110kV 변전소 건설에서의 GIS 장비 설치 기술 연구

가스 절연 스위치기어(GIS)는 회로 차단기, 분리기, 접지 스위치, 전류 변환기, 전압 변환기, 방전 보호기, 모선, 커넥터 및 출구 단자로 구성됩니다. 높은 신뢰성, 안전성, 상대적으로 작은 공간 점유율 덕분에 고압 변전소의 설계 및 건설에서 널리 사용됩니다. 도시 및 인구 밀집 지역에서는 그의 컴팩트한 구조와 우수한 절연 성능으로 인해 GIS가 선호되는 선택입니다.

그러나 110 kV급 변전소에서는 GIS 장비 설치 과정에서 많은 도전과제를 마주합니다. 이러한 도전 과제에는 정확한 장비 배치, 복잡한 전기 연결, 시스템 조사 및 테스트 등이 포함됩니다. 또한 변전소의 공학 설계는 장비 운용 및 유지보수를 위한 공간을 고려하여 모든 전기 구성 요소가 신뢰성 있게 작동하고 미래에 쉽게 업그레이드되거나 유지보수될 수 있도록 해야 합니다.

110 kV 변전소에서의 GIS 장비 설치 요구사항

IEC 62271-203 인증 GIS 장비의 핵심 장점은 컴팩트한 디자인과 우수한 전기 성능으로 제한된 공간 내에서 고압 전류의 송배전을 수행할 수 있다는 것입니다. 따라서 110 kV 변전소에서의 설치 과정에서는 장비 구성, 공간 배치, 기존 시스템과의 호환성에 대해 정밀하게 고려해야 합니다.

먼저, 설치 전에 예정된 설치 위치의 크기를 측정하고, 이 위치가 온도, 습도, 지진 성능 등의 장비 운용 환경 요구사항을 충족할 수 있는지 확인해야 합니다. 이 단계는 IEC 62271-203 인증 GIS 장비의 성능이 설치 환경에 크게 영향을 받기 때문에 매우 중요합니다.

둘째, 모든 전기 연결이 제조사 사양에 따라 엄격하게 이루어지고 국가 그리드의 안전 표준을 준수하도록 전기 설치 계획을 세심하게 작성해야 합니다. 이는 IEC 62271-203 인증 GIS 장비의 접지 시스템, 케이블 경로, 보호 시스템의 설계 및 배치를 포함합니다. 각각의 측면이 정확하게 구현되어 잠재적인 안전 위험을 피해야 합니다.

GIS 장비 설치 기술
장비 운송 및 준비

운송 중에 GIS 장비는 무거운 금속 케이스(일반적으로 몇 톤)와 민감한 전기 부품으로 구성되므로 3~60 Hz 범위에서 진동을 0.3g(중력 가속도) 이하로 제어해야 합니다. 운송 프로토콜은 민감한 부품에 대한 충격을 최소화하고 설치 전 고장률을 줄이기 위해 전기 장비 표준을 준수해야 합니다.

포장은 진동 저항 및 방수 재료를 사용해야 합니다. 예를 들어, 주 스위치는 제조사 사양에 따라 10cm 이상 두께의 폼으로 완전히 포장되고 강성 PVC 셀로 감싸져야 합니다. 건조제는 내부 습도를 40% 이하로 유지하여 습기 침입을 방지해야 합니다.

저장 조건은 금속 및 절연 재료를 보호하기 위해 -10°C에서 40°C 사이의 온도를 유지하고 상대 습도를 70% 이하로 유지해야 합니다. 저장 공간은 전자기 간섭, 먼지, 부식성 물질로부터 보호되어야 합니다. GIS 장비의 무게가 종종 25톤을 초과하므로, 리프팅 장비는 30톤 이상의 용량을 가지고 건설 요구사항을 충족하는 안정성을 가져야 합니다. 취급 속도는 충격 손상을 피하기 위해 2 m/min을 초과해서는 안 됩니다.

설치 전 현장 테스트는 절연 저항, 접지 저항, 위상 검사 등을 포함하며, 모든 결과는 설계 사양을 충족하도록 표준을 준수해야 합니다. 운송 및 준비에 대한 기술 요구 사항은 표 1에 자세히 나열되어 있습니다. 또한 145kV 회로 차단기 가격은 조달 및 전체 프로젝트 비용 평가의 중요한 요소입니다.

장비 취급 및 배치
GIS 장비를 이동할 때 일반 리프팅 장비의 설계 하중은 장비의 자중보다 25% 이상 높아야 하며, 이동 과정에서 안전 여유를 확보해야 합니다. 예를 들어, GIS 모듈의 무게가 20톤이라면, 사용하는 크레인은 적어도 25톤의 리프팅 능력을 가져야 합니다. 동시에, 크레인의 안정성이 평가되어 작업 중 하중 편차로 인한 전도를 방지해야 합니다. 실제 GIS 장비의 운송 과정에서는 운송 속도가 2 m/min을 초과해서는 안 됩니다. 이렇게 하면 과속으로 인한 진동 및 잠재적인 손상을 줄일 수 있습니다. 각각의 이동 전에는 경로 상에 충분한 공간과 안정적인 지지 면이 있는지 확인하여 불평탄한 지면에서의 작업으로 인해 장비가 기울거나 떨어지는 것을 방지해야 합니다. 배치 과정에서는 정확성이 중요한 요소입니다. GIS 장비의 설치 위치 편차는 ±5mm 이내로 제어되어 장비 인터페이스의 올바른 연결과 시스템의 무결성을 보장해야 합니다. 이러한 정밀성은 일반적으로 고정밀 레이저 거리 측정기 및 전자 수평기를 사용하여 위치를 설정합니다.설치 지점에서의 준비 작업에는 평탄도 측정이 포함되며, 1m²당 높이 차가 3mm 이내여야 합니다. GIS 장비 설치의 환경 요구 사항은 설치 영역의 공기 중 직경이 0.5μm를 초과하는 입자의 수가 1m³당 352,000개를 초과하지 않아야 합니다. 이를 위해 설치 현장에서는 일반적으로 일시적인 청정실 환경을 설정하고, 고효율 입자 공기(High-Efficiency Particulate Air, HEPA) 필터를 사용하여 공기 품질을 유지하고 설치 과정 중 먼지 및 입자가 장비에 들어가는 것을 방지합니다. 장비 취급 및 배치에 대한 기술 요구 사항은 표 2에 나열되어 있습니다.

구성 요소 조립

구성 요소의 접합부는 기체 누출을 방지하기 위해 극도로 높은 밀봉 성능을 가져야 합니다. GIS 장비의 경우 SF₆ 가스의 연간 누출률은 0.5%를 초과해서는 안 됩니다. 이 지표는 장비의 절연 강도와 아크 저항 능력과 직접 관련되어 있습니다. 이러한 요구 사항을 충족하기 위해 조립 과정에서 사용되는 밀봉 패킹 재료는 뛰어난 내온성 및 내압성을 가져야 합니다. 또한, 패킹의 압축 설정은 35%~50%로 설정하여 장기적인 밀봉 효과를 보장해야 합니다.

구성 요소 조립의 구체적인 작업 과정에서는 모든 접합부를 제조사가 지정한 토크에 따라 토크 윙크로 조여야 합니다. 예를 들어, 주로 전류를 운반하는 연결 볼트의 경우, 토크는 100~120 N·m로 설정하여 전기 연결의 안정성과 신뢰성을 보장해야 합니다.

전기 연결

전기 연결의 주요 목표는 모든 도전성 구성 요소와 접합부가 충분한 전기 전도성과 기계적 안정성을 갖추도록 하는 것입니다. 연결 과정에서는 모든 전기 접합부의 토크가 제조사가 지정한 요구 사항을 준수하여 견고하고 장기적으로 안정적인 연결을 보장해야 합니다. 모든 볼트와 접촉 면은 적절한 청소 및 전처리를 거쳐야 하며, 일반적으로 산화층을 제거하고 전도성 윤활제를 적용하여 접촉 저항을 줄여야 합니다.

접촉 저항 측정은 전기 연결의 품질 관리에서 중요한 단계입니다. 접합부의 접촉 저항은 마이크로오옴 수준을 초과해서는 안 되며, 특정 값은 접합 유형 및 크기에 따라 결정됩니다. 이 표준을 충족하기 위해서는 각 접합부를 정밀 저항 측정기로 테스트하여 모든 연결이 지정된 저항 범위 내에 있음을 확인해야 합니다.

고압 환경에서는 전기 절연도 전기 연결의 중요한 측면입니다. 각 접합부와 절연 구성 요소는 정상 운용 전압의 최소 1.5배를 견뎌내어야 합니다. 110 kV GIS 장비의 경우, 이는 최소 165 kV를 견뎌내는 것을 의미합니다. 모든 전기 연결의 방수 및 습기 차단 처리는 특히 실외 또는 습한 환경에서 운영되는 변전소 시설에 필수적입니다. 접합부와 단자 장치는 IP65 또는 그 이상의 보호 등급을 충족하는 밀봉 기술을 사용하여 습기와 오염물질이 전기 시스템에 침입하는 것을 방지해야 합니다. 전기 연결의 주요 기술 요구 사항은 표 3에 나열되어 있습니다.

시험 운전

시험 운전은 일반적으로 단위 수준 테스트부터 시작하여 점진적으로 전체 시스템 테스트로 진행됩니다. 절연 저항 테스트의 목적은 모든 전기 절연 재료가 양호한 상태를 유지하고 설치 과정 중 발생할 수 있는 잠재적인 손상을 없앤다는 것입니다. GIS 장비의 절연 강도를 평가하기 위해서는 내압 테스트가 필요합니다. 110 kV GIS 장비의 경우, 내압 테스트에서 적용되는 교류 테스트 전압은 최소 230 kV이며, 1분 동안 지속되어 고압 상태에서 시스템의 성능을 검사합니다.

국부 방전(PD) 테스트는 GIS 장비의 안전성을 평가하는 데 있어 특히 중요합니다. 국부 방전은 절연 재료의 열화 초기 징후입니다. 따라서 PD 활동의 모니터링과 제어는 장비 고장을 방지하는 데 필수적입니다. 테스트 중에 기록된 방전량은 5 pC를 초과해서는 안 됩니다. PD 테스트는 특정 주파수에서 음향 방출 검출 장치를 사용하여 모든 검출된 방전 활동이 적절히 식별되고 평가되도록 합니다.

회로 차단기의 기계적 운전 테스트도 시험 운전의 일부입니다. 이는 회로 차단기의 여러 연속적인 개폐 작업을 포함합니다. 일반적으로 50회의 기계적 운전 실패 없이 수행되어야 운전 신뢰성을 검증합니다. 각 작업 시간은 제조사가 제공하는 표준 운전 시간(일반적으로 30~50 ms)과 비교됩니다. 시스템 동기화 테스트도 필수적입니다. 이 테스트는 실제로 운전 중인 회로 차단기 및 분리기와 같은 구성 요소의 동기화 성능을 검증하는 데 사용됩니다. 동기화 오차는 ±10 ms 이내로 제어되어 모든 운전이 전력망이 요구하는 시간 창 내에서 원활하게 완료되도록 보장해야 합니다.

마지막으로, 전체 시스템 기능 테스트가 수행되며, 보호 및 제어 시스템의 검사를 포함합니다. 이 단계는 모든 보호 릴레이, 제어 모듈, 통신 장치가 미리 설정된 고장 및 운전 조건에 정확하게 반응할 수 있는지 확인합니다. 다양한 고장 시나리오는 테스트 중에 시뮬레이션되어 시스템의 반응 시간과 행동 정확성을 검증합니다. 모든 행동의 반응 시간은 일반적으로 100 ms 이내로 요구됩니다.

결론

110 kV 변전소에서의 GIS 장비 적용은 기존 설치 프로세스를 최적화하고 전체 시스템 성능을 향상시키는 것은 물론, 전력 산업의 기술 발전에도 강력한 지원을 제공합니다. GIS 장비의 설치 기술을 깊이 파악함으로써 설계자들에게 귀중한 참고 자료를 제공할 수 있으며, 이는 복잡한 공학적 도전과제에 직면했을 때 더 과학적이고 효과적인 결정을 내릴 수 있도록 돕습니다. 이를 통해 변전소 프로젝트의 성공률을 높일 수 있습니다.