서지 방전기 고장 분석 및 예방: 10kV 배전 방전기의 고장 주요 원인

1. 서론

전력 시스템 운전 중 주요 장비는 내부 및 대기 과전압으로부터 위협을 받습니다. 특히 우수한 비선형 전압-전류 특성을 가진 금속 산화물 방전관(MOAs)은 성능이 좋고, 큰 전류 용량과 강력한 오염 저항력을 가지고 있어 보호의 핵심입니다. 그러나 전력 주파수 전압에 장기간 노출되며, 구성 요소의 품질, 제조 공정, 외부 환경 등의 영향으로 MOAs는 이상 발열이나 폭발로 이어질 수 있어 과학적인 식별, 판단, 예방이 필요합니다.

본 논문은 특정 지역에서 발생한 대규모 10 kV 배전 MOA 고장에 대해 다룹니다. 분석 결과, 폭발한 방전관은 한 제조사의 모델에 집중되어 있음을 확인했습니다. 이 모델의 세 개의 고장상 단위와 두 개의 정상 상단위를 분해하여 테스트하여 원인과 대책을 파악하였습니다.

2. 고장 개요

고장난 방전관은 35 kV 변전소의 10 kV 배전 선로에 분포되어 있습니다. 천둥번개 시즌 동안 고장이 빈번하게 발생하며, 변전소의 이상/고장 기록은 고장상 단위와 일치하지 않습니다. 샘플링된 다섯 개의 방전관은 정확한 보호 작동 및 고장 기록 정보가 없습니다. 번개 위치 시스템에 따르면 2020년에는 이 변전소를 중심으로 10km 반경 내에서 516회의 번개가 발생했습니다.

현장 설치 후 인도 검사(절연 저항 테스트, 1 mA DC 참조 전압 테스트, 0.75배 1 mA DC 참조 전압에서 누설 전류 테스트 포함)를 실시하였으며, 모든 결과는 적격 판정을 받았습니다.

3. 고장 원인 분석

세 개의 고장상 방전관(No.1, No.2, No.3)을 분해하였으며, 두 개의 정상 상단위(No.4, No.5)는 테스트와 분해를 통해 비교하여 대규모 고장 원인을 파악하였습니다.

3.1 불완전한 명판 정보

세 개의 고장상 방전관과 두 개의 정상 상방전관 중 4개는 제조 날짜는 있지만 일련번호가 없으며, 1개는 일련번호는 있지만 날짜가 없습니다. 다른 정보는 상대적으로 완전합니다.

명판은 운영 및 유지보수 직원들이 기본 장비 정보를 얻는 데 중요한 역할을 합니다. 제조 날짜 또는 일련번호가 누락되면 사용 수명 계산과 품질 추적이 어려워 집중적 결함 관리가 방해받습니다.

3.2 변저항 모두 파편

No.1 고장 방전관을 분해한 결과: 두 전극 사이에 6개의 변저항이 있으며, 일부 표면에 타는 자국과 백색 분말이 발견되었습니다. 상대적으로 평평한 상하 표면을 제외하고, 변저항은 불규칙한 형태로 크기와 배열이 일정하지 않습니다. 두께는 18 mm, 20 mm, 23 mm, 25 mm입니다. 세 개의 변저항은 규칙적인 외부 아크(완전한 디스크형 또는 고리형 변저항의 외부 원에서 유래된 것으로 추정됨)를 가지고 있습니다. 다른 두 개의 고장상 방전관에서도 유사한 문제가 발견되었습니다.

No. 5 무결한 방전관을 분해했으며(분해 과정 중 손상 없음, 결과는 도 4 참조). 내부: 5개의 변저항 조각 + 3개의 금속塾文看起来被截断了，但根据要求，我将继续翻译剩余部分。以下是完整的韩语翻译：

내부: 5개의 변저항 조각 + 3개의 금속 스페이서. 변저항은 상하 표면이 평평하며, 나머지는 불규칙한 조각으로, 다른 것들과 유사합니다: 3개의 조각은 약 22mm 두께, 1개는 20mm, 1개는 17mm입니다. 3개의 조각은 외부 아크가 규칙적(완전한 디스크형 또는 고리형 변저항의 외부 원에서 유래됨), 2개는 내부 아크가 규칙적(완전한 고리형 변저항의 내부 원에서 유래됨)입니다.

표준 금속 산화물 방전관의 변저항은 규칙적인 디스크, 고리 또는 원통형입니다. 그들의 차원은 전압비(잔류/참조 전압), 전위 경사, 전류 용량, 원자재, 그리고 소성 공정과 엄밀히 연결됩니다. 코어 조립 전 각 변저항은 전반적인 테스트(전력 주파수, DC, 고전류 임펄스, 사각파 등)를 거칩니다. 통과한 조각들만 조립됩니다.

분해 결과, 이러한 방전관은 비표준 변저항을 사용하고 있음을 나타냅니다: 같은 모델의 단위 간 변저항/금속 스페이서 수가 일관되지 않으며, 불규칙한 형태, 다양한 두께, 그리고 불균일한 외부 아크가 있습니다. 따라서 코어는 표준 10 kV 변저항이 아닌, 다양한 사양/전기 매개변수를 가진 일반 변저항의 조각으로 패치되었습니다. 고장상과 정상 상의 비교는 이것이 공장 결함이며, 고장으로 인한 것이 아니라는 것을 확인합니다.

이러한 변저항은 전기 성능이 부족합니다. 불균일한 접촉 면적은 과전압 저항, 전류 용량, 안정성을 악화시키며, 라인 임펄스 중 쉽게 파괴될 수 있습니다.

3.3 복합 재킷의 열악한 밀봉

No. 3 고장 방전관을 분해한 결과: 복합 재킷의 한쪽 끝은 전극과 잘 밀봉되었지만(Fig. 5), 다른 끝은 주조 밀봉이 부족합니다. 전극-아크 차폐 간격에는 약간의 밀봉제만 채워져 있어 보호 효과가 없으며, 이로 인해 간격과 심각한 전극 부식(Fig. 6)이 발생합니다.

이 열악한 밀봉은 생산 과정에서 주조가 충분하지 않았기 때문이며, 고장으로 인한 것은 아닙니다.

복합 재킷의 아크 차폐 실린더 한쪽에는 주조 밀봉이 없으며, 전극 블록의 스레드 표면은 심각하게 부식되었습니다. 이는 밀봉제가 있더라도 스레드 간극을 통해 습기가 아크 차폐 실린더로 침투할 수 있음을 보여줍니다. 운전 중 습기는 변저항 코어 조립 표면에 붙어 누설 전류와 저항 성분을 증가시켜 심각한 발열을 유발합니다. 장기 운전으로 인해 아크 차폐 실린더 내부 온도가 상승하여 실린더 벽이 녹아 파열될 수 있으며, 점차적으로 방전관의 운전 품질이 악화됩니다.

No. 4 방전관을 점검할 때, 한 전극 끝에서 복합 재킷의 두께가 불균일하다는 것을 발견했습니다. 마이크로미터로 측정한 결과 가장 두꺼운 부분은 4.985 mm, 가장 얇은 부분은 0.275 mm였으며, Fig. 7에 표시되어 있습니다. 또한, 재킷의 센터 전극 컬럼 구멍이 표준 원형이 아니어서 이곳의 밀봉이 불량하다는 것을 나타냅니다.

복합 재킷은 주로 실리콘 고무로 만들어집니다. 그 두께의 불균일성은 생산 과정의 불량한 공정 관리와 가공 단계에서의 중심 이탈로 인해 발생합니다. 일반적인 10 kV 방전관의 경우, 복합 재킷은 3~5 mm의 균일한 두께를 가지며, 너무 얇은 실리콘 고무는 노화 저항성이 떨어져 균열되기 쉽습니다. 이는 습기를 침투시키고 절연 실린더 표면에 습기가 붙어 습기 관련 고장을 유발할 뿐 아니라, 장비의 외부 절연 성능을 저하시키는 주요 요인이 됩니다.

3.4 일반 테스트에서는 적격, 특수 테스트에서는 불적격

No. 5 정상 방전관에 대한 DC 전압 관련 테스트를 수행하였으며, 결과는 표 1에 표시되어 있습니다.

그것의 과전류 견딜 수 있는 능력을 검증하기 위해 No. 4 정상 방전관에 고전류 임펄스 테스트를 수행하였습니다. 테스트 임펄스 전류가 표준 지정 값보다 훨씬 낮았음에도 불구하고, 방전관은 여전히 파괴되고 깨져 실패한 테스트 결과를 보였습니다. 상세 데이터는 표 2에 제시되어 있습니다.

4. 권장사항

방전관(특히 배전망용) 입찰 및 구매 시 공급업체의 자격 및 기술 사양을 명확히 정의해야 합니다. 성숙한 공정과 좋은 성능을 가진 공급업체를 선택하고, 너무 낮은 비용의 입찰을 피해야 합니다.

배전망 방전관 인도 시, 건설 및 운영 단위는 "오점통과"와 같은 표준을 준수하고 항목별 점검을 수행해야 합니다. 공장 테스트 보고서를 보관하여 적격률을 확보해야 합니다.

주 재료 검사 센터의 테스트 플랫폼을 활용하여 10 kV 방전관에 대한 샘플링 테스트(AC/DC, 고전류 임펄스, 밀봉)를 수행하여 불적격 제품이 전력망에 연결되는 것을 막아야 합니다.

설치 후 운전 전, GB 50150-2016을 준수하여 현장 테스트를 엄격히 수행해야 합니다. 표준화된 보고서를 발행하고 요구에 따라 보관해야 합니다. 전반적인 프로세스 데이터 관리를 보장해야 합니다(생산 → 운송 → 인수 → 인도 테스트 → 운전). 운전 후, 순찰 및 기록을 강화해야 합니다. 우기에는 적외선 이미징을 사용하고, 이상 발열이 감지되면 즉시 전원을 차단하고 교체하여 고장 확대를 방지해야 합니다.