전력 변압기 종방향 차동 보호 장치의 운전 중에 일반적으로 겪게 되는 고장은 무엇인가요

변압기 종단 차동 보호: 일반적인 문제점과 해결책

변압기 종단 차동 보호는 모든 구성 요소 차동 보호 중 가장 복잡한 것으로, 운전 중 오작동이 가끔 발생합니다. 1997년 화북 전력망의 통계에 따르면 220kV 이상의 변압기에서 총 18건의 잘못된 작동이 있었으며, 이 중 5건은 종단 차동 보호 때문이었습니다—약 1/3을 차지합니다. 오작동이나 작동 실패의 원인으로는 운영, 유지 관리, 관리와 관련된 문제뿐만 아니라 제조, 설치, 설계와 관련된 문제도 포함됩니다. 이 기사는 현장에서 자주 발생하는 문제를 분석하고 실용적인 완화 방법을 제시합니다.

1. 변압기 투입 전류로 인한 불균형 전류

정상 운전 중에는 자속 전류가 전원측에서만 흐르며, 차동 보호에 불균형 전류를 생성합니다. 일반적으로 자속 전류는 정격 전류의 3%~8%이며, 대형 변압기의 경우 보통 1% 미만입니다. 외부 고장 시, 전압 강하로 인해 자속 전류가 감소하여 영향이 최소화됩니다. 그러나 무부하 변압기의 투입 또는 외부 고장 해제 후의 전압 회복 시, 대규모 투입 전류가 발생할 수 있으며, 이는 정격 전류의 6~8배에 달할 수 있습니다.

이 투입 전류는 주로 비주기적 성분과 고차 조파, 특히 2차 조파가 많이 포함되어 있으며, 전류 파형의 불연속성(사각)을 나타냅니다.

종단 차동 보호에서의 완화 방법:

(1) 빠른 포화 전류 변환기를 사용하는 BCH형 계전기:
외부 고장 시, 높은 비주기적 성분이 빠른 포화 변압기의 코어를 빠르게 포화시켜, 불균형 전류가 계전기 코일로 전달되지 않도록 하여 오작동을 방지합니다. 내부 고장 시, 초기에는 비주기적 성분이 존재하지만 약 2주기 내에 소멸합니다. 그 후에는 주기적 고장 전류만 흐르므로, 민감한 계전기 작동이 가능합니다.

(2) 2차 조파 억제를 사용하는 마이크로프로세서 기반 계전기:
대부분의 현대 디지털 계전기는 2차 조파 차단을 통해 투입 전류와 내부 고장을 구분합니다. 외부 고장 해제 시 오작동이 발생하면:

• 상별("AND") 억제 모드에서 최대 상("OR") 억제 모드로 전환합니다.

• 2차 조파 억제 비율을 10%~12%로 줄입니다.

• 고장 해제 후 5차 조파 함량이 높은 대용량 시스템에서는 5차 조파 억제를 추가합니다.

• 듀얼 차동 보호 장치가 장착된 변압기의 경우, 파형 대칭 원리를 사용하여 투입 전류를 식별합니다—이 방법은 단순 조파 억제보다 더 민감하고 신뢰성이 높습니다.

2. CT 2차 회로의 잘못된 배선

오작동의 반복적인 원인 중 하나는 전류 변환기(CT) 2차 단자의 극성 반전입니다—이는 교육 부족, 설계 도면과의 이탈, 또는 출시 시 검사 부족으로 인해 발생합니다.

예방 조치:
새로운 설치, 주기적인 테스트, 또는 2차 회로 수정 후 종단 차동 보호를 서비스에 투입하기 전에 변압기에 부하를 걸고 다음 검사를 수행해야 합니다:

• 차동 루프의 불균형 전압을 고임피던스 전압계로 측정하며, 이는 코드 한도를 준수해야 합니다.

• 모든 측면의 2차 전류의 크기와 위상 각도를 측정합니다.

• 육각 벡터 다이어그램을 작성하여 동일 상 전류의 벡터 합이 0 또는 거의 0임을 확인하여 올바른 배선을 확인합니다.

이 검증 이후에야 보호 장치를 공식적으로 출시해야 합니다.

3. 2차 회로의 접촉 불량 또는 오픈 서킷

CT 2차 루프의 느슨한 연결 또는 오픈 서킷으로 인한 오작동은 매년 발생합니다.

권장 사항:

• 운전 중 차동 전류의 실시간 모니터링을 강화합니다.

• 계전기 설치/출시 또는 주요 변압기 개조 후, 모든 CT 2차 연결을 점검합니다.

• 단자 스크루를 조이고, 스프링 워셔나 진동 클립을 사용합니다.

• 중요한 응용 프로그램의 경우, 차동 2차 배선에 두 개의 병렬 케이블을 사용하여 오픈 서킷 위험을 완화합니다.

4. 차동 보호 2차 회로의 접지 문제

일부 사이트에서는 보호 캐비닛과 스위치 야드 단자 박스에 각각 하나씩 두 개의 접지점을 가지는 것이 사고 예방 조치를 위반하는 경우가 있습니다. 이러한 결과로 인해, 특히 번개 또는 근처 용접 시, 접지 전위 차이가 발생하여 가짜 차동 전류를 유발하고 오작동을 일으킬 수 있습니다.

해결책:
단일 접지점을 엄격히 적용합니다. 유일한 신뢰할 수 있는 접지점은 보호 캐비닛 내부에 위치해야 합니다.

5. CT 2차 케이블의 절연 저하

CT 2차 케이블의 절연 실패는 종종 건설 작업의 부실로 인해 발생하며, 이는 오작동을 초래합니다. 일반적인 원인으로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 케이블 배관 시 케이블 피복 손상,

• 길이가 부족할 때 두 개의 케이블을 접합,

• 케이블 내부에 케이블이 있는 상태에서 케이블 배관을 용접하여 열 손상을 입힘.

이러한 것은 보호 신뢰성에 숨겨진 위험을 초래합니다.

예방 조치:

• 주요 장비 유지 관리 중, 1000V 메가옴미터를 사용하여 각 코어 대 지면 및 코어 대 코어 간의 절연 저항을 주기적으로 측정하며, 값은 코드 요구사항을 충족해야 합니다.

• 단자에서 노출된 선 끝을 가능한 짧게 유지하여 진동으로 인한 우발적인 접지 또는 상간 단락을 방지합니다.

6. 종단 차동 보호를 위한 전류 변환기 선택

차동 보호는 다양한 전압 수준의 CT를 포함하며, 이를 통해 변비와 모델이 다양하게 되어 일시적 특성의 불일치가 발생할 수 있으며, 이는 오작동 또는 작동 실패의 잠재적 원인이 될 수 있습니다.

• 500kV 측: 일시적 성능 클래스(TP-class) CT를 사용하며, 간극이 있는 코어는 포화 플럭스의 10% 미만으로 잔자성을 제한하여 일시적 응답을 크게 개선합니다.

• 220kV 이하: 일반적으로 P-클래스 CT를 사용하며, 이는 공기 간극이 없고, 잔자성이 높으며, 일시적 성능이 좋지 않습니다.

선택 지침: TP-클래스 CT는 우수한 기술적 성능을 제공하지만, 비싸고 부피가 크므로, 특히 폐쇄형 버스 덕트에 설치하기 어려운 저전압 측에서는 특별한 시스템 요구 사항이 없는 한, 실제 운영 요구 사항을 충족시키는 P-클래스 CT를 선호하는 것이 좋습니다—불필요한 비용과 설치 문제를 피할 수 있습니다.

또한, 2차 케이블의 단면적이 충분해야 합니다:

• 긴 케이블 런의 경우, ≥4mm²의 도체 크기를 사용하여 부담을 최소화하고 정확성을 확보합니다.