500kV GIS 전환소의 PT 공진 조작 방법

1. 공진의 원인

500kV GIS 전환소는 "기본 장비의 지능화와 보조 장비의 네트워킹" 원칙에 따라 설계되었습니다. PT 고압 측에는 분리기가 없으며 버스 GIS와 직접 연결되어 있습니다. 고장 기록 도표를 분석한 결과, 5021 회로 차단기가 열릴 때 단락 용량과 PT가 직렬 회로를 형성합니다. 또한, PT 유도에 의해 병렬된 버스 전압은 유도 특성을 나타내며, 이로 인해 용량이 교란되어 공진이 발생합니다.

포화 전류가 1시간 40분 이상 지속되면서 PT가 가열되고 손상 위험이 있습니다. 등가 회로에는 전원 전압(Es), 회로 차단기(CB), 단락 등급 커패시터(Cs), 버스-대지 커패시터(Ce), 그리고 PT 주 코일 저항 및 유도(Lcu, Re)가 포함됩니다.

원인을 조사하기 위해 두 번째 라인이 전력이 차단되었습니다. PT 절연 저항, 직류 저항, 그리고 SF₆ 가스 압력 검사에서 이상이 발견되지 않았습니다. 전자기적 PT는 철심을 가진 비선형 유도체이며, GIS 장비 구성 요소는 용량을 가지고 있으므로, 특정 상황에서는 LC 직렬 회로가 공진 조건을 충족하여 지속적인 공진이 발생합니다.

2. 과학적인 억제 해결책
2.1 해결책 제안

PT 공진은 500kV GIS 전환소에서 흔히 발생합니다. 페로자성 물질의 투자율은 외부 자기장에 따라 변화합니다: 자기장이 증가하면 - 자기 유도 강도가 상승합니다. 포화 후 투자율은 최대값에 도달하고, 이후 더 증가하면 투자율이 감소합니다. 코일 유도 공식에 따르면：

(N은 턴 수, μ는 투자율, S는 자기 회로의 등가 단면적, l_m은 자기 회로의 등가 길이) 전자기적 PT의 코일 턴 수와 자기 회로 매개변수는 일정하며, 유도와 투자율 간에는 선형 관계가 있습니다. 철심이 포화되면 투자율이 급격히 감소하여 유도가 작아지고 비선형 특성을 나타냅니다. 만약 회로에 저주파 전압이 나타나면 PT 철심이 포화되어 등가 유도가 감소하고, 권선 자극 전류가 수백 배로 증가하여 공진 가열이 발생합니다.

공진에 대한 다음 해결책이 제안됩니다:

• 전원의 켜짐/꺼짐 순서 변경: 버스 전원을 차단할 때 먼저 PT를 끄고, 그 다음 버스를 끕니다. 전원을 켤 때는 먼저 버스를 충전하고, 그 다음 PT를 작동시킵니다. 이렇게 하면 공진 조건을 방해할 수 있지만, 작업 순서를 조정해야 하며 PT는 분리기를 장착해야 합니다.

• 회로 차단기 단락 용량 제거: 공진 조건을 제거할 수 있지만, 회로 차단기의 중단 능력이 감소할 것입니다.

• 감쇠 저항 연결: 실제 상황을 고려하여 버스 PT의 남은 케이블 세트에 감쇠 저항을 연결하여 공진 과전압과 과전류를 억제합니다.

2.2 사고 처리

500kV GIS 전환소의 입선 PT는 전력 차단 중 반복적으로 공진이 발생하여 PT가 손상되고 장비 운전에 영향을 미쳤습니다. 입선 전력 차단 작업(열 대기 상태 → 냉 대기 상태 등) 중에도 PT가 계속해서 공진하였습니다. 따라서 PT 매개변수를 계산하고, 주/보조 권선 턴 수를 조정하여 자기 유속 밀도를 줄이고 유도를 변경했습니다. 또한, 항공진 코일을 설치하고 새로운 PT와 입선 PT를 교체했습니다. 관찰 및 통계에 따르면, 전환소에서 공진이 발생하지 않고 장비가 정상적으로 작동하였습니다.

3. 예방 조치: 자동 공진 제거 장비 설치

버스 PT가 직접 GIS 버스에 연결될 때, PT와 버스-대지 저항은 고려되지 않습니다. PT 유도를 L, 버스-대지 커패시턴스를 C라고 할 때, 두 가지가 병렬로 연결되어 임피던스 Z를 형성하며, 계산 공식은 다음과 같습니다

자동 공진 제거 장비를 설치하면 임피던스 특성에 따라 공진을 억제할 수 있습니다.

500kV GIS 입선 PT의 공진 영향을 줄이기 위해, PT 잔여 전압 권선에 공기 스위치와 비선형 저항을 추가합니다(완전 정지 시 제조사와 협력하여). 이를 통해 자동 공진 제거가 가능합니다. 무하중 버스 공진 실패에 대한 비상 계획이 필요합니다.

500kV GIS 버스바는 개방형 설치를 사용하며, 다른 장치는 SF₆ 절연입니다(작은 면적, 높은 신뢰성, 20년 이상 유지보수 간격, 삼협 프로젝트에서 사용됨). 신뢰성 있는 자동 공진 제거기(e.g., SiC를 사용하는 LXQ형, 컴팩트하고 설치가 쉽다; WXZ196 마이크로컴퓨터 기반, 실시간 고조파 제거를 위한 높은 통합도)는 공진을 방지할 수 있습니다.

3.2 운영 규제 개선

500kV GIS 운영을 위해:

• 사전 분석: PT 공진 위험을 식별하고, 전력/NCS 운영자의 역할을 명확히 합니다.

• 장치 제어: 마지막 회로 차단기를 종료하기 전에 버스를 분리합니다. PT 상자에서 K1/K2를 닫고, 변전소 입구에서 버스 공진 제거기(K3를 닫고 저항을 준비)를 활성화합니다.

• 실시간 모니터링: NCS는 회로 차단기와 버스 전압을 추적합니다. 전압이 0이면 공진이 없다; 전압이 변동하면 공진이 감지됩니다.

• 응답: 공진이 발생하면 K3를 닫아 저항을 연결합니다. 효과가 없다면 회로 차단기 분리기를 열어 수동으로 제거합니다.

4. 요약

500kV GIS 설계 시, 버스 PT 공진을 시뮬레이션하여 견고한 PT를 선택합니다(스위칭 중 핵 포화를 방지). 기존 공진에 대해서는 대상적인 조치(예: 버스/PT 교체)를 취하여 안전한 운전을 보장합니다. 이러한 "예방-운영-설계" 시스템은 공진 저항 능력을 향상시킵니다.