550kV GIS 분리기의 파괴 방전 고장 분석 및 처리

1. 고장 현상 설명

2024년 8월 15일 오후 1시 25분에 550 kV GIS 장비의 분리기에서 고장이 발생했습니다. 이 때 장비는 2500 A의 부하 전류로 만부하 상태에서 작동 중이었습니다. 고장 발생 시점에 관련 보호 장치가 즉시 작동하여 해당 회로 차단기를 트립시키고 고장 회로를 격리했습니다. 시스템 운전 매개변수는 크게 변화하였습니다: 회로 전류는 2500 A에서 0 A로 급격히 떨어졌으며, 모선 전압은 550 kV에서 530 kV로 순간적으로 감소한 후 약 3초 동안 변동하다가 점차적으로 548 kV로 회복되어 안정화되었습니다. 유지보수 인원의 현장 점검 결과 분리기에明显的指示，我将按照要求继续翻译剩余的部分：

현장 점검 결과 분리기에明显的错误，我将继续翻译剩余部分，并确保不出现中文或其他非韩语文本。

현장 점검 결과 분리기에 명백한 손상이 확인되었습니다. 절연 부싱 표면에는 약 5 cm 길이의 화상 흔적이 발견되었으며, 가동 접점과 고정 접점 사이의 연결 부분에서는 지름 약 3 cm의 방전 타인 점이 나타났습니다. 이 주변에는 검은색 가루 형태의 잔여물이 있었으며, 일부 금속 부품은 용융된 흔적을 보여 강한 아크가 발생했음을 나타냈습니다.

2. 고장 원인 분석

2.1 기본 장비 매개변수 및 운전 조건 분석
분리기는 550 kV의 정격 전압, 3150 A의 정격 전류, 50 kA의 차단 전류를 갖추고 있습니다. 이러한 매개변수는 이 변전소의 550 kV 시스템의 운전 요구 사항을 충족하며, 이론적으로 정상적인 조건 하에서는 신뢰성 있는 운전을 보장합니다. 분리기는 8년 동안 350회 운영되었으며, 최근 유지보수는 2023년 6월에 이루어졌습니다. 접점 갈아끼우기, 윤활, 기구 조정, 절연 저항 테스트 등 모든 결과는 당시에 규격을 충족하였습니다. 운영 횟수가 정상 범위 내였지만, 장기간의 운전으로 노화 위험이 도입될 수 있으며, 이후 서비스 중 잠재적인 결함을 초래할 수 있습니다.

2.2 전기 성능 테스트 분석

분리기의 절연 저항 테스트 결과 접점 간 절연 저항은 1500 MΩ (역사적 값: 2500 MΩ; 표준 요구사항: ≥2000 MΩ)였습니다. 대지 절연 저항은 2000 MΩ (역사적 값: 3000 MΩ; 표준 요구사항: ≥2500 MΩ)였습니다. 두 값 모두 역사적 데이터와 표준보다 크게 낮아 절연 성능이 저하되었다는 것을 나타냅니다.
10 kV에서의 유전 손실률 (tanδ) 테스트 결과 측정값은 0.8% (역사적 값: 0.5%; 표준 요구사항: ≤0.6%)였습니다. tanδ의 증가는 절연 매체의 습기 침입이나 노화 가능성을 시사하며, 이는 절연 강도를 감소시키고 유전 파괴 위험을 증가시킵니다.

2.3 기계 성능 테스트 분석
접점 압력 측정 결과:

• A 상: 150 N (설계 값: 200 N, 편차: –25%)

• B 상: 160 N (편차: –20%)

• C 상: 140 N (편차: –30%)
  모든 측정된 접점 압력은 설계 값보다 낮았으며 큰 편차를 보였습니다. 이로 인해 접점 저항이 증가하고 국소 과열 및 아크가 발생할 가능성이 있습니다.

운전 기구 분석 결과:

• 닫힘 시간: 80 ms (설계 범위: 60–70 ms); 동시성 편차: 10 ms (설계 한도: ≤5 ms)

• 열림 시간: 75 ms (설계 범위: 55–65 ms); 동시성 편차: 12 ms (설계 한도: ≤5 ms)
  열림/닫힘 시간이 설계 한도를 초과하였으며, 동시성 편차도 과다하여 기구 고장으로 인해 비동기 접촉/분리가 발생하여 아크 재발생 및 방전을 초래할 수 있습니다.

2.4 종합 고장 원인 분석
모든 결과를 종합하면:

• 전기적으로, 절연 저항의 감소와 tanδ의 증가는 절연 성능의 저하를 나타내며, 파괴 조건을 생성합니다.

• 기계적으로, 불충분한 접점 압력은 접촉 불량과 국소 과열을 초래하며, 비정상적인 기구 성능은 비동기 운전과 아크 재발생을 초래하여 절연 손상을 더욱 악화시킵니다.
  정기적으로 유지보수가 이루어졌지만, 장기간의 운전으로 노화가 진행되었으며, 온도와 습도의 변동과 같은 환경 요인으로 인해 성능이 더욱 저하되었습니다. 분리기의 플래시오버 고장은 절연 저하, 기계적 이상, 장비 노화의 복합 효과로 인해 발생하였습니다.

3. 고장 처리 조치
3.1 현장 긴급 대응
플래시오버 고장 직후, 전력망 안전을 위해 긴급 대응 프로토콜이 활성화되었습니다. 고장 분리기는 연관된 회로 차단기를 트립하여 고장 확산을 방지하였습니다. 분리기와 연결된 보호 장치는 점검 및 조정되어 오작동이나 실패를 방지하였습니다. 시스템 운전 모드는 긴급하게 재구성되었습니다: 고장 회로에서 이전에 운전되던 부하를 건전한 회로로 순조롭게 전환하여 중요한 사용자에게 전력을 공급하는 것을 유지하였습니다. 이 과정에서 시스템 매개변수 (전압, 전류, 주파수)는 안정적인 운전을 위해 밀접하게 모니터링되었습니다. 인원은 고장 현장을 보안하고 무단 접근을 방지하여 2차 사고를 예방하였습니다.

3.2 장비 수리 계획
근본 원인 분석을 바탕으로 세부적인 수리 계획이 개발되었습니다:

• 절연 저하: 절연 매체 교체 및 복구. 손상, 습기, 노화된 절연 재료를 제거하고 새로운 적합한 재료를 설치하여 절연 성능을 복원합니다.

• 접점 압력 부족: 접점 스프링 점검 및 교체, 접점 압력을 설계 값으로 조정하여 접점 저항을 최소화하고 과열 및 아크를 방지합니다.

• 기구 고장: 손상된 부품 교체 및 기구를 완전히 재교정하여 타이밍 및 동시성에 대한 설계 사양을 충족하도록 합니다.

3.3 수리 과정 및 주요 기술적 포인트
수리는 계획에 따라 엄격히 수행되었다. 분리기는 손상 정도를 확인하기 위해 완전히 분해되어 철저한 검사를 받았다. 절연체 교체 중에는 새로운 재료의 오염이나 습기 흡수를 방지하기 위해 주변 습도와 온도를 관리하였다. 설치 시 절연체의 정확한 위치와 견고한 접착을 보장하여 공극이나 느슨함을 피하였다. 접촉 압력 조정은 모든 위상에서 정확하고 균일한 힘을 보장하기 위해 교정된 도구를 사용하였다. 메커니즘 재조립과 교정은 원활하고 신뢰성 있는 작동을 보장하기 위한 절차에 따랐다. 수리 후에는 전기화되기 전에 절연 저항, tanδ, 접촉 압력, 메커니즘 성능 등 종합적인 테스트가 수행되었으며, 모든 테스트 결과가 기준을 충족하였다.

4. 수리 효과 검증
4.1 수리 후 테스트
종합적인 테스트로 복원된 성능이 확인되었다 (표 1 참조):

• 절연 저항: 접점 간 저항이 1500 MΩ에서 2400 MΩ로, 대지 저항은 2000 MΩ에서 2800 MΩ로 증가하였으며, 모두 기준을 충족하였다.

• tanδ는 0.8%에서 0.4%로 감소하여 허용 범위 내에 있었으며, 이는 습기/노화 문제 해결을 확인하였다.

• 내압 테스트: 수리 전에는 480 kV에서 고장이 발생했으나 (< 표준), 수리 후에는 600 kV에서도 고장이 발생하지 않았다—이는 절연 회복을 검증하였다.

4.2 운영 모니터링 및 평가

수리된 분리개폐기는 3개월 동안 운영 모니터링을 거쳤습니다. 접점 온도는 정상 범위를 유지하여 효과적인 접점 압력 조정과 제어된 접점 저항을 확인했습니다. 스위칭 작업은 안정화되었으며: 닫힘 시간이 65ms, 열림 시간이 58ms이며, 동기화 편차는 ≤3ms였습니다. 전호 재발생이나 방전은 발생하지 않았습니다. 통합 테스트와 모니터링 결과는 성공적인 고장 해결과 안정적인 운전을 확인합니다.

5. 예방 조치 및 권장 사항
효율적인 GIS 운전과 고장 위험 감소를 위해 엄격한 유지보수 전략이 필요합니다:

• 정기 점검: 자격 있는 팀이 주간 시각 검사와 월간 기능 테스트를 수행하여 손상이나 이상을 조기에 발견합니다.

• 고급 상태 모니터링: 부분 방전, 온도, 가스 구성의 실시간 추적을 위한 온라인 모니터링 시스템을 배포하여 잠재적인 문제를 선제적으로 식별합니다.

• 예방 테스트: 주기적인 절연 저항 및 tanδ 테스트를 수행하여 전기/절연 상태를 평가하고 노후화나 습기 관련 고장을 예방합니다.

• 장비 선택 및 설치: 운영 요구 사항을 충족하는 검증된 성숙한 GIS 장비를 선택합니다. 설치 시 설계 및 건설 표준을 엄격히 준수하여 적절한 정렬과 견고한 연결을 보장합니다.

• 운용 개시: 운용 개시 시 모든 성능 매개변수를 철저히 검증하고, 미래 유지보수 참고를 위해 모든 데이터를 문서화합니다.

• 인력 교육: 정기적으로 기술 교육 및 비상 대응 훈련을 실시하여 운영 및 고장 처리 능력을 향상시키고, 사건에 대한 신속하고 효과적인 대응을 통해 전력망 안정성을 확보합니다.

6. 결론
본 논문은 550 kV GIS 분리개폐기에서 발생한 플래시오버 고장의 성공적인 분석 및 해결 과정을 제시합니다. 상세한 고장 문서화와 다차원 테스트를 통해 근본 원인을 정확히 식별하였습니다. 구현된 긴급 대응 및 수리 조치는 후속 테스트와 운영 모니터링을 통해 효과적으로 문제를 해결하였음을 확인하였습니다. 제안된 예방 조치는 목표 지향적이며 실용적입니다. GIS 유지보수에 대한 유용한 지침을 제공합니다. 향후 연구에서는 GIS 고장 메커니즘에 대한 더 깊은 연구를 통해 전력 시스템의 안전성과 신뢰성을 더욱 향상시킬 필요가 있습니다.