변전소에서 유지보수가 필요 없는 변압기 브리더의 적용

현재 변압기에서는 전통적인 형태의 브리더가 널리 사용되고 있습니다. 실리카겔의 습기 흡수 능력은 운영 및 유지보수 인원이 실리카겔 구슬의 색상 변화를 시각적으로 관찰하여 판단합니다. 인원의 주관적 판단이 결정적인 역할을 합니다. 변압기 브리더의 실리카겔이 2/3 이상 색상이 변하면 교체해야 한다는 규정이 명확히 되어 있지만 특정 색상 변화 단계에서 흡착 용량이 얼마나 감소하는지 정확하게 측정하는 방법은 아직 없습니다.

또한 운영 및 유지보수 인원의 기술 수준이 크게 차이나므로 시각적 식별에 큰 차이가 생깁니다. 일부 제조업체와 개인들은 관련 연구를 수행하였으며, 예를 들어 실리카겔 필터링 후 공기 중 습도를 측정하거나 실리카겔의 실시간 무게 모니터링을 수행하였습니다. 임베디드 컴퓨터를 사용하여 제어, 검출 및 데이터 전송을 통해 자동으로 가열하고 실리카겔의 습기를 제거합니다.

1. 현재 기술 상태 분석
1.1 외국 기관의 변압기 브리더 연구
오랜 기간 동안 해외 학문적 연구와 실제 응용에 기반하여 실리카겔 흡수 후 공기 중 습도를 측정하는 것이 실리카겔의 포화 수준을 평가하는 가장 일반적이고 광범위하며 효과적인 방법으로 여겨져 왔습니다. 그러나 이 방법은 여전히 실리카겔의 습기 포화를 직접적으로 정량화할 수 없으며, 간접적인 수단을 통해 흡착 용량이 감소했음을 질적으로 나타내고 탈수 처리가 필요하다는 것을 표시합니다.

MR 회사는 이러한 문제를 해결하기 위한 유사한 제품을 제공하며, 습도 센서 원리를 사용하여 실리카겔의 습기 수준을 평가합니다. 이 제품은 백색 실리카겔(표시형이 아닌)을 사용합니다. 단점으로는 습도 센서가 포화 습도(응축 물방울)에 노출되면 고장이 발생하며, 백색 실리카겔은 사용자가 시각적으로 흡습 효과를 확인할 수 없으며, 탈수/재생 과정을 확인할 수 없다는 점입니다.

ABB도 유사한 솔루션을 제공하며, 이는 이중 튜브 구조를 특징으로 합니다. 작동 중에는 전자자석 밸브가 한 튜브를 보존기의 호흡 채널과 연결시키고 다른 튜브는 탈수 및 재생됩니다. 그러나 크기가 크고 무거우며 비용이 많이 드는 탓에 기존의 전통적인 브리더를 현장에서 개조하는 데 적합하지 않습니다.

1.2 국내 기관의 변압기 브리더 연구
일부 국내 기업들은 유지보수가 필요 없는 브리더를 개발했습니다. 이러한 장치는 온라인 무게 측정을 사용하여 실리카겔 습기 포화 모델을 구축하고 시간 기반 가열 탈수를 수행합니다. 퍼지 제어 이론을 적용하여 이상적인 공기 건조와 과학적인 탈수를 달성합니다. 변압기의 수명과 일치하도록 내구성 있는 군사용 마이크로프로세서와 VxWorks 운영 체제, 그리고 매우 안정적인 센서 및 작동 부품을 사용하여 진정한 의미의 유지보수가 필요 없는 변압기 브리더를 실현합니다. 이를 통해 현장 작업 효율성과 안전성이 크게 향상되며, 전력 공급 시스템의 신뢰성이 향상됩니다.

1.3 전통적인 브리더 교체에 대한 두 가지 견해
주 변압기 브리더의 실리카겔 교체가 Buchholz(가스) 보호에 미치는 영향에 대해서는 전력 산업 내에서 아직 통일된 의견이 없습니다. 일반적으로 실리카겔 교체 중에는 중량 가스 보호를 "트립" 모드에서 "경보" 모드로 변경해야 한다는 것에 동의하지만, 교체 후 보호를 어떻게 재설정할 것인지에 대해서는 많은 의견 차이가 있습니다.

한 견해는 실리카겔 교체가 가스 보호의 잘못된 트립을 초래할 수 있으므로 교체 후 변압기는 24시간 시험 운전(중량 가스 보호는 경보 모드)을 거쳐야 하며 그 후에야 트립 모드로 복귀해야 한다고 주장합니다.

다른 견해는 실리카겔 교체가 완료되면 더 이상 중량 가스 보호에 영향을 미치지 않으므로 즉시 트립 모드로 복귀해야 한다고 주장합니다.

현재 특정 전력 공급 회사는 다음과 같은 절차를 따릅니다: 교체 전에 중량 가스 보호 링크를 트립에서 신호 모드로 전환하려면 지휘소의 승인을 요청하고, 교체 후에는 다시 트립 모드로 복귀하려면 지휘소의 승인을 요청합니다. 링크를 재연결하기 전에 중량 가스 보호 링크의 한 단자가 -110V를 가지고 다른 단자는 전압이 없는 것을 확인합니다.

1.4 변압기 브리더의 현재 적용 상태
현재 전력 공급 회사는 분리 가능한 유기 유리 용기와 분리 불가능한 용기 두 가지 유형의 브리더를 사용하고 있습니다. 분리 가능한 브리더의 경우 교체 과정에서 작업자가 절차와 나사 토크에 대해 정밀성을 요구합니다. 그렇지 않으면 유기 유리는 쉽게 손상됩니다. 전체 과정은 시간이 오래 걸리며, 반복적인 교체로 인해 접합부의 밀봉이 악화되어 필터링되지 않은 습기 찬 공기가 보존기에 들어가 변압기 오일에 습기가 침입할 수 있습니다.

분리 불가능한 브리더는 이러한 문제를 피하지만, 작은 충전구로 인해 교체 시 실리카겔이 흘러나와 환경을 오염시킵니다.

회사의 64개 변전소에서 2015년에 실리카겔이 178회 교체되었으며, 총 541kg이 교체되었습니다. 습도가 높은 우기에는 교체 빈도가 크게 증가하여 많은 인력과 물질 자원이 필요합니다. 산악 지역에서는 우기 동안 도로 붕괴와 낙석 등의 위험이 있어 운송 위험이 더욱 증가합니다.

2. 유지보수가 필요 없는 변압기 브리더의 작동 원리
JY-MXS 시리즈 유지보수가 필요 없는 브리더는 유침식 변압기의 보존기에 설치됩니다. 부하 또는 주변 온도 변화로 변압기 오일이 팽창하거나 수축할 때, 보존기의 가스가 유지보수가 필요 없는 브리더 내의 건조제를 통과하여 공기 중 먼지와 습기를 제거하여 변압기 오일의 절연 강도를 유지합니다.

장기간 사용 후 건조제가 습기가 차면 브리더는 자동으로 가열 기능을 활성화하여 수분을 제거합니다. 시스템은 주로 필터 캐니스터, 유리관, 메인 축, 하중 셀(무게 센서), 온도/습도 센서, 가열 요소, 제어 보드, 실리카겔로 구성됩니다.

보존기에서 공기를 들이마실 때, 먼저 먼지를 제거하는 소결 금속 필터 메쉬를 통과합니다. 필터링된 공기는 건조 챔버를 통해 흐르며, 건조제에 의해 수분이 완전히 흡수됩니다.

실리카겔의 수분 포화 수준은 브리더 내부에 설치된 하중 셀로 측정됩니다. 포화 수준이 사전 설정된 임계값을 초과할 경우 건조 챔버 내부의 탄소 섬유 가열 요소가 활성화되어 건조제를 건조시킵니다. 생성된 증기는 대류를 통해 외부로 확산되고, 금속 메쉬를 통과하여 유리관에서 응축되며, 하단의 금속 플랜지로 흘러내려 브리더를 벗어납니다.

습도 센서가 고장났을 경우, 제어 상자 내부의 타이머 컨트롤러는 사전 설정된 간격으로 주기적인 가열을 보장하여 진정한 유지 관리가 필요 없는 작동을 달성합니다.

3. 유지 관리가 필요 없는 변압기 브리더의 적용
전력 회사는 두 개의 지리적으로 다른 110kV 변전소(A 변전소와 B 변전소)의 1번 주 변압기의 부하 전환 탭 체인저(OLTC) 및 본체에 JY-MXS 시리즈 유지 관리가 필요 없는 브리더를 설치했습니다.

1년 이상의 운영 후:

• A 변전소에서는 1번 주 변압기의 OLTC 및 본체 브리더 모두 실리카겔 교체가 필요하지 않았습니다. 반면 2번 주 변압기는 본체 브리더 교체(총 15kg)가 5회, OLTC 브리더 교체(총 6kg)가 6회 이루어졌습니다.

• B 변전소에서도 1번 주 변압기는 교체가 필요하지 않았습니다. 2번 주 변압기는 본체 브리더 교체(총 9kg)가 3회, OLTC 브리더 교체(총 5kg)가 5회 이루어졌습니다.

운영 데이터와 현장 점검 결과, 유지 관리가 필요 없는 브리더의 모든 기능이 정상적으로 작동하였습니다. 실리카겔이 특정 포화 수준에 도달하면 센서 신호에 따라 가열기가 즉시 활성화되어 구슬을 건조시킵니다. 또한 6개월간의 역사적 무게 데이터를 분석하여, 컨트롤러는 수분 흡수 패턴을 확립하고 무게 기반 및 시간 기반 제어를 결합한 하이브리드 전략을 구현하여 직원의 작업 부담을 줄이고 자동화를 향상시키며 경제적 및 사회적 이점을 제공합니다.

4. 결론
요약하자면, 변전소의 변압기 본체와 부하 전환 탭 체인저에 유지 관리가 필요 없는 브리더를 설치함으로써 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다:

• 센서 기반 가열로 포화된 실리카겔을 건조,

• 통신 기능을 통한 원격 실시간 모니터링,

• 유지 관리를 용이하게 하는 자기 진단 기능.

이러한 기능들은 유지 관리가 필요 없는 브리더가 기존 시스템을 완전히 대체할 수 있으며, 변압기의 수분 흡수 요구사항을 효과적으로 해결하고 진정한 유지 관리가 필요 없는 작동을 달성할 수 있음을 보여줍니다. 또한 실리카겔 교체가 없어짐으로써, 교체 후 중량 가스 보호 설정에 대한 장기적인 논쟁이 해결되었습니다.

유지 관리가 필요 없는 브리더를 사용하면 전력 회사는 부속품 상태를 온라인으로 모니터링하고, 실시간 장비 상태를 얻고, 장애 발생 전 예방 조치를 취할 수 있습니다. 이를 통해 변압기가 숨겨진 위험을 안고 만부하 상태로 작동하는 것을 방지할 수 있습니다. 이는 기존 브리더가 온라인 모니터링을 지원하지 못했던 문제를 해결합니다.

또한, 인건비와 정기 검사 비용을 크게 줄이고, 폐기물 재활용을 촉진하며, 작은 부속품의 고장으로 인한 중대 사고의 위험을 줄입니다. 이를 통해 유지 관리 활동을 더 효과적이고 과학적으로 일정 관리할 수 있으며, 불필요한 지출을 제거하고, 지속 가능한 안전한 변압기 작동을 보장하며, 궁극적으로 생산성, 효율성, 안전성, 환경 보호 목표를 달성할 수 있습니다.