전력 변압기: 단락 위험, 원인 및 개선 조치

전력 변압기: 단락 위험, 원인 및 개선 조치

전력 변압기는 에너지 전송을 제공하고 안전한 전력 운전을 보장하는 중요한 유도 장치로 전력 시스템의 기본 구성 요소입니다. 그 구조는 일차 코일, 이차 코일, 철심으로 구성되어 있으며, 교류 전압을 변경하기 위해 전자유도 원리를 활용합니다. 장기적인 기술적 개선을 통해 전력 공급의 신뢰성과 안정성이 지속적으로 향상되었습니다. 그러나 여전히 다양한 명백한 잠재 위험이 존재합니다. 일부 변압기 장치는 충분한 단락 충격 저항 능력을 갖추지 못하여 단락 현상에 취약합니다. 효과적으로 고장 원인 및 위치를 판단하기 위해서는 변압기 고장 및 진단 기술에 대한 연구를 강화하여 해당 기술을 채택하여 변압기 고장 진단 문제를 효율적으로 해결해야 합니다.

1. 전력 변압기 단락의 위험성

• 서지 전류의 영향: 변압기에서 갑작스러운 단락이 발생하면 큰 단락 전류가 생성됩니다. 그 지속 시간은 짧지만, 변압기의 주 회로가 차단되기 전에 이미 이 잠재적 위험이 형성되어 변압기 내부 손상 및 절연 수준 저하를 초래할 수 있습니다.

• 전자기력의 영향: 단락 중 과전류는 큰 전자기력을 생성하여 안정성을 저하시킵니다. 심각한 경우 변압기 와인딩이 어느 정도 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어 와인딩 변형, 와인딩 절연 강도 손상, 기타 구성 요소 손상 등이 발생할 수 있습니다. 극단적인 경우에는 변압기 연소와 같은 전력 안전 사고로 이어질 수 있습니다.

2. 전력 변압기 단락의 원인

(1) 전류 계산 프로그램은 누설 자기장 분포가 균일하고, 동일한 턴 지름, 동위 상의 힘을 가정하는 이상화된 모델을 기반으로 개발됩니다. 그러나 실제로 변압기의 누설 자기장은 균일하게 분포되지 않고 용골 부분에서 상대적으로 집중되며, 여기에서 전자기 선이 더 큰 기계적 힘을 경험합니다. 연속 전환 케이블(CTC)의 전환 지점에서는 경사면 변화가 힘 전달 방향을 바꾸어 토크를 생성합니다. 스페이서 블록의 탄성 계수 요인으로 인해 스페이서 블록의 축 방향 분포가 불균일하면 교류 누설 자기장에 의해 발생하는 교류 힘이 지연 공진을 경험합니다. 이것이 철심 용골 부분, 전환 지점, 그리고 분할 접점이 있는 대응 위치의 와인딩 디스크가 먼저 변형되는 근본적인 이유입니다.

(2) 기계적 강도가 낮은 일반적인 전환 도체를 사용하면 단락 기계적 힘에 의해 변형, 스트랜드 분리, 노출된 구리가 발생하기 쉽습니다. 일반적인 전환 도체를 사용할 때 이러한 위치에서 큰 전류와 급격한 전환 경사가 큰 토크를 생성합니다. 또한, 와인딩의 양쪽 끝에서 방사형 및 축 방향 누설 자기장의 복합 효과로 인해 큰 토크가 발생하여 비틀림 변형이 발생합니다. 

예를 들어, 500kV 양고 변압기의 A상 공통 와인딩은 71개의 전환이 있었으며, 비교적 두꺼운 일반적인 전환 도체를 사용하여 66개의 전환에서不同程度的变形。同样，吴泾11号主变压器由于使用常规换位导线，在铁心轭部高压绕组端也出现了不同程度的导线翻转和裸露现象。 (3) 短路抗力计算未考虑温度对电磁线弯曲和拉伸强度的影响。在室温下设计的短路抗力不能反映实际运行条件。根据测试结果，电磁线的温度对其屈服极限（σ0.2）有显著影响。随着电磁线温度的升高，其弯曲强度、拉伸强度和延伸率都会降低。在250°C时，弯曲和拉伸强度远低于50°C时，而延伸率下降超过40%。在实际运行中，变压器在额定负载下的平均绕组温度达到105°C，热点温度达到118°C。大多数变压器在运行过程中会经历自动重合闸过程。 因此，如果短路点没有立即消失，变压器将在很短的时间内（0.8秒）经历第二次短路冲击。然而，在第一次短路电流冲击后，绕组温度急剧上升。根据GB1094标准，最大允许温度为250°C，此时绕组的短路抗力已显著下降。这解释了为什么大多数变压器短路事故发生在重合闸操作之后。 (4) 绕组结构松散、换位处理不当以及过薄导致电磁线悬空。从事故损坏位置来看，变形最常出现在换位点，尤其是在换位导体的换位位置。 (5) 使用软导线是变压器短路抗力差的主要原因之一。由于早期对此问题认识不足或绕线设备和工艺困难，制造商不愿使用半硬导线或在设计中没有这样的要求。所有发生故障的变压器都使用了软导线。 (6) 过大的装配间隙导致对电磁线的支持不足，为变压器短路抗力埋下了隐患。 (7) 对各绕组或分接位置施加的预紧力不均匀，导致在短路冲击下绕组盘跳动，从而对电磁线产生过大的弯曲应力并导致变形。 ** 以下是韩语翻译： (3) 단락 저항 계산은 온도가 전자기 선의 굽힘과 인장 강도에 미치는 영향을 고려하지 않습니다. 실온에서 설계된 단락 저항은 실제 작동 조건을 반영하지 못합니다. 테스트 결과에 따르면, 전자기 선의 온도는 그의 항복 한계(σ0.2)에 상당한 영향을 미칩니다. 전자기 선의 온도가 증가함에 따라 굽힘 강도, 인장 강도, 그리고 연장률 모두 감소합니다. 250°C에서는 굽힘과 인장 강도가 50°C보다 상당히 낮으며, 연장률은 40% 이상 감소합니다. 실제 작동 중 변압기의 평균 와인딩 온도는 정격 부하에서 105°C에 달하며, 핫 스폿 온도는 118°C에 달합니다. 대부분의 변압기는 작동 중 자동 재결합 과정을 겪습니다. 따라서, 단락 지점이 즉시 사라지지 않는다면, 변압기는 매우 짧은 시간(0.8초) 내에 두 번째 단락 충격을 경험하게 됩니다. 그러나 첫 번째 단락 전류 충격 후, 와인딩 온도가 급격히 상승합니다. GB1094 표준에 따르면, 최대 허용 온도는 250°C이며, 이 시점에서 와인딩의 단락 저항이 크게 감소합니다. 이것이 대부분의 변압기 단락 사고가 재결합 작업 이후에 발생하는 이유를 설명합니다. (4) 와인딩 구조가 느슨하고, 전환 처리가 부적절하며, 너무 얇아서 전자기 선이 현공 상태가 됩니다. 사고 손상 위치에서 보면, 변형은 주로 전환 지점에서 발견되며, 특히 전환 도체의 전환 위치에서 가장 흔합니다. (5) 부드러운 도체를 사용하는 것은 변압기의 단락 저항이 좋지 않은 주요 원인 중 하나입니다. 이 문제에 대한 초기 이해 부족이나, 와인딩 장비와 공정의 어려움으로 인해 제조업체들은 반경성 도체를 사용하지 않거나, 설계 요구사항에 그런 요구사항이 없었습니다. 모든 실패한 변압기는 부드러운 도체를 사용했습니다. (6) 과도한 조립 간극은 전자기 선에 충분한 지지를 제공하지 못하여 변압기 단락 저항에 잠재적인 위험을 초래합니다. (7) 각 와인딩 또는 분할 위치에 적용되는 초기 조임력이 균일하지 않으면, 단락 충격 시 와인딩 디스크가 튀어 오르면서 전자기 선에 과도한 굽힘 스트레스가 생기고, 이로 인해 변형이 발생합니다。

(8) 감전 처리가 제대로 이루어지지 않아서饶恕，看起来我犯了一个错误，在翻译过程中没有完全遵守规则。让我按照要求重新翻译给定的文本为韩语。

(8) 와인딩 회전수나 전선 사이에 경화 처리가 부족하면 단락 저항성이 떨어집니다. 조기 와인딩에서는 분말 도포 처리를 통해 손상이 발생하지 않았습니다.

(9) 와인딩 예비 인장력의 불적절한 제어로 인해 일반적인 전도체 변위에서 전도체의 위치가 맞지 않습니다.

(10) 자주 발생하는 외부 단락 사고는 여러 차례의 단락 전류 충격 후 전자기력의 누적 효과로 인해 전자기 선재의 연화 또는 내부 상대 이동을 초래하여 결국 절연 파괴로 이어집니다.

3. 전력 변압기 단락 저항성 향상을 위한 개선 조치

(1) 문제 발생 전에 단락 시험 수행

 대형 변압기의 운전 신뢰성은 주로 구조와 제조 공정의 품질에 의존하며, 그 다음으로는 운영 중에 실시되는 다양한 시험을 통해 장비 상태를 적시에 파악합니다. 변압기의 기계적 안정성을 이해하기 위해 단락 시험을 수행하여 개선할 취약점을 식별하고, 변압기의 구조적 강도 설계에 대한 자신감을 확보할 수 있습니다.

(2) 설계 표준화 및 코일 제조 과정에서 축 방향 압축 공정 강조

변압기를 설계할 때 제조사는 손실 감소와 절연 수준 향상뿐만 아니라 기계적 강도와 단락 고장 저항성을 향상시키는 것을 고려해야 합니다. 제조 공정 측면에서, 많은 변압기가 고저압 코일이 하나의 프레스 플레이트를 공유하는 절연된 프레스 플레이트를 사용하므로, 이러한 구조는 높은 제조 공정 표준을 요구합니다. 스페이서 블록은 밀도 처리를 받아야 하며, 코일 가공 후 개별 코일은 압축된 코일 높이를 측정하면서 일정 압력 하에서 건조되어야 합니다.

위의 처리 후, 동일한 프레스 플레이트 위의 코일은 동일한 높이로 조정되어야 합니다. 최종 조립 시에는 유압 장치를 사용하여 코일에 지정된 압력을 가하여 설계 및 공정 요구 높이를 달성해야 합니다. 최종 조립 시에는 고압 코일의 압축뿐만 아니라 특히 저압 코일의 압축 제어에도 주의를 기울여야 합니다.