110kV 변압기 제로 시퀀스 보호: 문제 및 개선 조치

110kV 변압기의 제로 시퀀스 보호 문제

효과적으로 접지된 시스템에서 변압기의 중성점 대 지면 전압은 특정 수준으로 제한되며, 중성점 갭 보호는 작동하지 않습니다. 갭 보호를 설치하는 목적은 비효과적으로 접지된 시스템에서 발생하는 높은 제로 시퀀스 전압으로 인한 변압기 절연 손상을 방지하기 위함입니다. 단상 대지 고장이 발생하고 모든 직접 접지된 중성점 변압기가 트립되면, 접지되지 않은 중성점을 가진 통전된 변압기는 고장난 그리드에 연결됩니다. 이 경우, 갭이 방전되어 중성점 대 지면 전압을 줄이고 절연 손상을 방지합니다.

그러나 갭 파괴는 채핑 웨이브를 생성하여 변압기의 턴-투-턴 절연에 해롭습니다. 따라서 단상 대지 고장으로 제로 시퀀스 전압이 상승할 때는 제로 시퀀스 과전압 보호가 변압기를 트립시키는 것이 더 바람직합니다. 반면, 갭 전류 보호는 일정한 정도의 임의성이 있으며 다양한 이유로 작동하지 않을 수 있습니다. 이 관점에서 보면, 변압기 중성점 절연 보호를 위해 제로 시퀀스 과전압 보호가 갭 전류 보호보다 더 중요합니다.

일반적으로 제로 시퀀스 과전압 보호와 갭 전류 보호가 함께 사용되어 완전한 중성점 절연 보호 체계를 형성합니다. 따라서 제로 시퀀스 과전압 보호 없이 갭 전류 보호만 설치하는 것은 부적절합니다—특히 간헐적인 갭 파괴 시에는 방전 전류가 지속될 수 없어 갭 전류 보호가 효과적이지 않게 됩니다.

현재 대부분의 110kV 변전소는 중성점 막대 갭만 장착되어 있으며, 해당 보호 계열링이 부족합니다. 이러한 구성은 불리합니다. 그리드의 제로 시퀀스 전압이 정격 상 전압에 가까워지면, 모든 접지되지 않은 중성점 변압기는 동시에 제로 시퀀스 과전압을 경험합니다. 만약 갭 과전류 보호가 없는 단말 변압기의 중성점 갭이 조기에 방전되고 방전이 지속되지 않으면, 통전된 접지되지 않은 중성점 변압기는 고장난 그리드에 계속 연결됩니다.

따라서 저전압측 전원이 없는 단말 변압기의 경우, 완전한 갭 전류 보호와 제로 시퀀스 과전압 보호가 설치되지 않았다면, 중성점 막대 갭은 제거하거나 그 거리를 의도적으로 늘려 조기 방전을 방지해야 합니다.

내부 브릿지 연결을 가진 변전소에서는, 중성점 접지 변압기의 제로 시퀀스 전류 보호의 첫 번째 시간 설정을 사용하여 900번 차단기와 100번 버스 연계를 트립시키는 방법은 최적이 아닙니다. 저전압측이 병렬로 운전될 때 900번 차단기를 트립시키면 한 버스 섹션이 불필요하게 손실됩니다. 동시에 접지되지 않은 변압기의 저전압측 차단기는 닫힌 상태로 유지됩니다.

제로 시퀀스 과전압 보호가 없는 경우, 일시적인 저전압 전원(예: 10kV 전력 이송)이 존재하면, 접지되지 않은 변압기는 과전압 위험이 있습니다. 따라서 110kV 측에 이미 3상 전압 변환기가 설치되어 있는 경우, 제로 시퀀스 과전압 보호를 추가하는 것은 간단하고 효과적인 안전 조치입니다.

변압기 중성점 접지 방법의 제어 및 제로 시퀀스 보호 개선 조치

먼저, 110kV 시스템이 효과적으로 접지된 시스템으로 운전되도록 하는 것이 중요합니다. 오작동을 방지하는 것이 가장 기본적인 접근 방식이며, 110kV 소스 엔드 변압기의 중성점이 효과적으로 접지되도록 보장해야 합니다. 보호 조정 설정을 허용한다면, 병렬로 연결된 소스 측 변압기의 중성점이 동시에 접지될 수 있습니다.

공급 변압기가 접지된 중성점을 잃으면 시스템은 비효과적으로 접지될 수 있습니다. 따라서 설계 단계에서 소스 엔드 변압기 또는 미래에 공급할 수 있는 변압기는 완전한 중성점 갭 보호, 즉 중성점 제로 시퀀스 과전류 보호, 중성점 갭 전류 보호, 그리고 버스바의 오픈 델타 제로 시퀀스 전압 보호를 갖추어야 합니다.

110kV 출구 피더에서는 몇 개의 변압기가 병렬로 연결되어 있든, 소스 측 중성점이 접지되는 한 단말 변압기는 접지되지 않은 중성점으로 운전될 수 있습니다. 실제 운전에서는 잠재적인 위험을 완화하기 위해 하나의 변압기 중성점이 접지될 수 있습니다. 어떤 중성점을 접지할지를 선택할 때 다음과 같은 우선 순위를 적용해야 합니다:

• 저전압측이 일시적으로 전력을 공급하는 변압기를 우선적으로 고려합니다;

• 다음으로, 고전압측에 회로 차단기가 없는 변압기를 고려합니다;

• 마지막으로, 전력원에 가장 가까운 변압기를 선택합니다.

현재 대부분의 110kV 단말 변전소는 오픈 델타 제로 시퀀스 전압 보호(버스 VT에서)와 중성점 갭 전류 보호가 부족하며, 원래 설치된 중성점 막대 갭은 제거하거나 그 간격을 의도적으로 늘려 조기 방전을 방지해야 합니다.

미래의 110kV 변전소 설계에서는 고전압측에 3상 전압 변환기를 고려하고, 제로 시퀀스 과전압 보호와 변압기 중성점 갭 전류 보호를 포함해야 합니다. 이러한 구성은 운영 유연성을 제공하고 향후 그리드 구조 변화에 적응할 수 있습니다.

내부 브릿지 연결을 가진 변전소에서는 주 변압기의 중성점 제로 시퀀스 전류 보호의 첫 번째 시간 설정이 다른 접지되지 않은 변압기를 트립시켜, 정전 영역 확대나 전력 주파수 과전압을 방지해야 합니다.