PT 2차 배선 오류로 인한 GIS 장비 폭발 사고

1. 사고 개요

신축 110kV 변전소의 GIS가 PT 2차 회로 단락으로 인해 시운전 중 폭발했습니다. 원인은 간단했지만 결과는 심각하여 반성할 필요가 있습니다.

2. 사고 경과

송전 당일:

• 상위 전원이 110kV GIS(복합 장치)를 충전했습니다.

• 입력 스위치를 닫고 110kV 버스에 최초로 전력을 공급한 후 20초 지나서 PT 구역과 제어 캐비닛 사이에서 하얀 연기가 발생했습니다.

• 10초 내에 버스 PT의 GIS 구역이 폭발했습니다. 상위 전원이 트립되었고, PT 구역의 디스크 절연자가 파열되어 GIS 방에 절연자 조각과 SF₆ 연소 부산물이 가득 찼습니다.

3. 원인 분석
3.1 현장 조사

110kV PT(상하이 MWB, 전자기식)는 다음과 같은 특징을 가지고 있었습니다:

• 1개 기본 2차 권선: 100/√3 V (150VA, 0.2 등급).

• 1개 보조 2차 권선: 100V (150VA, 3P 등급), 설계상 사용되지 않음(제어 캐비닛 단자대에 연결되며 외부 연결 없음).

주요 발견사항:

• C 상: PT 2차 권선 절연체가 심하게 타버렸으며, 기본 권선 도체가 타버렸습니다. 보조 권선 도체 절연체가 완전히 타버렸고, 보조 권선과 철심 사이의 절연 실린더가 타버렸습니다. 기본 권선과 보조 권선 사이의 절연 저항 = 0.

• B 상: 기본 2차 권선 외부 절연체에 탄 흔적이 있었으나 내부 도료 막은 무사했습니다. 보조 권선 표면 절연체는 과열로 인해 타버렸습니다.

• A 상: 기본 2차 권선 표면 절연체에 약간의 탄 흔적이 있었으나 다른 도체와 절연체는 무사했습니다.

예비 결론: PT 2차 회로 단락, B/C 상 보조 권선에서 발생 가능.

추가 제어 캐비닛 검사: B/C 상 보조 권선이 내부에서 단락되었습니다. 설계된 연결(C-ncf는 단자 11, B-nbf는 단자 15)이 잘못 연결되었습니다(C-ncf는 12에 연결되어 14-cf와 단락됨, B-nbf는 16에 연결되어 18-bf와 단락됨).

3.2 사고 진행 과정

• 단락 시작: 일차 시스템이 닫힌 후 B/C 상 보조 권선(cf, ncf; bf, nbf)이 단락되어 B/C 전압이 떨어졌습니다.

• B 상 단락 종료: 20초 후 B 상 단락이 해제되었습니다(일차 리드가 아크로 인해 타버림). 짧은 시간 동안 B 보조 권선만 과열되었습니다.

• C 상 결과: 43초 단락(사고 기록에 따름)으로 C 상 2차 도체가 과열되어 절연체가 녹아내리거나 타버렸습니다. 이때 하얀 연기가 발생했습니다.

• 절연 실패: PT 보조 권선 절연체가 녹아내려 PT 카메라 내의 SF₆ 가스가 열화되어 절연 수준이 낮아졌습니다.

• 방전: 절연 저항 감소와 근접한 상-지 접점 거리로 A/B/C 상이 GIS 셸에 방전되었습니다.

• 폭발: 아크 에너지로 인해 가스 카메라 내 압력이 상승하여 PT 디스크 절연자가 파열되었습니다.

3.3 인간 오류

시운전 중:

• 기술자들이 PT 극성 및 절연을 재확인했습니다.

• 편의상 제어 캐비닛 단자대에서 PT 2차 회로를 제거했습니다.

• 잘못하여 B/C 상 보조 권선 끝을 단락시키고 확인하지 않았습니다. 이를 통해 B/C 보조 권선이 단락되었습니다.

4. 예방 조치
4.1 PT 2차 회로 안전

PT 2차 회로에서 단락이 발생하면 구성 요소가 손상되거나 PT가 타버릴 수 있습니다. 폐쇄형 GIS 카메라에 설치된 PT의 고장은 폭발을 유발하여 부상 위험이 있으며 수리를 지연시킬 수 있습니다. 따라서 GIS PT 설치 및 배선은 엄격한 주의가 필요합니다.

4.2 2차 회로 절차

"전기 안전 작업 규정" 및 "현장 보호 작업 보안 규정"은 분해 및 배선 작업 시 2차 작업 안전 표를 요구합니다. 이러한 표를 사용하고 위험 관리를 통합하면 작업량과 시간 압박 속에서도 잘못된 배선을 방지할 수 있습니다.

4.3 전력 공급 전 테스트 강화

전력 공급 전 PT 테스트를 강화하고(표준화, 문서화) 엄격한 테스트 실행을 시행하여 부주의한 작업으로 인한 오류를 피해야 합니다.

4.4 조직적 및 보호 조치

시운전된 장비를 보호하기 위해(캐비닛 잠금, 봉인 사용). 승인 후 수정하고 감독하에 복구해야 합니다.

4.5 사용되지 않는 회로 제거

사용되지 않는 2차 회로를 제거하여 오류 위험을 줄여야 합니다. 여기서 사용되지 않은 보조 권선(제어 캐비닛으로 연결됨)이 잘못된 배선으로 인해 사고를 초래했습니다.

4.6 PT 본체 공기 스위치

PT 본체 배선 상자에 2차 공기 스위치를 설치해야 합니다(현재 제어 캐비닛의 설정은 GIS-PT 회로를 보호할 수 없습니다). 이렇게 하면 PT 2차 출구 아래의 고장을 격리할 수 있습니다.사고를 재구성하고 원인을 분석하며 6가지 예방 조치를 제안함으로써 GIS 2차 회로 안전에 대한 로드맵을 작성하였습니다.