전력 변압기 코어의 이상 다점 접지 분석 및 해결

변압기 코어의 다점 접지가 존재할 때 두 가지 주요 문제가 발생합니다: 첫째, 코어 내에서 국부적인 단락 과열을 초래하여 심각한 경우 코어의 국부적인 소실 손상을 일으킬 수 있습니다. 둘째, 정상적인 코어 접지선에서 발생하는 순환 전류는 변압기에서 국부적인 과열을 유발하고 방전형 고장으로 이어질 가능성이 있습니다. 따라서 전력 변압기 코어의 다점 접지 고장은 변전소의 일상 운영에 직접적인 위협이 됩니다. 본 논문은 전력 변압기 코어에서 발생한 비정상적인 다점 접지 문제를 분석하며, 고장 분석 절차와 현장 해결 조치를 소개합니다.

1. 접지 고장 개요

220 kV 변전소의 1번 주 변압기는 SFPSZB-150000/220 모델로, 1986년 11월 11일 제조되어 1988년 8월 8일 운용되었습니다. 원래 강제유순환 공기냉각 방식을 사용했으나 2012년 자연순환 공기냉각 방식으로 변경되었습니다. 3월 5일 1번 주 변압기의 코어 접지 전류 실시간 검사 결과 40 mA로, 이전 검사 결과와 크게 차이가 있었습니다. 코어 접지 온라인 모니터링 및 전류 제한 장치 확인 결과 코어 접지 전류가 41 mA였습니다. 

역사적 기록에 따르면 해당 장치는 2월 27일에 115 Ω의 전류 제한 저항을 자동으로 투입하였습니다. 1번 주 변압기에 코어 다점 접지 문제가 있을 수 있다는 판단 하에 인원들은 크로마토그래피 온라인 모니터링 데이터를 검토했으나 이상 없음을 확인했습니다. 오일 검사 인원들이 3월 5일 오후 1번 주 변압기에서 샘플을 채취하여 오일 크로마토그래피 분석을 실시하였으나, 시험 데이터에는 유의미한 변화가 없었습니다. 용해 가스 크로마토그래피 시험 결과는 표 1과 같습니다. 온라인 모니터링 장치 설정에 따르면 접지 전류가 100 mA를 초과할 때 장치는 자동으로 저항을 투입하여 접지 전류를 제한합니다. 이를 바탕으로 1번 주 변압기에 코어 다점 접지 고장이 있음이 확정되었습니다.

2 장비 고장 분석

과거 3년간의 주 변압기 코어 접지 전류 테스트 데이터는 표 2에 나와 있습니다. 과거 테스트 데이터를 비교해보면, 1번 주 변압기의 코어 접지 전류 측정값은 항상 정상 범위 내에 머물러 있으며, 기름 속 용존 가스에는 이상 트렌드가 발견되지 않았습니다. 그러나 접지 전류는 크게 증가했으며, 제한 장치가 자동으로 저항을 연결하였습니다.

이러한 상황을 종합적으로 분석하면, 1번 주 변압기에 코어 다점 접지 고장이 발생하였음을 판단할 수 있습니다. 그러나 다점 접지가 발생했을 때, 코어 접지 온라인 모니터링 및 제한 장치가 즉시 전류 증가 시점에서 저항을 연결하여 효과적으로 전류 크기를 제한하였습니다. 결과적으로, 변압기 기름의 용존 가스 크로마토그래피 분석에서는 이상이 나타나지 않았습니다.

3월 28일, 제1 변압기의 정기적인 정전 테스트 중에 코어 절연 저항 측정을 통해 다점 접지 상태가 확인되었습니다. 시험 담당자가 1,000V 전압으로 코어 절연 저항을 측정했으며, 그 결과 절연 저항이 "0"으로 나타났습니다. 멀티미터를 사용하여 코어 접지 저항을 측정한 결과, 저항 값이 "0"인 "도체" 상태로 나타났습니다. 이러한 측정 결과는 제1 주 변압기 코어가 특히 금속 접지를 포함한 다점 접지를 가지고 있음을 입증했습니다.

3 해결책

(1) 접지 고장이 부드러운 금속 접촉으로 인해 발생할 수 있다고 고려하여, 커패시터 충격 방법을 시도하여 고장을 제거하려고 했습니다: 26.94 μF의 커패시터를 2,500 V까지 충전하고 이를 제1 주 변압기에 3번 방전했습니다. 충격 후, 코어 절연 저항을 재측정하여 회복 여부를 확인했습니다. 만약 회복되지 않았다면, 시험 전압을 5,000 V로 증가시키고 다시 3번 더 충격을 가했습니다. 만약 고장이 계속되었다면, 추가 시도는 중단되었습니다.

(2) 커패시터 충격 방법으로 접지 고장을 제거하지 못했다면, 조건이 허용되는 경우 변압기의 후드를 들어 올려 직접 접지점을 찾고 근본적으로 코어 다점 접지 고장을 제거하는 검사를 수행하였습니다.

(3) 주 변압기가 즉시 후드 점검 및 유지보수를 위해 정전될 수 없다면, 일시적인 조치로서 접지선에 저항 제한 저항기를 직렬로 연결할 수 있습니다. 제1 주 변압기는 JY-BTJZ 코어 접지 온라인 모니터링 및 저항 제한 장치를 장착하고 있었으며, 이 장치는 접지 전류 크기에 따라 자동으로 115 Ω 저항을 설정했습니다. 장비가 운용된 후, 코어 접지 전류 측정과 변압기 오일 크로마토그래피 분석을 위한 테스트 주기를 단축하여 모니터링을 강화했습니다.

현장에서 구체적인 실시 과정은 다음과 같습니다: 먼저 외부 코어 접지 연결을 해제한 뒤, DC 고압 발전기를 사용하여 커패시터를 충전했습니다. 약 3분 동안 충전하여 전압이 2.5 kV에 도달한 후, 절연 막대를 사용하여 리드 선을 코어 하향 선로에 연결하여 커패시터를 변압기 코어에 방전시켰습니다. 제1 주 변압기 코어에 한 번의 커패시터 방전 후, 60초 코어 절연 저항이 9.58 GΩ로 회복되었으며, 흡수 비율은 1.54였습니다. 이는 이전 테스트 결과와 일치했습니다. 접지점이 성공적으로 제거되었습니다.

제1 주 변압기가 서비스로 복귀한 후, 코어 접지 전류 테스터를 사용하여 코어 접지 전류를 측정했으며, 2 mA로 나타났습니다. 동시에 실시간 코어 접지 전류 모니터링 장치에서도 2 mA를 표시하여 고장이 제거되었음을 확인했습니다.