35 kV 야외 진공 회로 차단기의 고장 원인 분석 및 처리

고장 현상

2020년 6월 23일, 220kV 변전소의 35kV 피더 베이에서 열기 대기 중인 고장이 발생했습니다. 이로 인해 2번 주 변압기의 저전압 백업 보호 장치의 1단계, 1차 시간 제한 전압 제한 과전류 보호 및 350 버스 타이 보호 장치의 2단계 과전류 보호가 작동되었습니다. 결과적으로 2번 주 변압기에 해당하는 저전압 측의 352 회로 차단기와 350 버스 타이 회로 차단기가 트립하여 변전소의 35kV I 섹션 버스에서 전압이 손실되었습니다.

사고 전, 변전소의 35kV 시스템은 단일 버스 구분 연결 모드를 채택하고 있었습니다. 두 개의 버스 섹션 사이에는 전용 버스 타이 회로 차단기가 설치되어 있었습니다. 고장이 발생한 35kV I 섹션 버스에는 총 세 개의 출구 라인과 두 개의 커패시터 뱅크가 있었습니다. 고장이 발생한 베이는 열기 대기 상태였으며, 그 보호 기능은 활성화되지 않았습니다. 나머지 베이는 운영 중이었고, 버스 타이 회로 차단기는 폐쇄 위치에 있었습니다.

원인 분석

변전소의 350 버스 타이 베이와 2번 주 변압기 베이의 보호 장치로부터 받은 메시지 보고서와 진폭도를 검토한 결과, 고장 초기에는 B상과 C상 사이에서 상간 고장으로 시작되었고, 이후 3상 단락 고장으로 발전하였습니다. 특히, 2번 주 변압기의 저전압 측 고장 파형도(스크린샷)는 도표 1에 나타나 있습니다.

고장이 발생한 회로 차단기를 점검한 결과, 고장 후 A상의 진공 회로 차단기 부싱이 파손되었고, B상과 C상의 포스트 세라믹 절연자는 심각하게 타버리고 손상되었으며, 회로 차단기의 리드 와이어는 다양한 정도로 단선된 것으로 확인되었습니다. 버스바 연결 버스바, 벽-부싱 절연자, 또는 회로 차단기의 버스바 측의 분리기에서는 전기 방전의 징후가 발견되지 않았습니다. 일차 장비의 손상 상태는 현장에서 점검하였으며, 도표 2에 나타나 있습니다.

다음은 회로 차단기 고장의 원인에 대한 심층 분석입니다.

회로 차단기 품질 관련 이유

문제가 된 회로 차단기는 LW8-35A(T) 형식이며, 2007년 12월에 현장에 설치 및 조업되었고, 2008년 3월부터 운영되었습니다. 현재, 변전소에는 동일 모델의 11개 진공 회로 차단기가 모두 야외에 배치되어 있습니다. 해당 모델의 회로 차단기 기구를 현장 점검한 결과, 포스트 세라믹 절연자에 다양한 정도의 방전 흔적이 발견되었습니다. 변전소의 고장 기록을 확인한 결과, 고장 발생 전 35kV 버스 전압이 자주 한도를 초과하여 트립되는 것으로 확인되었습니다. 이러한 자주적인 한도 초과 변동은 해당 유형의 회로 차단기의 포스트 세라믹 절연자에 방전 흔적이 존재함을 강력히 확인합니다.

변전소 내의 동일 모델의 나머지 10개 회로 차단기의 포스트 세라믹 절연자에 대해 내전압 테스트를 실시하였으며, 9개는 테스트를 통과하였고, 1개만 테스트 규정 요구사항을 충족하지 못했습니다. 고장이 발생한 베이를 다시 테스트한 결과, 내전압 테스트를 통과하였습니다. 따라서 회로 차단기의 품질이 고장의 원인이라는 가능성은 기본적으로 배제할 수 있습니다.

회로 차단기 운용 및 유지보수 관련 이유

이 220kV 변전소는 도시와 농촌의 교차점에 위치하며, 채석장과 인접해 있어 주변에서 먼지 오염 문제가 상당히 심각합니다. 현장 점검 결과, 고장이 발생한 회로 차단기의 포스트 세라믹 절연자 표면에는 많은 양의 먼지가 축적되어 있었습니다. 오염 환경에서는 포스트 세라믹 절연자의 절연 성능이 감소합니다.

이 변전소의 35kV 시스템의 출구 라인에 연결된 사용자가 중요하기 때문에 정전을 수행하기 어려웠습니다. 결과적으로, 회로 차단기는 적시에 점검 및 유지보수가 이루어지지 않았습니다. 회로 차단기의 포스트 세라믹 절연자의 플래시오버 전압은 오염 정도가 증가할수록 감소합니다. 시간이 지남에 따라 누적 효과로 인해 플래시오버 전압이 작동 전압 아래로 떨어져 전기 방전이 발생하였습니다. 고장 당일, 지역에는 연속적으로 비가 내려 대기 중 습도가 증가하여 이 과정을 더욱 가속화하였습니다. 따라서, 이는 오염으로 인한 플래시오버로 인한 사고로 판단됩니다.

고장 처리

고장이 발생한 회로 차단기는 교체되었습니다. 현장 조업 후, 새로운 회로 차단기의 테스트 데이터는 출고 기술 문서에 명시된 요구사항을 충족하였습니다. 현재, 회로 차단기는 안정적으로 운영되고 있습니다.

정전을 통해 변전소 내의 동일 모델의 회로 차단기를 점검하였습니다. 오염물을 청소하고 닦아내고, 절연 도포를 다시 수행하였습니다. 각 회로 차단기에 대해 종합적인 점검, 유지보수, 특성 테스트를 실시하였으며, 다른 문제들은 즉시 수정하였습니다. 현재, 변전소의 다른 10개 야외 회로 차단기는 안정적으로 운영되고 있습니다.

다음 단계에서는 이러한 지역의 야외 회로 차단기에 대한 종합적인 점검 및 기술 개조를 실시할 예정입니다. 집중적으로 가스 절연 스위치기(GIS) 장비로 교체하여 먼지 오염이 심각한 지역에서 오염으로 인한 플래시오버로 인한 사고를 근본적으로 예방할 것입니다.

예방 조치

• 설계 단위는 설계 수준을 개선하고, 설계 구조를 최적화하며, 대기 오염이 심각한 지역의 회로 차단기의 절연 성능을 향상시켜야 합니다(예: 쉼터 건설 또는 GIS 장비 사용).

• 장비 제조 단위는 장비의 품질 관리를 엄격히 해야 하며, 장비 제조, 조립, 조업 과정의 각 단계의 기술 요구사항을 철저히 이행해야 합니다.

• 운영 및 유지보수 단위는 장비의 일상적인 유지보수 및 점검을 잘 수행해야 합니다. 특히, 변전소의 보호 신호, 특히 고장 기록기의 자주적인 작동 등의 신호에 큰 관심을 기울여야 합니다. 문제를 면밀히 조사하고 분석하여 신호 뒤에 있는 장비의 실제 운영 상태를 파악하고, 장비에 대한 즉시 평가와 분석을 수행해야 합니다.

• 장비 관리 단위는 새 장비가 그리드에 들어갈 때의 수령 작업을 잘 수행하고, 장비의 일상적인 관리를 강화하여 전력 공급의 신뢰성을 향상시켜야 합니다.