다중 수단을 기반으로 주기 절연자의 방전 결함 분석

상황 개요

특정 변전소의 AC 시운전 기간 동안 지주 절연자의 플래시오버 방전 고장이 발생했습니다. 구체적인 고장 상황은 다음과 같습니다:
500 kV AC 스위치야드 스위치를 닫아 버스바를 충전할 때, 버스바의 이중 세트 버스바 차동 보호 장치가 작동하여 스위치가 트립되었습니다. 고장 위상은 B 위상이며, 고장 전류는 5,760 A였습니다. 가스 챔버 내의 SF₆ 가스의 가스 조성 분석을 수행한 결과, SO₂ 함량은 5.3 μL/L (기준은 2 μL/L)이었습니다.

지주 절연자 구조

가스 챔버에는 세 개의 지주 절연자, 입자 트랩, 당겨주는 판 등이 포함되어 있습니다. 도면 1에 표시된 바와 같이, 조립 시 세 개의 지주 절연자와 입자 트랩을 먼저 볼트로 금속 당겨주는 판에 고정합니다. 차폐 커버는 볼트로 절연자의 중심부에 있는 금속 삽입물에 설치되며, 삽입물은 주조로 절연체에 결합됩니다. 조립 후에는 당겨주는 판의 볼트를 통해 파이프 버스바 플랜지에 고정됩니다. 절연체의 주 재료는 에폭시 수지이며, 입자 트랩은 합금 재료이고, 한계 패드는 절연 재료입니다.

지주 절연자의 주요 기능은 내부 전도체를 지지하는 것으로, 가스 챔버를 격리하는 역할은 아닙니다. 장비가 정상적으로 작동할 때, 지주 절연자는 일정한 가스 압력 하에서 균일하게 응력을 받습니다. 도면 2에 표시된 바와 같습니다. 한편, 세 개의 지주 절연자의 전기장 분포는 매우 불균형하며, 금속 삽입물과 에폭시 수지 사이의 인터페이스에서 전기장 강도가 상대적으로 높습니다. 이러한 불균형 분포는 지주 절연자에서 상당히 심각한 국부적 전하 축적을 초래할 수 있으며, 운전 중 외부 물체나 기타 상황이 발생하면 플래시오버 방전이 발생할 수 있습니다.

외관 치수 재측정

고장난 지주 절연자는 공장으로 반환되어 치수 재측정 및 외관 검사가 이루어졌습니다. 고장난 버스바 지주 절연자는 약간 닦았으며, 표시는 연마되었습니다. 지주 절연자의 표면은 완전했으며, 눈에 보이는 균열, 기포, 기타 이상 현상은 발견되지 않았습니다.

도면을 참고하여 지주 절연자, 입자 트랩, 차폐 커버, 당겨주는 판 등의 여러 주요 치수가 재측정되었습니다. 이는 지주 절연자의 세 다리의 중심 간 거리, 원주 직경, 각도 등 여러 치수를 재측정하는 것을 포함합니다. 모든 치수가 적격임이 확인되었습니다.

염색 페널런트 검사

지주 절연자에 대해 염색 페널런트 검사를 수행했습니다. 청소 및 연마 후 검사를 실시하였으며, 청소제를 종이에 분사하고 절연체 표면의 페널런트를 깨끗이 닦았습니다. 신중한 검사를 거쳐 페널런트 누출은 발견되지 않았으며, 염색 페널런트 검사에서 이상은 발견되지 않았습니다.

X-선 및 산업용 CT 검사

지주 절연자에 대해 X-선 검사를 수행했습니다. 지주 절연자를 360° 회전시키며 검사를 진행하였으며, 접착 부족, 기포, 균열 등의 결함은 발견되지 않았습니다.
지주 절연자에 대해 산업용 CT 검사를 수행했습니다. 내부 절연재는 일반적으로 균일하며, 기공, 균열, 불순물, 기타 결함은 발견되지 않았습니다. 저전압단 삽입물과 에폭시 수지 사이, 중앙 실린더와 에폭시 수지 사이의 접착 부족은 없었습니다.

기계적 성능 테스트

지주 절연자에 대해 기계적 성능 테스트를 수행했습니다. 이는 압력 테스트(12 kN, 30분 동안 압력 유지) 및 비틀림 테스트(15 kN, 30분 동안 압력 유지)를 포함합니다. 지주 절연자의 표면에서 이상, 균열, 손상 등을 관찰하였으나, 기계적 성능 테스트에서는 이상이 발견되지 않았습니다.

절연 성능 테스트

지주 절연자를 새로운 입자 트랩과 현장에서 반환된 오래된 입자 트랩(연마 후)을 각각 사용하여 버스바 테스트 상태로 조립하고, 내부에 0.5 MPa의 SF₆ 가스를 충전하였습니다.
먼저, 공장 내 내구 전압 테스트 방법에 따라 평가를 수행하였습니다: 전력 주파수 내구 전압(740 kV, 1분 - 381 kV, 5분), 그리고 번개 충격(±1675 kV, 각각 3회); 그 다음, 현장 내구 전압 테스트 방법에 따라 평가를 수행하였습니다: 전력 주파수 내구 전압(318 kV, 5분 - 550 kV, 3분 - 740 kV, 1분 - 381 kV, 45분). 모든 테스트 결과는 정상적이었으며, 방전이나 이상 현상은 없었습니다.

고장 재현 테스트

지주 절연자에 대한 위의 분석을 바탕으로, 지주 절연자의 설계 및 제조 단계에서 고장 문제가 발견되지 않았습니다. 초기 판단으로, 설치 단계에서 지주 절연자의 표면에 있던 외부 물체가 플래시오버 방전을 유발했을 가능성이 있습니다. 고장 원인을 더욱 확실하게 확인하기 위해, 외부 물체의 가능한 숨김 장소와 윤활유 미사용 상황을 고려하여 다양한 작업 조건 하에서 재현 테스트를 수행하였습니다. 이는 다음과 같습니다: 지주 절연자에 1/3 윤활유 적용(방전 없음), 지주 절연자에 1/2 윤활유 적용(방전 없음), 지주 절연자에 2/3 윤활유 적용(방전 없음), 지주 절연자에 1/3 윤활유 적용 및 먼지 불어넣기(지주 절연자에 먼지, 방전 없음) 등.

위 작업 조건 하에서의 재현 테스트 결과를 바탕으로, 단일 출처의 윤활유 오염 또는 금속 외부 물체는 절연체의 표면 플래시오버 파괴를 유발할 가능성은 낮다고 결론내릴 수 있습니다. 전력 주파수 전압 하에서 파괴되는 절연체의 경우, 중앙 삽입물과 지면 전위 삽입물 모두 명백한 소멸 흔적이 있습니다. 번개 충격 전압 하에서 파괴되는 절연체의 경우, 중앙 삽입물에 소멸 흔적이 있으며, 이는 현장 고장 현상과 유사합니다.