LW12-500 죽은 탱크 회로 차단기 결함 분석 및 처리

소개

LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기는 국내 고압 회로 차단기입니다. 운영 시간이 지속적으로 증가함에 따라 본체와 작동 기구의 자주적인 고장이 전력망의 안전하고 안정적인 운영에 큰 영향을 미치고 있으며, 전력 공급 신뢰성을 저하시키고 회로 차단기의 유지보수 비용을 매년 상승시키고 있습니다. 이 논문은 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기의 일반적인 결함과 고장에 대해 대응하는 예방 및 관리 조치를 제안하여 장비의 잠재적 위험을 완전히 제거하고 전력망의 운영 수준을 향상시키려 합니다.

장비 개요

LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기는 SF₆ 가스를 절연 및 소멸 매체로 사용합니다. 작동 기구는 순수 압축 유체를 채택하며, 압축 유체 기구의 주요 구성 요소는 히타치에서 수입되었습니다. 회로 차단기는 병렬 구조를 가지며, 메인 브레이크 양쪽 끝에 병렬 커패시터가 설치되어 있습니다. 병렬 커패시터는 일본 무라타사에서 제공됩니다.

장비 운용 조건

국가 그리드 기업 시스템 내에는 여전히 많은 수의 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기가 운용 중입니다. 2014년 말까지 Jibei 회사에서는 33대의 이러한 회로 차단기가 운용 중이었으며, 그 중 14대는 폐쇄 저항기를 장착하고 있었고, 운용 시간은 ≥10년이었습니다.

장비 고장 상황

• 2002년 9월, 특정 변전소의 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 B상에서 단상 접지 고장이 발생했습니다. 5031 및 5032 회로 차단기의 B상이 트립되었으며, 5032 회로 차단기의 B상은 재폐쇄에 성공했으나, 5031 회로 차단기의 B상은 재폐쇄에 실패하였습니다. 점검 결과, 압력 스위치 조정 너트의 느슨해짐으로 인해 폐쇄 잠금 압력 값이 변경되어 회로 차단기의 재폐쇄가 실패한 것으로 확인되었습니다.

• 2004년 4월부터 6월까지 정기적인 장비 유지보수 및 사전 검사 중, 특정 변전소의 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5053, 5043, 5012에서 운용 중 오픈 거부 현상이 발생했습니다. 점검 결과, 작동 기구의 압축 유체 오일의 열화로 인해 밸브 본체의 움직임이 불량하였다는 것이 확인되었습니다.

• 2004년 6월, 특정 변전소의 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5052 C상에서 아크 소멸실 내 압력 실린더의 은 도금층이 벗겨져 탱크 내부 방전 고장이 발생했습니다.

• 2005년 6월, 특정 변전소에서 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5043에 대한 정상적인 정전 오픈 작업을 수행하던 중, B상 작동 기구의 오픈 전자석 아래 오프너 트립 래치의 회전 축 핀이 부러져 B상 회로 차단기가 분리되지 않았습니다. 동시에 오프너 회로의 직렬 저항이 손상되고 납땜이 끊어졌습니다. 점검 후, 손상된 래치, 오프너 코일, 오프너 직렬 저항을 교체하여 장비를 다시 운용하기 시작했습니다.

• 2005년 6월, 특정 변전소에서 2# 버스바에 전원을 공급하던 중, LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5053 C상이 폐쇄 후 즉시 트립되었습니다. 점검 결과, 스트라이커 막대의 변형으로 인해 1차 오프너 밸브가 재설정되지 않아 회로 차단기가 연속적으로 트립되었습니다. 스트라이커 막대를 교체하여 정상으로 돌아왔습니다.

• 2006년 5월, 특정 선로의 연속적인 트립 고장으로 인해 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5012 B상의 폐쇄 코일이 타버렸습니다. 점검 결과, B상의 폐쇄 래치가 걸려서 폐쇄 코일이 장시간 충전되어 타버린 것으로 확인되었습니다.

• 2007년 7월, 특정 변전소의 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5031 B상에서 운용 중 탱크 내부 방전 고장이 발생했습니다. 원인은 부싱 내부의 도전봉의 도장 공정(수작업 칫솔)이 좋지 않았기 때문입니다. 불균등한 칫솔질로 인해 칫솔모 등 이물질이 도전봉에 붙었고, 칫솔모가 쉴드에 떨어져 탱크 내벽으로 방전이 발생했습니다.

• 2007년 11월, 3# 변전소에서 고장이 발생했을 때, LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5013에서 여러 번의 오픈 및 폐쇄 실패로 인해 사고가 확대되었습니다.

• 2009년 2월, LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5012에 대한 정전 유지보수 후 보호 작동 테스트 중, C상이 폐쇄되지 않았습니다. 점검 결과, 작동 기구 내 폐쇄 래치와 버클을 연결하는 축이 부드럽지 않아 래치와 버클이 해제되지 않아 C상이 폐쇄되지 않았습니다.

• 2009년 6월, 대수리를 마친 후 전력 공급 중 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5021 A상에서 내부 플래시오버가 발생했습니다. 고장은 쉴드 어셈블리의 날카로운 모서리와 탱크 내부의 불결함으로 인한 것입니다.

• 2012년 3월, 오픈 후 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5053 A상에서 처음으로 인터럽터 파괴가 발생했고, 이후 접지 고장으로 발전했습니다. 점검 결과, 인터럽터 사이의 병렬 커패시터 플레이트의 열화로 인해 커패시터가 파괴 후 터져 쉴드와 탱크 사이의 방전을 유발했습니다.

• 2013년 1월, 오픈 후 LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기 5043 B상에서 다시 인터럽터 파괴가 발생했고, 이후 접지 고장으로 발전했습니다. A상의 인터럽터 사이의 12초간의 아크는 버스 차동 보호 장치에 의해 청산되기 전에 접지 고장으로 발전했습니다. 고장은 인터럽터 사이의 병렬 커패시터 플레이트의 열화로 인해 커패시터 파괴 및 터짐으로 인해 쉴드-탱크 방전을 유발한 것입니다.

주요 결함

• 초기 생산 단계에서 부싱 내부의 도전봉에 절연 도장이 좋지 않았습니다 (수작업 칫솔). 이로 인해 칫솔모가 붙어 내부 절연 방전의 잠재적 위험이 있었습니다.

• 탱크 내부 표면의 절연 도장이 좋지 않았으며, 깎이고 벗겨지기 쉬워 내부 절연 방전 위험이 있었습니다. 탱크 내부의 그레이딩 쉴드의 가공 및 조립이 좋지 않아 날카로운 모서리와 돌출부가 있었습니다.

• 아크 소멸실 압력 실린더 내부 표면의 은 도금층이 잘 벗겨지고 벗겨지기 쉽습니다.

• 이동 및 고정 접점의 정렬이 좋지 않거나 접점 스프링의 품질이 낮아 아크 접촉 손가락 및 노즐이 파편화되고 떨어져 나갔습니다.

• 인터럽터 사이의 병렬 커패시터 플레이트의 열화로 인해 절연 파괴 위험이 있었습니다.

• 작동 기구의 가열 및 밀봉 시스템 설계가 불합리하여 계절 전환 시 여러 회로 차단기에서 초고유압 경보가 발생했습니다.

• 압축 유체 기구의 고장이 자주 발생하여 특히 시일 및 압력 누적기의 손상률이 높아 기구의 신뢰성이 감소했습니다:

• 압축 유체 기구의 일차 밸브 가공이 좋지 않아 "오픈 후 즉시 재폐쇄" 또는 "연속 트립"이 여러 번 발생했습니다.

• 압축 유체 오일의 심각한 열화로 인해 자주 가압 및 유체 누수가 발생했습니다.

• 작동 기구의 일부 금속 부품 (예: 래치)의 강도가 부족하고 부러지거나 변형되기 쉬웠습니다 (재료나 가공 품질이 좋지 않았기 때문).

• 압력 누적기의 품질 문제가 있어 장기간 운용 후 여러 장치에서 사전 충전 압력이 하락하여 운용 요구 사항을 충족하지 못했습니다.

개조 조치

LW12-500 회로 차단기에 대한 실시된 유지보수 조치는 다음과 같습니다:

• 부싱 내부의 도전봉을 고급 절연 코팅 기술을 갖춘 새로운 유형으로 교체했습니다.

• 탱크의 철저한 내부 점검 및 유지보수: 내부 도장 층, 폐쇄 저항기 어셈블리, 압력 실린더의 은 도금층 (박리/벗겨진 경우 교체), 이동/고정 접점의 정렬 조정을 집중적으로 점검했습니다.

• 작동 기구의 점검 및 유지보수: 밸브 시스템, 압력 누적기, 작업 실린더, 압축 유체 펌프, 그리고 압축 유체 오일의 완전 교체를 포함합니다.

• 인터럽터 병렬 커패시터 플레이트를 일본 무라타사에서 제공하는 개선된 공정의 구성 요소로 교체했습니다.

개선 조치 제안

• 전력망의 안전성과 안정성을 위해 LW12형 회로 차단기의 적시 유지보수는 중요합니다. 그러나 부품 공급과 기술 서비스의 어려움, 장기간의 단종 및 부품의 부족으로 인해 유지보수가 어려워졌으며, 단일 장치의 대수리 비용이 새로운 회로 차단기를 구매하는 비용에 가까워졌습니다. 안전성, 경제성, 기술 진보를 고려할 때, LW12-500 탱크형 SF₆ 회로 차단기의 전체 교체를 권장합니다.

• 퇴역 전까지 LW12형 회로 차단기의 운영 상태 모니터링 및 유지보수를 강화해야 합니다. 초음파 부분 방전 검출 및 SF₆ 가스 크로마토그래피 분석과 같은 고급 기술을 사용하여 정기적으로 운영 전압 하에서 내부 절연 상태를 평가하고, 검출 주기를 단축하여 절연 열화 추세를 시기에 맞게 추적합니다. 이를 통해 운영 중 갑작스러운 내부 절연 고장을 방지하는 대책을 취할 수 있습니다.