주 변압기 사고 및 경가스 작동 문제

1. 사고 기록 (2019년 3월 19일)

2019년 3월 19일 오후 4시 13분, 모니터링 백그라운드에서 3호 주 변압기의 경 가스 동작이 보고되었습니다. 전력 변압기 운전 규칙 (DL/T572-2010)에 따라 운영 및 유지보수 (O&M) 인원이 3호 주 변압기의 현장 상태를 점검했습니다.

현장 확인 결과: 3호 주 변압기의 WBH 비전기 보호 패널에서 변압기 본체 B상의 경 가스 동작이 발생했으며, 재설정이 불가능했습니다. O&M 인원은 3호 주 변압기의 B상 가스 계전기와 가스 샘플링 박스를 점검하고, 변압기 본체의 코어와 클램프 접지 전류를 테스트했습니다.

오후 4시 36분, 변전소 모니터링 백그라운드에서 3호 주 변압기의 중 가스 동작 트립이 보고되었으며, B상 본체에서 화재가 발생했습니다. 변압기의 고정형 폼 분사 소화 시스템이 정상적으로 작동하였습니다 (신호 사진 제공).

이 사고 대응 조치:

• 경 가스-트립 변환 계획 수립: 기술 개조 방안을 작성하고, 후속 정전 계획을 마련하며, 개조 이전의 O&M 조치를 명확히 합니다.

• 운영 중인 변압기 특별 점검 및 개조: 고장 원인에 따른 운영 중인 변압기에 대한 타겟 점검을 실시하고, 개조 조치를 수립합니다.

2. 경 가스 알람 처리 절차

전력 변압기 운전 규칙 (DL/T572-2010)는 변압기 가스 계전기에 경 가스와 중 가스 두 가지 접점을 장착하도록 규정하고 있습니다. 정상 운전 시, 경 가스는 알람 모드로, 중 가스는 트립 모드로 설정됩니다. 변압기 경 가스 알람의 일반적인 처리 절차는 다음과 같습니다:

• 가스 보호 신호가 활성화되면 즉시 변압기를 점검하여 공기 축적, 오일 수준 하락, 2차 회로 고장, 또는 변압기 내부 고장으로 인한 것인지 확인합니다.

• 가스 계전기에 가스가 존재하면 가스량을 기록하고, 가스의 색상과 연료성을 관찰하며, 크로마토그래피 분석을 위해 가스와 오일 샘플을 수집합니다.

• 계전기의 가스가 무색, 무취, 불연성이며, 크로마토그래피 분석 결과 공기임이 확인되면 변압기는 계속 운전될 수 있으며, 공기 유입 결함을 신속히 제거해야 합니다.

• 가스가 연료성이 있거나 용해 가스 분석 (DGA) 결과가 이상하다면, 변압기의 정지 여부를 종합적으로 판단합니다.

새로운 사고 예방 조치 (9.2.3.6)는 "변압기가 1일 내에 두 번 연속으로 경 가스 알람을 발령할 경우 즉시 정전 검사를 신청한다; 강제 오일 순환 구조가 없고, 오일 배출 및 질소 주입 장치가 없는 변압기(리액터)는 본체 경 가스 알람 발생 시 즉시 정전 검사를 신청한다"고 규정하고 있습니다.

신규 투입된 변압기나 오일 처리 중인 변압기는 초기 운전 시 경 가스 알람이 발생하기 쉽습니다. 강제 오일 순환 변압기는 부정압 영역에서 오일 누수가 발생할 때 공기 유입이 발생할 수 있으며, 오일 배출 및 질소 주입 장치가 있는 변압기는 오일 배출 파이프라인에 가스가 갇힐 수 있어 경 가스 알람을 일으킬 수 있습니다. 변압기 운전 중에는 소량의 가스가 방출되지만, 24시간 내에 두 번 연속으로 경 가스 알람이 발생하면 심각한 고장 가능성이 있습니다.

3. 변압기 경 가스 알람 통계 분석

사례 1: 변전소 경 가스 알람 (2015년 7월 7일)

고장 현상: 변전소 모니터링 백그라운드에서 "3호 주 변압기 본체 비전기 보호 알람" 및 "본체 C상 경 가스 알람"이 표시되었습니다. 원인: 현장 점검 결과, 3호 주 변압기 C상 가스 계전기의 오일 수위가 낮았으며 (가스량이 300ml를 초과; 경 가스 알람 설정: 270±10ml) (A상과 B상은 가득 차 있음). 점검 결과와 특별 회의를 통해 고장은 금속 외부 물질로 인한 것으로 판단되었으며, 이는 제조 과정이 아닌 운송/설치 과정에서 발생한 것으로 추정되었습니다. 처리: 고장 변압기는 철수되고 대기 상이 교체되었습니다. 변전소에 수리 작업장을 건설하여 제조사가 현장에서 수리를 진행하였고, 수리된 변압기는 대기 상으로 저장되었습니다.

사례 2: 변전소 경 가스 알람 (2015년 9월 30일)

고장 현상: 모니터링 백그라운드에서 "#2 주 변압기 C상 압력 증가 알람", "중 가스 트립 신호", "경 가스 알람 신호"가 보고되었으며, 전기 보호 동작은 발생하지 않았습니다. 원인: 설계소와 제조사 간의 의사소통 부족으로 인해 부싱 상단 단자에 과도한 스트레스가 가해졌으며, 부싱의 밀봉 설계가 약해서 부싱 상단 전류 도관의 부정압 영역에서 밀봉 실패 후 공기/물 유입이 발생했습니다. 리드 T-커넥터와 고압 부싱 사이의 최대 수평 오프셋은 5.61m에 달했으며, 이로 인해 장기간의 횡방향 장력, 단자 및 커버의 변형, 밀봉 실패, 그리고 공기/물 유입으로 인한 고압 권선 내부 방전이 발생했습니다. 처리: 고장 변압기는 철수되고 대기 상이 교체되었습니다. 2016년에 수리 작업장을 건설하여 현장에서 수리를 완료하였고, 변압기는 대기 상으로 저장되었습니다.

사례 3: 변전소 경 가스 알람 (2018년 6월 18일)

고장 현상: 변전소 1호 주 변압기 A상 경 가스 알람. 원인: 오일 및 가스 샘플링 테스트 결과 불연성 가스와 정상적인 오일 데이터가 확인되었습니다. 같은 날 가스 계전기에서 가스를 방출하고 신호를 재설정하였으며, 계전기 내 가스 축적의 장기 추적 결과 새로운 가스는 없었으며, 알람은 장기적인 공기 축적으로 인한 것으로 확인되었습니다.

사례 4: 시운전 중 경 가스 알람

고장 현상: 3번 주 변압기의 C 상에서 시운전 중 경 가스 알람 발생.원인: 변압기 유량 계전기에서 오일 누출; 공사 업체가 교체 후 가스를 완전히 배출하지 않았음. 변압기에서는 아세틸렌이 검출되지 않음.대처: 변압기에서 가스 배출.

사례 5: 변환소에서의 경 가스 알람 (2018년 11월 20일)

고장 현상: 06:24:55에 변환소 OWS 백그라운드에서 "특정 측의 변환 변압기 B 상 경 가스 알람" 보고; 06:40:57에 "특정 측의 변환 변압기 B 상 중 가스 보호" 보고, 01B/02B 변환 변압기 회로 차단기가 3상 트립됨.원인: 오일 보관 탱크 블래더 파열. 오일이 블래더에 들어갔으며 갑작스러운 온도 하락으로 인해 오일이 가득 찬 블래더가 가라앉아, 오일 파이프라인을 막고 가스가 갇혀 가스 계전기 작동. 블래더는 장기간 대기 상태와 저온에서 가속된 노화로 인해 파열됨.대처: 현장 점검 결과 블래더 찢어짐 확인 (보관 탱크의 대부분의 오일이 블래더에 들어감). 블래더 교체 후 변환 변압기 재운행.

사례 6: 전력 회사에서의 경 가스 알람 (2017년 1월 2일)

고장 현상: 전력 회사에서 DC 양극성이 차가운 대기 상태였음; 20:37에 Pole 1 YYC 변환 변압기의 경 가스 알람 발생, 이후 20:42에 중 가스 트립.원인: 현장 점검 결과 Pole 1 Y/Y C 상 변환 변압기의 4번 냉각 순환 오일 펌프에서 오일 누출 발견. 펌프 전원을 차단하고 양쪽 밸브를 닫은 후 누출 중지. 근본 원인은 볼트와 펌프 끝 덮개 플랜지의 재질 불량으로 인해 심각한 부식, 볼트 파손, 펌프 본체 이탈, 대량의 오일 누출.대처: Pole 1 YYC 변환 변압기의 4개 잠수형 오일 펌프 교체, 오일 재충전 및 유지 관리 테스트 실시. 동시에 다른 13개 변환 변압기(2개 대기 포함)의 52개 잠수형 오일 펌프의 볼트 구조 교체 또는 수정.

4. 경 가스 알람 또는 트립 설정 설명

4.1 가스 계전기 소개

가스 계전기는 내부 변압기 고장으로 인한 오일 분해 또는 오일 솟구침으로 생성된 가스를 감지하여 경 가스(알람) 또는 중 가스(트립) 접점을 작동시킵니다.

• 경 가스: 경미한 고장(예: 과부하 발열, 국부적 핵 발열, 자기 누설로 인한 탱크 발열)을 반영합니다. 분해된 가스가 계전기의 가스 수집실로 상승하여 오일 수위가 낮아지고 경 가스 리드 스위치가 작동하여 알람을 보내며, 더 낮아진 오일 수위는 중 가스를 활성화시킵니다.

• 중 가스: 심각한 고장(예: 부싱 접지, 회전선 단락)을 반영합니다. 급속한 가스 생성으로 인해 오일이 방패에 충돌하여 자석을 통해 중 가스 리드 스위치가 작동하여 변압기를 트립시킵니다.

4.2 경 가스 알람 설정 이유

• UHV AC 변압기: 각 주 변압기와 조압 변압기에 가스 계전기 1개만 있으며, 부싱 라이저가 본체 계전기와 가스 수집 파이프로 연결됩니다. 하나의 경 가스 알람 접점만 제공되며, 정상 운전 시 알람 모드(중 가스는 트립)로 설정됩니다.

• 변환 변압기: 1개의 가스 계전기(Siemens 기술) 또는 7개 이상의 가스 계전기(ABB 기술) 장착. 정상 운전 시 경 가스는 알람 모드(중 가스는 트립)로 설정됩니다.

변환 변압기 가스 계전기는 1개 또는 2개의 경 가스 알람 접점만 있어, 계전기 접속 상자에 물이 들어오거나 오일 크로마토그래피에서 생기는 운반 가스가 탱크에 들어가거나, 본체 밀봉이 좋지 않아 공기가 들어오는 등의 이유로 거짓 알람이 발생하기 쉽습니다. "셋 중 둘" 오작동 방지 조치가 없으므로, 경 가스를 트립으로 설정하면 거짓 알람으로 인해 DC 단극(단일 밸브 그룹) 트립이 발생할 수 있으며, 1500MW 이상의 전력을 잃게 되어 전력망 안정성을 위협할 수 있습니다. 또한, 경 가스는 중 가스 활성화 전에 경미한 고장(예: 경미한 핵/절연 발열)에 대한 응답 창을 제공하여 설비 가용성을 향상시킵니다. 따라서 18 Major Grid Anti-Accident Measures 및 Code for Operation of Power Transformers (DL/T572-2010)는 경 가스를 알람으로만 설정하도록 규정하고 있습니다.

거짓 작동 사례:

• 2003년: 변환 변압기 평활 리액터 가스 계전기에 물이 들어가서 양극 차단, 1281MW 손실.

• 2019년: 변환 변압기 가스 계전기 접촉 회로 고장으로 일시적인 정전 발생.

4.3 UHV 변압기의 경 가스 트립으로 변경 제안

UHV 변압기의 갑작스러운 고장이 인원 안전을 위협할 위험을 고려하여, UHV 변압기의 경 가스 동작을 알람에서 트립으로 변경하는 것을 제안하며, 다음과 같은 이유가 있습니다:

• 심각한 고장 초기 대응: 갑작스러운 심각한 고장 시 경 가스가 중 가스보다 먼저 활성화될 수 있습니다. 경 가스로 트립하면 고장 변압기를 신속히 격리하여 주요 설비 손상이나 인명 피해를 예방할 수 있습니다. (예: 2016년: 여러 번의 경 가스 알람 후 UHV 병렬 리액터 폭발; 2017년: 변환 변압기 부싱 고장 시 경 가스가 중 가스보다 32초 앞서 활성화됨.)

• 전력망 강성: 강화된 전력망은 한 개의 밸브 그룹 또는 변압기를 잃더라도 안정성을 유지할 수 있습니다.

• 거짓 작동 위험 감소: 비전기 계전기의 관리 강화(예: 우산 설치, 정기적인 샘플링 점검, 회로 절연 점검 등)로 인해 거짓 알람이 크게 줄었습니다. 통계적으로 변환소(3년)와 변전소(5년)에서 거짓 경 가스 작동이 없었으며, 6건의 기록된 작동은 건설 중 가스 배출 미흡(설비 고장이 아닌) 때문이었습니다.

임시 조치: UHV 변압기의 불안정한 작동 중에는 변환기 변압기, 주 변압기 및 전압 조정 변압기의 모든 가스 경보 접점(부싱 라이저, 분할기, 본체)을 트립 모드로 설정하여 인원 및 장비 안전을 보장합니다.

4.4 가벼운 가스를 트립으로 변경하기 위한 구현 계획

• 변환기 변압기: DC 제어 단일 시스템 철수를 통해 소프트웨어를 수정하여 가벼운 가스 신호를 트립으로 변경합니다. 수정 후 트립 테스트는 필요하지 않습니다(신호 회로는 연간 검증됨); 계획된 정지 기간 동안 실행(1일).

• AC 변압기: 보호 패널의 배선을 수정하고 전송 테스트를 수행합니다(1일).