고압 SF6 회로 차단기의 운영 및 유지 관리 주요 포인트 간략 분석

1 개요

회로 차단기는 정상 조건에서 작동 모드에 따라 회로를 연결하고 분리할 수 있습니다. 고장이 발생하면 보조 보호 신호에 따라 고장 장비를 신속하게 차단하거나 일시적인 고장이 제거된 후 전원 공급을 재개하기 위해 회로를 연결할 수 있습니다. 따라서 회로 차단기는 제어와 보호의 이중 기능을 가지고 있습니다. 현재 평정산 지역에는 100여 개 이상의 변전소가 있으며, 각 변전소에서는 각 출선, 각 입선 측 및 이중 버스바 연결을 위한 회로 차단기가 필요합니다. 110kV 및 220kV 변전소에서 고압 SF₆ 회로 차단기가 강력한 차단 능력, 빠른 작동 속도, 간편한 유지보수, 높은 안정성 등의 장점으로 널리 사용되고 있습니다.

고압 회로 차단기는 주로 이동 접점, 고정 접점, 소멸 실, 도체 부분으로 구성됩니다. 이동 접점과 고정 접점은 소멸 실 내부에 위치하며 전류를 차단하는 데 사용됩니다. 고정 접점은 고정되어 있고, 이동 접점은 작동 기구에 의해 동력이 공급되어 회로 차단기의 개폐 작업을 완료할 수 있습니다. 작동 기구는 전송 기구와 절연 막대를 통해 이동 접점과 연결됩니다.

현재 일반적으로 사용되는 고압 SF₆ 회로 차단기의 성능은 상대적으로 완전하지만, 전력망, 외부 환경, 내부 요인의 변화로 인해 작동 중에도 고장이 발생할 수 있습니다. 220kV 변전소에서 사용되는 고압 SF₆ 회로 차단기를 예로 들어, 이 논문에서는 그들의 작동 중에 발생하는 일반적인 문제와 대응 방법을 간략히 논의합니다.

2 현존하는 문제 분석 및 운영 및 유지 관리의 핵심 사항

고압 SF₆ 회로 차단기의 작동 기구, 전송 기구, 소멸 부분, 도체 부분 등 여러 구성 요소는 작동 중 다양한 고장이 발생하기 쉽습니다. 과거 평정산 지역의 변전소 운영에서 다음과 같은 사례가 발생했습니다:

• SF₆ 가스 누설로 인해 고압 SF₆ 회로 차단기가 강제로 운전 중지되었습니다.

• 유압 기구의 심각한 유출로 인해 압력 잠금이 발생하거나, 스프링 기구의 이상으로 에너지 저장이 실패하여 고압 SF₆ 회로 차단기가 정상적으로 전류를 차단할 수 없었습니다.

• 제어 회로 단선 등 기구 자체의 문제로 인해 회로 차단기가 작동하지 않았으며, 개폐 요구 사항을 충족하지 못했습니다.

• 세라믹 절연자의 파손으로 인해 고압 SF₆ 회로 차단기가 손상되었습니다.

• 도체 문제로 인한 과열로 인해 고압 SF₆ 회로 차단기가 정상적으로 작동하지 못했습니다.

• 외부 환경의 영향이나 절연 부분의 손상으로 인해 회로 차단기가 다양한 정도의 손상을 입어 정상 운전을 유지하지 못했습니다.

이러한 문제들은 고압 SF₆ 회로 차단기에 일정 수준의 손상을 입혀 정상적인 작동에 영향을 미칠 수 있습니다. 일상적인 점검 및 유지 관리 중에 이러한 고압 SF₆ 회로 차단기의 구성 요소에 더 많은 주의를 기울여야 하며, 이를 통해 전력 시스템의 공급 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 다음은 위의 문제들에 대한 개별 분석입니다.

2.1 소멸 부분

고압 SF₆ 회로 차단기는 전류 제로 교차 시 아크 재발생을 효과적으로 방지하기 위해 충분한 아크 불식 능력과 절연 회복 강도를 가져야 합니다. 고압 SF₆ 회로 차단기의 아크 소멸 과정은 주로 소멸 실에서 이루어지며, 이는 이동 및 고정 주 접점, 이동 및 고정 아크 접점, 크고 작은 노즐, 압축 실린더, 피스톤으로 구성됩니다. 구체적으로:

• 주 접점은 회로 차단기가 정상적으로 작동할 때 전류를 전달합니다.

• 아크 접점은 주 접점과 병렬로 연결되며, 접점 여행 거리는 주 접점보다 큽니다. 이는 전류 차단 또는 폐쇄 중 모든 아크 침식을 견딜 수 있어 주 접점을 보호합니다.

• 노즐은 제트 가스의 흐름 방향과 속도를 제한하여 최적의 아크 불식 효과를 달성합니다.

• 피스톤은 이동 접점이 움직일 때 압축 실린더 내의 가스를 압축하여 실린더 내의 가스 압력을 증가시키고 최적의 아크 불식 가스 압력을 달성합니다.

작동 중 SF₆ 가스 누설은 회로 차단기의 안정적인 작동에 직접적인 영향을 미칩니다. 가스 압력이 임계치 아래로 떨어지면 회로 차단기는 저압 경보를 발령하거나 잠금 상태가 됩니다. 이 경우 고장이 발생하여 정전 범위가 확대될 수 있습니다.

2.2 기계 부분

고압 SF₆ 회로 차단기의 기계적 성능은 그들의 아크 소멸 능력을 직접적으로 결정하며, 개폐 속도와 시간에 영향을 미칩니다. 기계 부분은 대략 작동 기구와 전송 기구로 나눌 수 있습니다. 중국의 회로 차단기 고장 통계 자료에 따르면, 63.2%의 회로 차단기 고장은 작동 기구에 의해 발생합니다.

평정산 지역의 110kV 이상 변전소에서 사용되는 SF₆ 회로 차단기의 작동 기구는 대략 유압 기구와 스프링 기구로 나뉩니다. 스프링 기구는 기계 구조가 간단하고 유지보수가 쉽고 반응 속도가 빠르며 환경 친화적이고 비용이 낮은 장점으로 널리 사용되고 있습니다. 그러나 작동 시간이 길어짐에 따라 스프링의 탄성은 약해질 수 있습니다. 개방 스프링의 에너지 저장 실패로 인해 고장 전류를 차단하지 못하거나, 재폐합 시 스프링의 에너지 저장 실패로 인해 재폐합이 실패할 수 있습니다.

유압 기구는 더욱 강력한 신뢰성, 높은 안전성, 긴 수명 등의 장점이 있습니다. 유압 값이 임계치 아래로 떨어지면 제로 압력 잠금이 활성화되어 압력 손실로 인한 느린 개방을 방지합니다. 제어 시스템은 모터를 작동시켜 압력을 증가시키고, 설정 시간 후에 시간 계전기가 제어 회로를 차단하여 압력 증가를 중지합니다.

또한, 연결봉, 크랭크암, 회전축과 같은 전송 기구는 개폐 과정에서 중요한 역할을 합니다. 개폐 신호를 받으면 개폐 스프링이 에너지를 방출하고, 연결봉, 크랭크암 등의 전송 기구를 통해 접점을 통해 개폐 작업을 완료합니다. 만약 연결봉, 크랭크암, 회전축이 변형되거나 균열이 생기면 회로 차단기의 개폐 과정에서 정상적인 전송이 방해받을 수 있습니다.

2.3 운영 환경

실외형 SF₆ 회로 차단기는 운영 중에도 운영 환경의 변화에 주의해야 합니다. 예를 들어, 강풍 조건에서는 리드 와이어가 크게 흔들릴 수 있거나 외부 물체가 걸릴 수 있습니다. 천둥이 전력망이나 접지 시스템을 때려 과전압 서지가 발생하면 회로 차단기가 트립될 수 있습니다. 비나 눈이 오는 조건에서는 회로 차단기 표면이 습기를 받아 코로나 방전이 발생할 수 있으며, 표면이 오염되면 더 심각한 오염 플래시오버가 발생할 수 있습니다. 눈이 쌓이거나 얼음이 형성되면 접속 부위가 과열될 수 있습니다. 온도가 갑자기 변하면 회로 차단기의 기름 수위와 가스 압력도 갑자기 변하여 절연 성능이 감소하고 개폐 속도에 영향을 미칠 수 있습니다.

2.4 절연 부분

절연 부분은 장비를 공기로부터 격리하는 역할을 합니다. 일반적으로 사용되는 절연재로는 세라믹 절연자, 복합 절연자, 실리콘 러버 절연자가 있습니다. 현재 평정산 지역의 SF₆ 회로 차단기의 외부 절연재는 대부분 세라믹으로 만들어져 있습니다.

운영 중 세라믹 절연자의 절연 성능은 본래의 불량, 불량 설치, 갑작스러운 온도 변화, 과도한 과전압 서지 등의 요인으로 인해 심각하게 저하되거나 완전히 상실될 수 있습니다. 고압 SF₆ 회로 차단기의 외부 절연이 설치 시 불균등하게 스트레스를 받으면 장기간 운영 중에 외부 절연의 손상이 악화될 수 있습니다. 심각한 경우에는 세라믹 표면에 균열이나 파손이 발생할 수 있습니다.

또한, 외부 온도의 갑작스러운 변화는 절연재의 굽힘과 인장 강도를 크게 줄일 수 있습니다. 이때 기계적 힘이 가해지면 절연 부분이 손상되거나 심지어 관통될 수 있습니다. 외부 절연이 과전압을 받으면 국소 방전이 발생할 수 있습니다. 만약 외부 절연 표면에 먼지나 오염물이 있고 환경이 습하다면, 고전압 전기장의 작용으로 오염 플래시오버가 발생할 수 있습니다.

3 대책

220kV 변전소에는 많은 출선이 있으므로, 그에 따라 많은 수의 SF₆ 회로 차단기가 필요합니다. 위에서 언급한 문제의 발생을 줄이기 위해서는 합리적인 점검 주기와 유지 보수 주기를 설정하고, 완전한 결함 처리 프로세스와 설비 검수 기준을 수립하여 사고 예방에 중점을 두고, 완전한 폐루프 관리 시스템을 구축해야 합니다.

3.1 합리적인 점검 주기 설정

회로 차단기의 정상적인 작동은 운영 및 유지 보수 직원의 일상적인 점검에 의존합니다. 합리적인 점검 주기를 설정함으로써 회로 차단기의 결함을 즉시 발견하여 결함이 확대되어 사고를 일으키는 것을 방지할 수 있습니다. 다음은 220kV 고압 SF₆ 회로 차단기의 점검 시 주의해야 할 주요 사항을 간략히 설명합니다.

• 주기적인 점검은 적어도 주 1회 이상 수행되어야 합니다. 이는 주로 회로 차단기의 외관, 이상 소음, 장비 누출, 운영 환경, 결함 및 잠재적 위험의 추적 및 점검을 포함합니다. 특히 고압 SF₆ 회로 차단기의 압력 값과 기름 수위가 정상 범위 내에 있는지 확인하고, 압력 값을 기록하며, 기름 색상이 정상인지, 에너지 저장이 정상적으로 이루어지는지 확인해야 합니다.

• 종합적인 점검은 적어도 월 1회 이상 수행되어야 합니다. 주기적인 점검을 기반으로 변전소의 장비 캐비닛 문을 열어 점검합니다. 회로 차단기의 가스 압력 값과 기름 수위 값을 기록하고, 회로 차단기의 캐비닛 문이 잘 닫혀 있는지, 구멍이 잘 막혀 있는지, 제습 및 온도 조절 장치가 정상적으로 작동하는지 확인합니다. 또한, 개폐 코일에 색변, 이상한 냄새, 연기 흔적이 있는지, 회로 차단기의 작동 기구와 전송 기구가 정상적인지, 2차 배선이 과열, 느슨함, 단선이 없는지 확인해야 합니다.

• 암흑 점검은 적어도 월 1회 이상 수행되어야 합니다. 이는 밤에 불을 끄고 수행하는 점검으로, 주로 리드 와이어, 접속 부위, 클램프가 과열되지 않았는지, 외부 절연에서 방전이 발생하지 않았는지 집중적으로 점검합니다.

• 특수 점검은 외부 환경의 변화나 시스템의 운영 모드 변경으로 인해 회로 차단기가 작동하지 않거나, 작동을 거부하거나, 구조가 변형되거나, 절연 손상, 방전, 오염 플래시오버 등으로 인해 회로 차단기의 정상적인 작동에 영향을 미칠 수 있는 경우 수행됩니다. 구체적인 상황에 따라 다른 점검 주기가 적용됩니다.

3.2 합리적인 유지 보수 주기 설정

정기적인 점검은 문제를 더 잘 발견하기 위한 것이며, 정기적인 유지 보수는 작은 결함이 큰 사고로 발전하는 것을 더 잘 방지하기 위한 것입니다. 다음은 회로 차단기의 몇 가지 일반적인 유지 보수 항목입니다.

• 캐비닛 유지 보수는 6개월에 한 번씩 수행됩니다. 씰링 스트립, 캐비닛 문 핀, 손잡이가 손상되었는지, 캐비닛이 녹슬었는지, 접지 마크가 온전한지 집중적으로 점검합니다.

• 차단 유지 보수는 매월 한 번씩 수행됩니다. 방화 차단 재료를 사용하여 차단하고, 필요할 경우 방화 판과 같은 절연 재료를 사용하여 차단이 튼튼하고 차단 재료가 무너지지 않도록 합니다.

• 제습 및 가열 장치와 조명 장치의 유지 보수는 분기마다 한 번씩 수행됩니다. 환경 변화에 따라 제습 및 가열 장치가 정상적으로 작동하는지 확인합니다. 동시에 캐비닛 내부의 조명 장치가 정상적인지, 접촉 스위치와 회로 배선이 느슨하지 않은지 확인합니다.

3.3 결함 처리 프로세스 수립

점검 및 유지 보수 중에 발견된 결함은 기록되어야 하며, 그 중요도에 따라 즉시 보고되어야 합니다. 이후 유지 보수 직원이 실험 및 유지 보수 작업을 즉시 수행해야 합니다. 유지 보수 후, 운영 및 유지 보수 직원은 설비 검수를 책임지고, 검수가 통과된 후에야 설비를 운전하도록 합니다. 발견 - 기록 - 보고 - 처리 - 검수의 전체 과정 폐루프 관리를 통해 설비의 수명을 연장할 뿐만 아니라 사고 발생을 줄이고, 사용자에게 더 양질의 전기를 제공할 수 있습니다.

3.4 검수 시 주의사항

회로 차단기는 새롭게 설치하거나 유지 보수 후에 검수를 거쳐 통과된 후에야 운전될 수 있습니다. 검수 시에는 회로 차단기에 유지 보수 잔류물이 없는지, 세라믹 절연자가 깨끗하고 손상되지 않았는지, SF₆ 가스 압력계와 기름 수위계가 정상적인지, 유압 기구 또는 스프링 기구가 정상적으로 에너지를 저장할 수 있는지, 캐비닛이 잘 밀봉되어 있고 접속 부위가 느슨하거나 변형되지 않았는지, 위치 신호와 이상 알람 신호가 정상적으로 작동하는지 확인해야 합니다.

4 결론

회로 차단기의 운영 및 유지 보수 관리는 동적인 과정입니다. 일상 업무에서 운영 및 유지 보수 직원의 책임감을 강화하고, 해당 점검 및 유지 보수 규정을 엄격히 준수하며, 설비의 합리적인 폐루프 관리 시스템을 수립하여 설비의 정상적인 작동과 전력망의 안정적인 운영을 보장해야 합니다.