500kV SF₆ 탱크 회로 차단기 절연 견인봉 방전 고장 원인 분석 및 처리
절연 끌봉은 회로 차단기의 핵심 구성 요소로서 가스 절연 스위치 기어(GIS) 장비의 중요한 절연 및 전송 부품입니다. 이는 기계적 및 전기적 특성 면에서 높은 신뢰성이 요구됩니다. 일반적으로 절연 끌봉은 거의 고장이 발생하지 않지만, 일단 고장이 발생하면 회로 차단기에 심각한 결과를 초래할 수 있습니다.
특정 발전소의 550kV 회로 차단기는 단일 중단 수평 배치이며, 모델은 550SR-K이고 유압 작동 기구를 갖추고 있습니다. 이 회로 차단기는 63kA의 분단 용량, 550kV의 정격 전압, 4000A의 정격 전류, 63kA의 정격 분단 전류, 1675kV의 정격 번개 충격 내압, 1300kV의 정격 전환 충격 내압, 740kV의 정격 주파수 내압을 가지고 있습니다. 회로 차단기의 절연봉은 에폭시 수지로 만들어져 있으며, 두께가 15mm, 폭이 40mm, 밀도는 1.1-1.25g/cm³입니다.
고장 과정
특정 수력 발전소에서 4번 주 변압기를 재운전하려고 준비하고 있었습니다. 발전소의 주 전기 배선은 그림 1에 표시되어 있습니다. 상위 컴퓨터는 먼저 5032 회로 차단기를 열고, 다음으로 5031 회로 차단기를 열었습니다. 상위 컴퓨터는 "TV 오픈 회로 경보"와 "5031 회로 차단기 보호 장치 이상" 등의 신호를 보고했습니다. 현장 조사 결과, 5031 회로 차단기의 보호 장치와 안전 제어 장치 모두 TV 오픈 회로 경보가 발생한 것으로 확인되었습니다. 상위 컴퓨터 검사 결과, 5032와 5031 회로 차단기의 T 구역에 있는 전압 변환기에 대해 Uab= 0, Uca = 306kV, Ubc = 305kV였습니다. 현장 실제 조사 결과, 5032와 5031 회로 차단기 모두 개방 위치에 있었습니다.
유지 관리 인원은 5032와 5031 회로 차단기의 T 구역에 있는 전압 변환기 본체의 단자 상자에서 C상의 2차 감속 권선 전압을 55V, A상과 B상의 2차 감속 권선 전압을 0V로 측정했습니다. 초기 판단 결과, 5031 회로 차단기의 C상에 고장이 발생한 것으로 추정되었습니다.
현장 조사 상황
고장이 발생한 후 발전소는 즉시 현장에서 고장 지점을 찾아 고장 원인 분석을 수행하였으며, 성 도급 센터에 연락하여 5031 회로 차단기를 유지 관리 상태로 전환하였습니다. 회로 차단기 제조업체 인원이 현장에 도착한 후 5031 회로 차단기의 작동 기구를 다시 점검하였습니다. 작동봉의 위치가 정상적인 "열린" 상태였으며, 기구에 이상이 발견되지 않았습니다(그림 2 참조). 이를 통해 회로 차단기 내부 문제로 인해 고장이 발생한 것으로 예상되었습니다.
회로 차단기의 폐합 저항이 접지 저항보다 훨씬 작은 것을 고려할 때, 회로 차단기의 실제 내부 상태가 폐합 위치에 있다면, 해당 회로 차단기의 접지 저항은 다른 두 상보다 크게 낮아질 것입니다. 회로 차단기 양쪽의 접지 격리 스위치를 열지 않고 5031 회로 차단기의 3상 접지 저항을 측정한 결과는 다음과 같습니다: A상은 273.3 μΩ, B상은 245.8 μΩ, C상은 256.0 μΩ였습니다. C상에서 이상 데이터는 발견되지 않았습니다.
5031 회로 차단기가 유지 관리 상태로 들어간 후, 5031C 상 회로 차단기의 가스 회수 과정을 시작하고, 커버를 열어 점검하기 위한 준비를 하였습니다. 5031C 상 회로 차단기의 상부 플랜지를 들어내었고, 점검 결과 이 회로 차단기의 움직이는 접점과 고정 접점이 정상적인 열린 위치에 있었으며, 회로 차단기의 전체 구조는 무결하며 외부 물체나 명백한 방전 흔적은 발견되지 않았습니다. 멀티미터를 사용하여 회로 차단기의 움직이는 접점과 고정 접점 사이의 접촉 저항을 측정한 결과 0.6 Ω (정상 범위 내)였으며, 움직이는 접점과 고정 접점 간, 그리고 절연 끌봉 간에는 전기 연결이 없었습니다(그림 3 참조).
상부 플랜지와 회로 차단기의 하부 접근 구멍을 다시 들어내어 점검한 결과, 가스 실에서 뚜렷한 타는 냄새가 감지되었으며, 가스 실 바닥과 하부 방폭 막 위치에 갈색-검은색 가루 같은 물질이 발견되었습니다(그림 4 참조).
5031C 상 회로 차단기에 대한 수동 느린 폐합 테스트를 수행하였습니다. 폐합 작동은 정상적이었으며, 이상 현상은 발견되지 않았습니다. 수동 느린 폐합이 완료된 후 회로 차단기 본체의 외부를 다시 점검하였더니, 회로 차단기의 절연 끌봉에 두 개의 방전 흔적이 발견되었습니다. 하나는 명백히 균열이 발생한 것으로 확인되었습니다(그림 5 참조). 절연 끌봉 표면에는 추적 흔적이 있었으며, 이러한 흔적은 절연 끌봉 전체를 걸쳐 있었습니다.
절연 끌봉을 점검하여 새로운 방전 점이 발견되지 않은 후, 5031C 상 회로 차단기에 대한 수동 느린 개방 테스트를 수행하였습니다. 개방 작동은 정상적이었습니다. 개방이 완료된 후 절연 끌봉을 다시 점검하였으나, 여전히 새로운 방전 점은 발견되지 않았습니다. 보레스코프를 사용하여 회로 차단기 내부를 철저히 점검하였으나, 다른 이상 현상은 발견되지 않았습니다.
고장 원인 분석
고장난 절연 끌봉을 제거한 후 관찰 및 측정하였습니다. 끌봉의 길이는 570mm, 폭은 40mm, 두께는 15mm였습니다. 전체 절연 끌봉에 두 개의 명백한 방전 화상이 있었으며, 각각 끌봉 끝에서 182mm와 315mm 떨어진 위치에 있었습니다. 하나는 약 53mm 길이의 균열이 있었습니다. 절연 끌봉 전체 표면에는 명백한 추적 통로 흔적이 있었으며, 이는 끌봉 양 끝의 내부 구멍을 연결하고 있었습니다.
고장난 절연 끌봉의 절연을 측정하였습니다. 멀티미터로 측정했을 때, 끌봉 끝의 인접한 구멍 사이의 절연은 정상적이었습니다. 끌봉 양 끝의 두 내부 구멍 사이의 절연은 1.583MΩ였습니다. 절연 저항 미터로 측정했을 때, 1010V 전압에서 저항 값은 643kΩ였으며, 끌봉 양 끝의 두 외부 구멍 사이의 절연은 5259V 전압에서 1.52TΩ였습니다. 정상적인 절연 끌봉의 경우, 5259V 전압에서 끌봉 양 끝의 두 내부 구멍 사이의 절연은 5.26TΩ 이상이었습니다.
위의 점검 결과를 바탕으로, 5031C 상 회로 차단기의 절연 끌봉의 절연이 파손되었으며, 비교적 낮은 전압 조건에서도 도전성을 나타냈다고 판단할 수 있습니다.
5031C 상 회로 차단기의 절연 끌봉을 절단하여 점검한 결과, 끌봉 끝 부분을 제외하고는 공기 구멍이 보이지 않았으며, 끌봉 내부의 추적 통로를 따라 긴 공기 구멍이 존재하는 것으로 확인되었습니다(그림 6 참조).
전반적인 절연 파괴; 두 번째로, 절연 끌봉의 재료 비율이나 경화 시간이 관련 요구 사항을 충족하지 못하여, 절연 끌봉의 서로 다른 부분에서 절연 강도가 일정하지 않았습니다. 강한 전기장에서 절연이 낮은 부분이 먼저 파괴되고, 그 다음으로 다른 절연이 낮은 부분들이 순차적으로 파괴되면서, 결국 절연 끌봉의 전반적인 절연 파괴로 이어졌습니다.
대응 조치
일반 대응
5031C 상 회로 차단기의 고장 원인이 확인된 후, 발전소는 C 상 회로 차단기의 절연 끌봉 교체를 진행하였습니다. 교체가 완료된 후, 가스 실을 진공 처리하고, 정격 압력 0.45MPa로 가스를 충전하여 24시간 동안 방치하였습니다. 그 후, 가스 실 내 수분 함량 측정, 폐합 저항 점검, 특성 테스트, 가스 누설 검사를 포함한 일상적인 테스트를 수행하였습니다. 일상적인 테스트가 통과된 후, 5031 회로 차단기의 폐합 및 개방 상태에서 교류 내압 및 부분 방전 테스트를 수행하였습니다. 부속품을 재설치하고, 재운전 신청을 제출하였습니다.
교류 내압 및 부분 방전 테스트
테스트 전압은 예비 선 3E로부터 적용되었습니다. 테스트 전, 5031 회로 차단기와 5032 회로 차단기 양쪽의 모든 전류 변환기(TA)의 3상 2차 회로는 본체에서 단락 및 접지되었습니다. 또한, 예비 선 3E의 모든 TA의 2차 회로는 본체에서 단락 및 접지되었으며, 테스트 범위 내의 전압 변환기는 제거되었습니다. 5031 회로 차단기가 폐합 및 개방 상태일 때 각각 교류 내압 및 부분 방전 테스트를 수행하였습니다.
발전소의 500kV GIS 장비의 최고 운용 전압 , 상 전압 , 공장 테스트 전압 , 그리고 최대 현장 내압 , 지속 시간은 입니다.
그림 7에 표시된 바와 같이, 폐합 내압 및 부분 방전 테스트의 순서는 다음과 같습니다: GIS는 전압으로 5분 동안 노화 및 정제를 거쳤으며, 버스바는 전압으로 3분 동안 노화 및 정제를 거쳤습니다. 그 후, 교류 내압 테스트는 로 증가하여 60초 동안 유지되었습니다. 전압은 그 후 로 급속하게 감소하였으며, 5031 회로 차단기의 가스 실의 부분 방전을 3분 동안 테스트하였습니다. 테스트 후, 전압은 0kV로 급속하게 감소하였습니다.
그림 8에 표시된 바와 같이, 개방 내압 및 부분 방전 측정 테스트 절차는 다음과 같습니다: 테스트 전압은 로 균일하게 증가하여 60초 동안 유지되었습니다. 내압 테스트가 완료된 후, 전압은 로 급속하게 감소하였으며, 5031 회로 차단기의 가스 실의 부분 방전을 테스트하였습니다. 테스트 후, 전압은 0kV로 급속하게 감소하였습니다.
결론
500kV SF₆ 탱크형 회로 차단기의 절연 끌봉의 품질은 회로 차단기의 안전성과 전력망의 안정성에 매우 중요합니다. 장비 제조업체는 엄격한 품질 관리를 해야 합니다. 장비 조립 전, 절연 끌봉에 대한 부분 방전 테스트를 수행해야 하며, 필요하다면 결함 탐지 등 방법을 사용하여 재료 검사를 할 수 있습니다. 회로 차단기가 운전된 후, 매우 높은 주파수와 초음파 테스트 등의 방법을 사용하여 정기적인 생활 부분 방전 검사를 수행해야 합니다. 동시에, 회로 차단기 유지 관리와 함께 오프라인 부분 방전 생활 검사를 병행해야 합니다. 부분 방전 수준이 이상한 회로 차단기의 경우, SF₆ 가스 분해 제품 분석을 병행하여 SF₆ 회로 차단기의 절연 건강을 조기에 진단하여 장비 고장을 방지하고 전력망의 안전하고 안정적인 운전을 보장해야 합니다.
