 인해 단락되는 경우가 빈번합니다. 단락 전류의 강한 충격은 변압기를 손상시킬 수 있으므로, 변압기의 단락 내전력을 다방면으로 향상시키기 위한 노력이 필요합니다. 변압기 단락 충격 사고 통계에 따르면 제조상의 원인이 약 80%를 차지하고, 운전 및 유지보수상의 원인은 약 10%에 불과합니다. 설계 및 제조 관련 조치는 2장에서 다루었으며, 본 장에서는 운전 및 유지보수 과정에서 취해야 할 조치에 초점을 맞추겠습니다. 운전 및 유지보수 과정에서 단락 고장을 최소화하여 변압기에 충격이 가해지는 횟수를 줄이는 한편, 변압기 권선의 변형을 적시에 점검하여 문제가 발생하기 전에 예방해야 합니다.

(1) 코일 제조 시 설계 표준화 및 축압축 공정에 주의를 기울여야 합니다. 설계 시 제조업체는 변압기의 손실 감소 및 절연 수준 향상뿐만 아니라 기계적 강도 및 단락 고장 저항성 향상도 고려해야 합니다. 제조 공정 측면에서, 많은 변압기가 절연 압력판을 사용하고 고전압 코일과 저전압 코일이 하나의 압력판을 공유하기 때문에 이러한 구조는 높은 수준의 제조 기술을 요구하며, 압력판을 고밀도로 압축해야 합니다. 각 코일을 일정한 압력에서 건조하고 압축 후 코일의 높이를 측정합니다. 동일한 압력판을 사용하는 각 코일은 위의 공정을 거친 후 높이를 동일하게 조정하고, 최종 조립 시 유압 장치를 사용하여 코일에 지정된 압력을 가하여 설계 및 공정 요구 사항을 충족하는 높이를 확보해야 합니다. 일반 조립 시에는 고전압 코일의 압축에 주의를 기울이는 것 외에도 저전압 코일의 압축 제어에 특별히 주의를 기울여야 합니다.

(2) 변압기에 대한 단락 시험을 실시하여 단락이 발생하기 전에 예방한다. 대형 변압기의 작동 신뢰성은 첫째로 구조 및 제조 공정 수준에 달려 있고, 둘째로 작동 중 장비의 작동 조건을 적시에 파악하기 위한 다양한 장비 시험에 달려 있다. 단락 시험을 통해 변압기의 기계적 안정성을 파악하고 약점을 개선하여 변압기의 구조적 강도를 확실하게 설계할 수 있다.

(3) 신뢰할 수 있는 계전기 보호 및 자동 재폐로 시스템을 사용하십시오. 시스템의 단락 사고는 사람이 피하려고 노력하지만 절대적으로 피할 수 없는 사고이며, 특히 10kV 송전선은 오작동, 작은 동물의 침입, 외부 충격 및 사용자 책임으로 인해 단락 사고가 발생할 가능성이 매우 높습니다. 따라서 가동 중인 변압기는 우선 보호 시스템에 신뢰할 수 있는 직류 전원을 공급하고 보호 조치의 정확성을 보장해야 합니다. 변압기의 외부 단락 강도가 운전 중에 약한 현 상황을 고려할 때, 시스템 단락 트립 후 자동 재폐로 또는 강제 시운전 시 불리한 요소를 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 변압기 손상이 악화되어 수리가 불가능해질 수도 있습니다. 현재 일부 운영 부서에서는 근거리 가공선(예: 2km 이내)이나 케이블선의 경우, 단락 고장을 즉시 자동 제거할 수 있는 확률을 고려하여 재폐로 기능을 폐지하거나, 재폐로 실패하여 발생하는 문제를 줄이기 위해 재폐로 간격을 적절히 연장하고 있습니다. 따라서 단락 트립 위험은 가능한 한 최소화해야 합니다.

(4) 변압기 권선의 변형 시험 및 진단을 적극적으로 실시해야 합니다. 일반적으로 변압기가 단락 고장 전류의 영향을 받으면 권선이 부분적으로 변형되며, 당장 손상되지 않더라도 심각한 잠재적 문제를 야기할 수 있습니다. 첫째, 절연 거리가 변하고 고체 절연이 손상되어 부분 방전이 발생합니다. 낙뢰 과전압이 발생하면 권선 간 및 권선 간 절연 파괴가 발생하여 갑작스러운 절연 파괴 사고로 이어질 수 있습니다. 정상 작동 전압에서도 부분 방전의 장기적인 영향으로 인해 절연 파괴 사고가 발생할 수 있습니다.

따라서 변압기 권선 변형 진단을 적극적으로 수행하고, 고장 변압기를 적시에 발견하며, 계획적인 후드 점검 및 유지 보수를 실시하는 것은 많은 인력과 물자를 절약할 뿐만 아니라 변압기 사고 예방에 매우 중요한 역할을 할 수 있습니다.

전달 함수 H(jw)의 영점 및 극점 분포(즉, 주파수 응답 특성)는 2포트 네트워크의 구성 요소 및 연결 방식과 밀접한 관련이 있습니다. 수많은 실험 연구 결과에 따르면 변압기 권선은 일반적으로 10kHz~1MHz 주파수 범위에서 여러 개의 공진점을 갖습니다. 주파수가 10kHz 미만일 때는 권선의 인덕턴스가 주요 역할을 하며, 공진점의 수가 적고 분포 커패시턴스 변화에 덜 민감합니다. 주파수가 1MHz를 초과하면 권선의 인덕턴스는 분포 커패시턴스에 의해 상쇄되므로 공진점 또한 그에 따라 감소하고 인덕턴스 변화에 덜 민감해집니다. 또한 주파수가 증가함에 따라 테스트 루프(리드)의 부유 커패시턴스도 테스트 결과에 상당한 영향을 미칩니다.

변압기 권선 변형 시험기는 가격이 비싸고 고도의 전문 인력이 필요하기 때문에 생산 및 운영 현장에서 널리 사용되기 어렵습니다. 따라서 실제 현장에서는 변압기 권선 정전 용량 변화를 통해 권선 변형 여부를 판단하는 방법이 주파수 응답 측정법을 보완하는 유용한 수단으로 활용될 수 있습니다. 특히 주파수 응답 측정법을 적용할 수 없는 상황에서는, 누적된 수평 및 수직 방향의 측정 정전 용량을 비교하여 변압기 권선의 동작 상태를 조기에 파악할 수 있으므로 사고 발생 가능성을 줄이고 전력망의 안전하고 안정적인 운영을 보장할 수 있습니다.

(5) 현장 시공 및 운영·유지보수 시 검사를 강화하고 신뢰할 수 있는 단락 보호 시스템을 사용해야 합니다. 변압기를 현장에 설치할 때는 제조업체의 지침 및 규격을 엄격히 준수하여 시공해야 하며, 품질 관리를 철저히 하고 발견된 잠재적 위험 요소를 제거하기 위한 적절한 조치를 취해야 합니다. 운영·유지보수 담당자는 변압기의 검사·유지보수 및 보증 관리를 강화하여 변압기가 양호한 작동 상태를 유지하도록 하고, 출구 및 주변 지역에서의 단락 고장 발생 가능성을 줄이기 위한 적절한 조치를 취해야 합니다. 시스템의 단락 고장을 최대한 방지하기 위해 가동 중인 변압기에는 우선 신뢰할 수 있는 DC 보호 시스템을 설치하여 보호 동작의 정확성을 보장해야 합니다. 주파수 응답법 시험 기술을 이용하여 단락 트립 충격 후 변압기의 상태를 측정하고, 시험 결과에 따라 후드를 점검함으로써 중대 사고 발생을 효과적으로 예방할 수 있습니다.

변압기가 다양한 단락 전류를 견딜 수 있는지 여부는 주로 변압기의 구조 설계 및 제조 공정에 달려 있으며, 운영 관리, 운전 조건 및 시공 기술 수준과 밀접한 관련이 있습니다. 변압기 단락 사고는 전력망 시스템 운영에 극심한 피해를 초래합니다. 사고를 예방하기 위해서는 변압기와 전력망 시스템의 안전하고 안정적인 운영을 보장하기 위해 다방면에서 효과적인 제어 조치를 취해야 합니다.