변압기 고장 진단 및 노이즈 감소 방법

중국 경제의 급속한 발전에 따라 전력 산업도 규모가 점차 확장되어 변압기의 설치 용량과 단위 용량에 대한 요구사항이 증가했습니다. 이 기사는 변압기 구조, 변압기 번개 보호, 변압기 고장, 변압기 소음 등 네 가지 측면에 대해 간략히 소개합니다.

변압기는 일반적으로 사용되는 전기 장치로 교류 전기 에너지를 변환할 수 있습니다. 한 형태의 전기 에너지(교류 전압 및 전류)를 같은 주파수의 다른 형태의 전기 에너지(교류 전압 및 전류)로 변환할 수 있습니다. 실제 응용에서는 변압기의 주요 기능은 전압 수준을 변경하여 전력 전송을 더 편리하게 만드는 것입니다. 

출력 전압과 입력 전압의 비율에 따라 변압기는 강하형 또는 강상형으로 분류됩니다. 전압 비율이 1보다 작은 변압기를 강하형 변압기라고 하며, 그 주요 기능은 다양한 전기 장치에 필요한 전압을 공급하여 사용자가 적절한 전압을 받을 수 있도록 하는 것입니다. 전압 비율이 1보다 큰 변압기를 강상형 변압기라고 하며, 주요 기능은 전력 전송 비용을 줄이고, 전송 중의 전력 손실을 최소화하며, 전송 거리를 늘리는 것입니다.

변압기 구조
중대형 용량의 전력 변압기에서는 밀폐된 유조함이 제공되며, 변압기 오일로 가득 차 있습니다. 변압기의 권선과 핵심부는 열 방출을 개선하기 위해 오일에 잠겨 있습니다. 절연 부싱은 권선을 외부 회로와 연결하는 데 사용됩니다. 변압기는 주로 다음 구성 요소로 구성됩니다: 전압 조정 장치, 본체, 출구 단자 장치, 유조함, 보호 장치, 냉각 장치. 전압 조정 장치는 부하시 전압 조정기와 무부하시 전압 조정기로 나뉩니다. 본체는 리드, 핵심부, 절연 구조, 권선으로 구성됩니다. 출구 단자 장치에는 저압 및 고압 부싱이 포함됩니다. 유조함은 부속품(오일 샘플링 밸브, 명판, 배수 밸브, 접지 볼트, 바퀴 포함)과 주 유조함(유조함 바닥, 벽, 덮개 포함)으로 구성됩니다. 보호 장치에는 건조제 브리더, 가스 계전기, 보관 탱크, 오일 부력 계전기, 오일 수위 지시기, 온도 센서, 안전 배기구가 포함됩니다. 냉각 장치는 냉각기와 라디에이터로 구성됩니다.

변압기 소음 및 감소 대책
변압기는 작동 중에 종종 소음을 발생시키는데, 주로 전자기력으로 인해 본체의 진동과 자기장에서 실리콘 강판의 자성 수축, 팬과 냉각 시스템의 블로어에서 발생하는 소음 때문입니다. 인간의 청각 시스템은 특정 진동 주파수 내에서만 소음을 인식할 수 있으며, 주파수가 16 Hz와 2000 Hz 사이일 때 들을 수 있습니다. 이 범위 위의 초음파와 아래의 차음파는 인식할 수 없습니다. 소음은 핵심부에서 공기, 권선, 클램핑 구조로 전파되며, 이것이 전력 변압기 소음의 주요 전파 경로입니다. 핵심부 실리콘 강판의 자기 유속 밀도를 낮추고 자성 수축을 최소화하여 소음을 줄일 수 있습니다. 그러나 유속 밀도를 낮추면 핵심부 크기와 실리콘 강판의 수가 증가하여 비용이 상승합니다. 비용을 늘리지 않고 소음을 줄이기 위해서는 댐핑 구성 요소를 추가하는 것이 효과적입니다. 예를 들어, 저압권선과 핵심부 사이에 고무 맞춤 스페이서를 배치하면 권선을 조여주고 충격을 흡수하는 역할을 합니다. 이러한 댐핑 구조는 소음의 전파 과정에서 소음을 줄이는 데 도움이 됩니다.

변압기 번개 보호
중국에서는 매년 많은 수의 변압기가 번개로 인해 손상됩니다. 관련 당국에 따르면, 손상된 10 kV 분배 변압기 중 4%~10%가 번개로 인해 손상되었습니다. 불완전한 접지선 연결과 변압기 번개 방지기의 잘못된 설치가 번개 관련 손상의 주요 원인입니다. 주요 문제점은 다음과 같습니다: 고압 및 저압측 방전기와 변압기 중성점의 별도 접지, 너무 긴 리드와 작은 접지 선의 단면적, 저압측에 방전기 부재, 고압측 방전기에 지지 구조물을 접지 선으로 사용, 방전기에 대한 예방 검사 미실시.

변압기 고장
다음과 같은 변화가 변압기에서 발생할 때, 실제 운영 상태에 따라 고장 분석을 수행할 수 있습니다: 사고로 인해 정전이 발생하거나, 출력단에서 단락 등의 현상이 발생했지만 아직 분해되지 않은 경우, 운전 중 이상 현상이 발생하여 운영자가 변압기를 중단하고 검사나 시험을 진행해야 하는 경우, 예방 시험, 유지보수 수령, 정상적인 정전 상태에서의 통신 시험 중 하나 이상의 매개변수 값이 표준 한계를 초과한 경우. 실제로 이러한 상황이 발생하면 변압기는 즉시 관련 검사와 시험을 받아야 하며, 이를 통해 정상적으로 작동할 수 있는지 확인해야 합니다.

고장 여부를 판단하는 단계:

• 첫째, 고장 가능성과, 그것은 명백한(보이는) 고장인지 혹은 숨겨진(잠재적인) 고장인지 판단합니다.

• 둘째, 고장의 성질을 파악합니다—유류 관련 고장이나 고체 절연 고장, 열 고장이나 전기 고장인지.

• 셋째, 고장 전력, 포화로 인한 계전기 동작 시간, 심각성, 발전 경향, 핫스팟 온도, 오일 내 가스 포화 수준과 같은 요소들은 고장 여부를 결정하는 일반적인 지표입니다.

• 넷째, 사건을 처리하기 위한 적절한 방법을 찾습니다. 만약 변압기가 사건 후에도 작동할 수 있다면, 운영 중에 안전 조치와 모니터링 방법을 조정해야 하는지, 내부 검사나 수리가 필요한지 판단합니다.

변압기 고장은 다양한 원인으로 인해 발생할 수 있으며, 여러 가지 방법으로 분류할 수 있습니다. 예를 들어, 회로 유형별로는 유류 회로 고장, 자기 회로 고장, 전기 회로 고장으로 분류할 수 있습니다. 현재 가장 자주 발생하고 심각한 변압기 고장은 출력단 단락이며, 이는 방전 고장을 유발할 수도 있습니다. 변압기의 단락 고장은 일반적으로 변압기 내부의 상간 단락, 리드나 권선의 대지 단락, 출력단 단락을 의미합니다.

많은 사고는 이러한 고장으로 인해 발생합니다. 예를 들어, 변압기의 저압출력단에서 단락이 발생하면, 영향을 받은 권선을 교체해야 하는 경우가 많으며, 심각한 경우에는 모든 권선을 교체해야 할 수도 있어 큰 경제적 손실과 결과를 초래합니다. 변압기 단락은 매우 심각한 문제입니다. 예를 들어, 변압기(110 kV, 31.5 MVA, 모델 SFS2E8-31500/110)에서 단락 사고가 발생하였으며, 이에 따라 주 변압기의 세쪽 스위치가 트립되고 중량 가스 보호가 작동하였습니다.

변압기를 공장으로 반환하여 수리를 받았고, 후드를 들어올려 검사한 결과 다음과 같은 현상을 발견했습니다: 사고 중 비로 인해 기반부와 상부 핵심부에 녹이 발생; C 상의 중압권선이 심각하게 변형되고, C 상의 고압권선이 붕괴되었으며, 클램핑 플레이트의 이동으로 인해 저압과 중압권선 사이에 단락이 발생; B 상의 중압 및 저압권선이 심각하게 변형됨; C 상의 저압권선이 두 곳에서 타버림; 권선 사이에 많은 얇은 구리 입자와 구리 구슬이 존재. 주요 원인은 다음과 같습니다: 절연 구조의 절연 강도 부족; 클램핑 스트립의 위치 불일치, 패딩 부재, 이동; 느슨한 권선.

방전은 주로 변압기의 절연을 손상시키며, 두 가지 측면에서 나타납니다: 첫째, 방전으로 인해 생성된 활성 가스(예: 염소산화물, 오존, 열)는 특정 조건에서 화학 반응을 일으켜 국소적인 절연 부식, 유전 손실 증가, 궁극적으로는 열 파괴를 초래합니다. 둘째, 방전 입자는 직접 절연을 침범하여 국소적인 절연 손상을 일으키고, 점차 확장하여 결국 파괴됩니다.

예를 들어, 변압기(63 MVA, 220 kV)에서 1.5배 전압에서 방전이 발생하였으며, 듣기 가능한 방전 소리와 4000~5000 pC의 방전 수준이 관찰되었습니다. 회전간 시험 전압을 1.0배로 낮추고 선단 시험 방법을 1.5배 전압 지원으로 변경하였을 때, 방전 소리가 발생하지 않았고 방전 수준이 1000 pC 미만으로 급격히 감소하였습니다. 분해하여 검사한 결과, 단말 절연 구석 링을 따라 나무 모양의 방전 흔적이 발견되었으며, 주로 절연 재료의 불량으로 인한 것입니다.

특히, 고전장 강도의 법선 성분과 접선 성분이 모두 존재할 때, 고체 절연 표면을 따라 부분 방전이 발생하면 가장 심각한 사고가 발생합니다. 부분 방전 고장은 절연 재료가 좋지 않거나 전기장이 집중된 어느 위치에서든 발생할 수 있으며, 예를 들어 권선 사이, 고압권선 정전기 차폐의 리드 사이, 상간 장벽 사이, 고압 리드에서 발생할 수 있습니다.

변압기는 전기 회로와 전력 시스템에서 널리 사용되는 전기 장치입니다. 전력 이용, 분배, 전송의 핵심 장비로서 변압기는 대체할 수 없는 역할을 합니다. 따라서 실제 응용에서는 변압기에 더욱 주의를 기울여야 합니다.