외부 전류 변환기의 고장률을 줄이는 방법은 무엇인가요

1. 연구 이유와 배경
1.1 전류 변압기의 중요성

전류 변압기는 전류 변환과 전기적 절연 역할을 합니다. 이들은 일차 시스템의 큰 전류를 비례하는 작은 이차 전류로 변환하여 측정 기기, 계전 보호장치 및 자동 장치에 공급합니다. 전력 시스템에서 전류 변압기의 역할은 대체 불가능하며 전력망의 안전하고 안정적인 운영에 직접적으로 중요한 역할을 합니다.

1.2 야외 전류 변압기의 혹독한 작업 환경

야외 전류 변압기는 종종 비정상적인 전기적 및 자연 환경을 견뎌내므로 고장률이 높게 나타납니다. 실제 조건으로 인해 전기적 및 자연 환경의 통제 가능성이 제한적이므로, 일차 시스템에서의 연결 신뢰성을 보장하여 환경에 더 잘 적응하는 것이 더욱 필요합니다.

1.3 야외 전류 변압기의 불완전한 전통적인 기술

야외 전류 변압기의 기둥 머리와 구리 바 사이의 접촉 면적이 충분하지 않습니다. 장기간 야외 운전 중에, 연결이 양호하고 신뢰성이 있는지 여부는 회로 부하 용량에 직접 영향을 미칩니다. 작은 접촉 면적, 나쁜 접촉, 과도한 접촉 저항은 발열을 유발합니다. 이를 적시에 발견하고 처리하지 않으면 기둥 머리와 연결된 구리 바가 타버릴 수 있습니다. 장기간 과부하와 너무 높은 온도는 야외 전류 변압기를 태울 수도 있습니다.

2. 특정 전력공급국 관할 변전소의 전류 변압기 고장 상태

특정 전력공급국 관할에는 총 다섯 개의 야외 변전소가 있습니다. 그 중 35kV 변전소 1과 변전소 2의 10kV 송출선과 주변압기의 저압측에는 LBZW - 10 모델의 건식 야외 기둥형 전류 변압기가 33개 설치되어 있습니다. 배선 기둥 머리는 볼트형이며, 연결된 알루미늄(구리) 바는 상하 두 개의 너트를 통해 볼트에 고정됩니다. 기둥 머리와 연결된 알루미늄(구리) 바에서 발열, 심지어 알루미늄 바의 녹아내리고 전류 변압기 손상 등의 고장이 여러 번 발생했습니다.

2008년, 2009년, 2010년 변전소 1의 주요 일차 장비 고장 및 결함에 대한 통계 분석을 통해: 현재 변압기, 주변압기, 단락기, 전압 변압기 등 5가지 주요 일차 장비 중, 전류 변압기의 고장 비율이 28%로 가장 높습니다. 이는 같은 작동 조건 하에서 전류 변압기가 다른 장비보다 고장이 더 많이 발생한다는 것을 보여줍니다. 깊이 있는 분석 결과, 이 세 해 동안의 고장 횟수는 시간과 직접 관련이 있음을 확인할 수 있습니다. 구체적인 내용은 다음 표에 나와 있습니다.

표에서 직관적으로 볼 수 있듯이, 고장은 5월부터 8월까지의 장마철(특히 6월)에 집중되어 있습니다. 3년간 월평균 고장 횟수가 1.17회에 달하며, 이는 회로 부하가 클수록 전류 변압기의 고장이 더 많이 발생한다는 것을 의미합니다.

고장 발생 횟수에 대한 깊이 있는 분석 결과, 주요 고장 요인은: 2008년부터 2010년까지 전류 변압기 접점 고장으로 인한 14회의 고장과 번개 등의 요인으로 인한 2회의 고장입니다. 2008년과 2009년의 두 번의 직접적인 번개 피해를 제외하고, 다른 고장 지점은 기둥 머리와 알루미늄(구리) 바 간의 연결부에 있습니다.

주요 고장 처리 방법은: 볼트 재조임, 손상된 너트 및 와셔 교체; 손상된 알루미늄 바 교체; 전류 변압기 교체(기둥 머리가 손상되고 절연 테스트에 실패했을 때). 그러나 이러한 방법들은 근본적으로 이러한 고장을 없애지는 못합니다.

3. 전류 변압기 고장 원인 분석 및 대책

분석을 통해 야외 10kV 전류 변압기의 고장 원인은 다음과 같이 네 가지로 추정됩니다:

3.1 장비 원인

전류 변압기 자체 구조가 불합리하다.

3.2 사람의 원인

유지보수 인력의 기술 수준이 낮고, 일상적인 유지보수가 제대로 이루어지지 않았다.

3.3 방법 문제

경험에 기반한 고장 해결, 목표 지향적인 방법이 부족하다.

3.4 링크 요인

전류 변압기는 장시간 고부하 상태로 운전되며, 변전소는 습기가 많은 산악 지역에 위치해 있어 접속부가 부식 및 산화되기 쉽다.

전류 변압기 자체의 불합리한 구조가 주요 원인으로 확인되었습니다. 볼트형 배선 기둥 머리와 구리 바 간의 접촉 면적이 너무 작아, 이것이 알루미늄 바의 녹아내림과 전류 변압기의 열 손상의 주요 원인입니다. 야외 전류 변압기의 기둥 머리와 구리 바 간의 연결 상태를 개선하고, 접촉 면적을 늘리며, 접촉 저항을 줄이는 것이 개선 방향이 되었습니다. 초기에는 이를 달성하기 위해 연결 선클램프를 설계하는 것이 예상되었습니다.

4. 구체적인 실시
4.1 선클램프 규격 결정

변전소 1의 10kV 야외 전류 변압기의 기둥 머리 볼트 외경(12mm, 굵은 나사)에 따라, 제조사로부터 M - 12 모델의 이중 구멍 기둥 클램핑 선클램프를 맞춤 제작하였습니다.

4.2 시험 설치 및 검증

개선된 선클램프를 GB - 2314 - 2008 표준에 부합하도록 부서의 시험 구역에 시험 전류 변압기에 설치하였습니다. 이를 통해 기둥 머리와 밀착 접촉하며 접촉 면적을 확장할 수 있음을 확인하였습니다.

4.3 전체 변전소 시험 적용

이중 구멍 구리 기둥 클램핑 선클램프를 전류 변압기의 볼트에 고정시키고, 고정 볼트를 조여 접촉 면적과 연결 강도를 확보하며 접촉 저항을 줄였습니다. 변전소 1 전체에 대해 야외 전류 변압기의 기둥 머리와 구리 바 간의 연결 상태를 개선하기 위한 전체 변전소 시험을 수행하였습니다.

5. 효과 검사

변전소 1의 모든 10kV 야외 전류 변압기의 기둥 머리에 이중 구멍 기둥 클램핑 선클램프를 설치한 후, 실제로 6개월간 운전하고 관찰 및 분석한 결과, 다음과 같은 결론을 도출하였습니다:

5.1 접촉 면적 개선

개선 전, 기둥 머리와 구리 바 간의 접촉 면적은 2.26cm²였습니다. 개선 후, 15cm²로 확장되었으며, 확장 비율은 563.7%입니다.

5.2 접촉 저항 감소

환로 저항 측정기로 측정한 결과, 개선 전 기둥 머리가 알루미늄 바를 직접 고정할 때의 접촉 저항은 608μΩ였습니다. 개선 후(이중 구멍 구리 기둥 클램핑 선클램프로 고정), 460μΩ로 감소하였으며, 감소 비율은 24.3%입니다.

5.3 온도 감소

같은 부하(150A)에서, 개선 전 적외선 이미징 온도 측정값은 52℃였으며, 개선 후 46℃로 감소하였으며, 온도 감소율은 11.5%입니다.

5.4 고장률 감소

개선된 전류 변압기를 추적 조사한 결과, 장마철(5월부터 8월) 동안의 고장 통계는 다음과 같습니다: 개선 전 총 고장 횟수는 14회(월평균 3.67회)였으며, 개선 후 총 고장 횟수는 1회(6월의 번개 피해로 인한 것)입니다. 장마철 동안의 고장 횟수가 월평균 1.17회에서 0.25회로 감소하였습니다.

개선 후, 번개 피해를 제외하고는 발열이나 타버림과 같은 고장이 발생하지 않았습니다. 전류 변압기의 고장 횟수 비율은 주요 일차 장비 중 15% 미만으로 감소하였습니다. 변전소 1의 모든 10kV 야외 전류 변압기의 기둥 머리에 개선된 이중 구멍 구리 기둥 클램핑 선클램프를 설치하여 접촉 면적을 늘리고, 접촉 저항을 줄여 야외 전류 변압기의 고장률을 성공적으로 감소시켰습니다.

10kV 회로가 12시간 동안 정전될 경우, 200A의 전류와 0.5원의 전기료로 계산하면, 한 번의 정전 감소로 약 20,000원 이상의 전기료를 증가시킬 수 있습니다. 10번이면 200,000원 이상으로, 이는 전력 공급 신뢰성을 향상시키는 동시에 기업에 엄청난 경제적 이익을 가져다줍니다.