GIS 버스바의 부분 방전 분석 함께
CIS(가스 절연 스위치기어)는 가스 절연 캐비닛형 스위치기어를 의미합니다. 버스바는 여러 장치가 병렬로 연결되는 공통 경로입니다. CIS에서 버스바의 내부 공간은 상대적으로 작지만, 고전압과 전류 하에서 작동합니다. 국소 방전이 발생하면 상간 절연에 심각한 영향을 미쳐 설비의 안전하고 안정적인 운전에 큰 위협이 될 수 있습니다. 이 기사는 CIS 버스바의 국소 방전 결함 분석 및 해결책을 제시하며, 참고용으로 개선된 CIS 버스바 볼트 고정 방법을 소개합니다.
결함 상황
어느 변전소의 220kV CIS가 2016년 12월 20일부터 운영되었습니다. 2017년 3월, 변전소의 실시간 검사 중 운용 및 유지보수 인력이 버스바에서 명확한 매우 높은 주파수(VHF) 신호를 감지하여, 버스바에 국소 방전 결함이 있는 것으로 초기 판단하였습니다.
국소 방전 탐지기(PDT-840MS 모델)를 사용하여 실시간 검사를 수행할 때, 운용 및 유지보수 인력은 4번 주 변압기의 220kV 측 204 회로 차단기와 220kV 신고 선로의 225 회로 차단기 사이의 버스바 내장 센서에서 명확한 VHF 신호를 감지했습니다. 신호는 두 개의 구별되는 대칭 클러스터를 보여주었으며, 방전량이 많았습니다. 최대 진폭은 67dB에 달했으며, 현장에서는 이상적인 내부 방전 소리가 들려왔습니다. 이를 통해 설비에 국소 방전이 존재하는 것으로 초기 판단하였습니다. 회사는 유지보수 센터에 재측정을 요청하였고, 동시에 비정상적인 VHF 및 초음파 신호가 감지되었습니다.
초음파 검사 결과, 연속 모드에서 피크 값은 약 120mV였으며, 100Hz 주파수와 일정한 상관관계가 있었고, 위상 모드에서 최대 값은 약 70mV였습니다. 분석 결과, 4번 주 변압기의 220kV 측 204 회로 차단기 베이와 220kV 신고 선로의 225 회로 차단기 베이 사이의 2B 버스바 가스실 내 상간 절연체의 진동으로 인해 부유 방전이 발생한 것으로 판단되었습니다.
결함 원인 분석
결함 발생 버스바 베이의 부하 통계 및 점검
220kV 신고 선로와 4번 주 변압기의 204 회로 차단기의 부하를 분석하였습니다. 220kV B-섹션 버스바의 부하는 크게 변화하지 않았으며, 정격값을 초과하지 않았습니다.
유지보수 인력은 제조업체의 기술자들과 함께 국소 방전이 발생한 버스바 베이를 분해하여 점검하였습니다. 이 부분의 버스바 길이는 7m이며, 내부에는 6개의 상간 절연 지지대가 있습니다. 버스바를 분해한 후, 세 개의 느슨한 볼트가 발견되었습니다: 첫 번째 상간 절연 구성 요소의 V-상, 다섯 번째 상간 절연 구성 요소의 V-상, 여섯 번째 상간 절연 구성 요소의 W-상. 그 중 첫 번째 볼트가 가장 느슨하여 직접 제거할 수 있었으며, 주변에는 많은 먼지가 있었습니다.
다른 상간 절연체의 금속 삽입물의 나사산에는 눈에 띄는 손상이 없었으며, 절연체 재료 표면에는 균열, 스크래치, 또는 이상적인 오목이 없었습니다. 다른 상간 절연체의 3상 도체와 다른 접점 부분에서도 이상이 발견되지 않았습니다. 다른 15개의 상간 절연체와 도체 사이의 연결 볼트의 조임 토크는 지정된 요구 사항을 충족하였습니다.
분석 및 검증
버스바 모듈 구성 요소 및 설치 품질. 점검 결과, 버스바 덕트 셀과 도체의 품질은 제조업체 도면의 기술 품질 요구 사항을 준수하고 있었습니다. 구성 요소 자체의 직선도는 도면의 형상 허용오차 요구 사항을 충족하였습니다. 절연체와 그 금속 등급 삽입물은 금형에서 주조 및 경화되어 제작됩니다. 공장 조립 과정에서 특수 고정구를 사용하여 3상 도체의 상대적 공간 위치를 맞춥니다. 그러나 일부 경우에서 도체와 절연체 사이의 연결 볼트의 조임 토크가 제조업체 요구 사항을 완전히 충족하지 못했습니다.
버스바가 실시간 운전 중일 때, 3상 전류는 대칭이며, 각 상 도체는 동일한 교류 전동력을 받습니다. 3상은 공간적으로 대칭적으로 배치되어 있습니다. 버스바 도체는 중공 도체로서, 일반 도체보다 굽힘 강도가 높습니다. 정상적인 설치 시, 3상 도체는 운전 중 전동력으로 인해 특정 고정 각도 위치로 편향되지 않습니다.
기계적 강도 계산. 제조업체는 고정구의 연결 강도를 계산하고, 볼트의 외나사산과 절연체 삽입물의 내나사산 사이의 연결 길이가 현재 설계인 16mm보다 커야하며, 금속 셔미의 두께는 최소 7mm(현재 4mm)로 증가해야 함을 결정하였습니다. 이렇게 하면 단일 볼트 연결과 버스바 단락 시 10kN의 전동력 하에서 기계적 강도 요구 사항을 충족할 수 있습니다.
형식 시험. 500A/3s 열안정성(단시간 내전류) 시험, 135kA 동적 안정성(피크 내전류) 시험, 특히 7h/4000A의 버스바 전류 하에서의 온도 상승 시험 결과, 시험 후에도 명백한 기계적 느슨함이나 이상적인 연결이 발견되지 않았습니다. 이는 기존의 버스바 도체 고정 설계가 형식 시험 조건 하에서 신뢰할 수 있음을 나타냅니다.
원인 확정
현장 점검과 이론적 분석을 통해, 이 결함의 주요 원인은 다음과 같이 확정되었습니다: 제조업체 조립 시 볼트의 조임 토크가 표준을 충족하지 못하였으며, 볼트의 연결 길이와 셔미의 두께가 운전 요구 사항을 충족하지 못하였습니다.
처리 방안
현장 점검 결과와 이론적 분석 결과를 바탕으로, 버스바의 안정적인 운전을 위한 새로운 볼트 조임 방안을 제안하였습니다.
환형 절연체의 금속 삽입물의 내나사산과 맞물리는 양쪽 끝 나사산을 사용합니다(나사산의 짧은 부분 쪽). 나사산의 외부 표면에 Loctite 603 접착제 No. 2를 적용합니다. 24mm 길이의 나사산을 따라 약 120° 간격으로 세 개의 종방향 스트립을 Loctite 603 접착제로 칠합니다. 이렇게 하면 나사산을 완전히 밀어 넣은 후, 전체 360° 표면이 접착제로 코팅됩니다. 볼트가 완전히 삽입된 후, 특수 청소 용지를 사용하여 잉여 접착제를 제거합니다.
자기 고정/느슨해짐 방지 너트를 조합하여 사용하여 볼트의 느슨해짐을 효과적으로 방지합니다. 8mm 두께의 통합 셔미 구성 요소를 채택합니다.
토크렌치를 사용하여 볼트를 조이고, (70±7) N·m 범위의 상단인 75 N·m 값을 취합니다. 각 볼트의 토크가 표준을 충족하도록, 한 사람이 작업하고 다른 사람이 확인하는 시스템을 시행합니다.
조임이 완료된 후, 진공청소기, 특수 청소 용지, 알코올을 사용하여 조인 부분과 도체의 공동 부분을 철저히 청소합니다.
현장 처리
양쪽 끝 볼트를 사용하여 볼트의 조임력을 강화하고, 자기 고정 너트를 사용하여 정상 운전 중 전동력으로 인한 볼트의 느슨해짐을 방지합니다. 제조업체는 위에서 언급한 방안에 따라 이 GIS 버스바에 대한 볼트 수정 작업을 수행하였으며, 수정 후 결과는 만족스러웠습니다.
