SF6 회로 차단기의 고장 분석 및 처리 방법 연구

변전소 시스템에서 고압 회로 차단기는 전력 중단 장치이며, 그 중에서도 SF₆ 회로 차단기가 가장 일반적입니다. 이러한 회로 차단기는 SF₆ 가스를 주요 절연 매체로 사용합니다. 아크 에너지의 작용에 따라 압축된 SF₆ 가스가 형성되어 즉시 아크를 소멸시키며, 이는 정격 전류와 고장 전류의 중단을 달성하여 전력 공급 라인과 전기 설비가 손상되지 않도록 보호합니다. 시스템은 완전한 운영 체제를 갖추고 있으며, 개폐 동작을 통해 회로 차단기를 제어할 수 있으며 강력한 기능성을 가지고 있습니다.

SF₆ 회로 차단기는 변전소의 정상적인 운영에 필수적입니다. SF₆ 회로 차단기에 문제가 발생하면 각 변전소 시스템의 운영에 직접적인 영향을 미칩니다. 이는 SF₆ 회로 차단기의 유지 관리 및 보호 작업의 중요성을 보여줍니다. 이러한 환경적 맥락에서 SF₆ 회로 차단기의 고장 분석 및 처리 방법을 탐구하는 것은 중요한 실용적 의미를 가지고 있습니다.

1. SF₆ 회로 차단기의 일반적인 고장 분석
1.1. SF₆ 가스 압력 부족

SF₆ 회로 차단기의 실제 운영 과정에서 SF₆ 가스 압력이 부족한 상황이 발생할 가능성이 있습니다. 이 고장이 발생하면 SF₆ 압력계의 압력 값이 정격 압력 값보다 낮아집니다. 원격 제어에서 백그라운드 관리 시스템이 경보를 발령하여 관리자에게 SF₆ 가스 압력이 너무 낮다는 것을 알립니다.

이 현상은 주로 SF₆ 회로 차단기가 위치한 지역의 낮은 주변 온도, 또는 SF₆ 시스템의 가스 누출, 또는 압력계 읽기 오류로 인해 SF₆ 밀도 계전기의 실패가 발생하여 SF₆ 가스 압력이 부족하게 되고, 이로 인해 SF₆ 회로 차단기의 고장이 발생합니다.

1.2. SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량

SF₆ 회로 차단기의 운영 중에 수동으로 개폐 명령이 발행되었음에도 불구하고, SF₆ 회로 차단기가 반응하지 않아 SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량이 발생합니다.

이 고장 문제의 근본 원인은 주로 세 가지 측면에서 찾을 수 있습니다. 첫째, 스프링 에너지 저장 시스템이 실패하여 SF₆ 회로 차단기의 개폐 동작에 필요한 에너지와 파워를 제공하지 못합니다. 둘째, 제어 회로가 차단되어 개폐 명령의 전송이 방해받습니다. 셋째, 기계 연결부에 고장이 있어 명령이 전송되더라도 기계 부품의 고장이나 손상으로 인해 명령이 완료되지 않습니다.

1.3. SF₆ 회로 차단기의 거짓 개방 고장

거짓 개방 고장은 SF₆ 회로 차단기의 일반적인 고장 중 하나입니다. 주로 SF₆ 회로 차단기가 명령 없이 자동으로 개방되는 상황을 말하며, 이는 SF₆ 회로 차단기를 통제 불능 상태로 만들고 변전소의 정상적인 운영을 방해합니다.

이 고장 현상의 원인은 주로 사람의 잘못된 조작이나 우발적인 접촉 때문입니다. 또한 외부 기계 진동에 의한 거짓 개방도 발생할 수 있습니다. 전기적 고장도 SF₆ 회로 차단기의 자동 개방을 유발할 수 있으며, 주로 잘못된 보호 동작과 설정값 때문입니다. DC 시스템의 양극과 음극이 접지될 때 양극과 음극 전원이 연결되고, 계전기 보호 신호가 전송 및 수신되어 잘못된 동작이 발생합니다. 또한, 폐쇄 브래킷의 지지 부위 실패나 위치 조정 나사의 이동 등 기계적 고장도 SF₆ 회로 차단기의 거짓 개방 고장을 유발할 수 있습니다.

1.4. SF₆ 회로 차단기의 거짓 폐쇄 고장

거짓 폐쇄 고장은 SF₆ 회로 차단기의 일반적인 고장 중 하나입니다. 주로 SF₆ 회로 차단기가 명령 없이 자동으로 폐쇄되는 상황을 말하며, 이는 SF₆ 회로 차단기를 통제 불능 상태로 만들고 변전소의 정상적인 운영을 방해합니다.

이 고장 현상의 원인은 주로 DC 회로에서 양극과 음극 접점이 연결되지 않고 동시에 접지되어 폐쇄 제어 회로가 형성되어 폐쇄 고장이 발생합니다. 폐쇄 접촉기 코일의 저항이 작아 시작 전압이 감소하여 DC 시스템에서 순간적인 펄스가 발생하고 폐쇄 고장이 발생합니다. 또한, 개방 래치 지지 부위의 손상도 SF₆ 회로 차단기의 거짓 폐쇄 고장을 유발할 수 있습니다.

2. SF₆ 회로 차단기 고장 처리 방법
2.1. SF₆ 가스 압력 부족 고장 처리 방법

SF₆ 가스 압력 부족 고장이 발생하면 유지 보수 인원은 먼저 SF₆ 회로 차단기의 압력계 값을 정기적으로 기록하고 표준 온도의 압력 값으로 변환하여 SF₆ 회로 차단기의 가스 압력이 정상인지 확인해야 합니다. 압력이 계속해서 떨어진다면, 이는 SF₆ 회로 차단기의 가스 누출로 진단됩니다.

SF₆ 회로 차단기를 정격 압력까지 충전한 후 압력계의 변화를 관찰합니다. SF₆ 누출 탐지기를 사용하여 SF₆ 회로 차단기의 모든 부분, 연결 부분, 밀봉 고무 링, 압력계 결합 위치를 점검합니다. 실제 상황에 따라 의심되는 누출 부분에 비누물을 바르고 누출 위치를 확인합니다.

누출 처리 중에는 누출 부분을 용접 수리합니다. 각 부품의 사용 상태에 따라 누출 및 손상된 부품을 교체합니다. 실제로 밀도 계전기의 고장으로 인해 시스템이 저압 경보를 발령할 수도 있으므로, 유지 보수 인원은 밀도 계전기를 더 깊게 점검해야 하며, 특히 표시등과 스위치 부분을 점검하여 스위치의 접착이나 단락을 배제하고, 손상된 계전기를 적시에 교체하여 고장을 제거합니다.

2.2. SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량 고장 처리 방법

SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량이 발생하면 고장의 구체적인 원인에 따라 고장을 제거해야 합니다.

스프링 에너지 저장 시스템의 실패로 인한 SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량의 경우, 유지 보수 인원은 스프링 에너지 저장 시스템의 보조 스위치와 에너지 저장 모터의 작동을 점검하고, 외부 표면에 타버린 흔적이 있는 구성 요소를 적시에 교체해야 합니다. 외관이 정상인 경우, 모터 선을 제거하고 에너지 저장 모터와 보조 스위치의 저항이 정상적으로 작동하는지 테스트합니다. 폐쇄 후 에너지 저장이 정상이지만 모터가 계속 작동한다면, 습기로 인한 접착이나 접점 타버림 등의 이유로 에너지 저장 보조 스위치가 회로를 적시에 끊지 못해 SF₆ 회로 차단기의 고장이 발생한 것으로 판단됩니다. 유지 보수 인원은 수동으로 에너지 저장 전원 스위치를 끄고, 모터의 장시간 작동으로 인해 구성 요소가 타버리는 것을 방지해야 합니다. 보조 스위치를 교체하고, 전체 장비가 습기나 침수에 영향을 받았는지 확인하고, 적시에 습기 및 침수 방지를 위한 조치를 취하여 SF₆ 회로 차단기 고장의 재발을 방지합니다.

제어 회로의 차단으로 인한 SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량의 경우, 유지 보수 인원은 먼저 회로 차단기의 개폐 코일의 작동 상태를 점검하고, 제어 선이 끊어져 있지 않은지, 그리고 연결 단자와 보조 스위치 노드의 느슨함이나 분리 여부를 배제해야 합니다. 먼저, 개폐 코일이 과열이나 타버림이 있는지 점검하고, 손상된 개폐 코일을 적시에 교체합니다. 두 번째로, SF₆ 회로 차단기의 배선도를 사용하여 만능 전기계를 이용해 회로 차단기 회로의 연결 상태를 점검하고, 선이 끊어지거나 연결이 느슨한 상황을 적시에 배제하여 잠금 회로가 정상인지 확인합니다. 이상이 발생하면 즉시 고장점을 확인하고 고장을 제거할 수 있습니다.

기계 연결부 고장으로 인한 SF₆ 회로 차단기의 개폐 불량의 경우, 유지 보수 인원은 SF₆ 회로 차단기의 사용을 중지하고 상급 리더에게 기계 고장을 보고해야 합니다. 일반적으로 기계 고장에는 기구 잠김, 개방 래치의 느슨함, 전송 연결 막대의 탈락 등의 문제가 포함됩니다. 유지 보수 인원은 기계적으로 고장난 구성 요소를 분해하고, 제조업체 설명서에 따라 원래의 기계 구성 요소를 원래 위치로 복원하고, 손상된 기계 구성 요소를 교체하며, 구성 요소의 먼지를 청소하고 적절한 윤활유를 추가하여 기구 잠김 문제를 해결하여 고장을 제거합니다.

2.3. SF₆ 회로 차단기의 거짓 개방 고장 처리 방법

사람의 잘못된 조작이나 우발적인 접촉으로 인한 거짓 개방 고장의 경우, 유지 보수 인원은 먼저 SF₆ 회로 차단기의 신호 표시를 점검하고, 스위치 고장을 배제한 후 SF₆ 회로 차단기를 재시작하여 전원을 공급합니다. 전기적 고장으로 인한 거짓 개방 고장의 경우, 유지 보수 인원은 먼저 SF₆ 회로 차단기의 신호와 설정값을 점검하고, 고장점을 찾아 고장 원인을 분석하여 적시에 고장 구성 요소를 제거하고 수리를 진행합니다. 밀봉이 좋지 않아 습기에 영향을 받은 구성 요소는 밀봉 구성 요소를 교체하고, 가습 및 제습 장치를 설치하여 고장 문제를 해결합니다. 기계적 고장으로 인한 거짓 개방 고장의 경우, 유지 보수 인원은 기계 부분을 분해하고, 위치 조정 나사의 위치를 재교정하며, 폐쇄 브래킷을 교체하거나 수리하여 거짓 개방 고장을 제거하고, 이를 통해 SF₆ 회로 차단기의 정상적인 운영을 보장합니다.

2.4. SF₆ 회로 차단기의 거짓 폐쇄 고장 처리 방법

SF₆ 회로 차단기의 거짓 폐쇄 고장 처리 중, 유지 보수 인원은 SF₆ 회로 차단기의 거짓 폐쇄 고장의 주요 원인을 명확히 하고, 대상별로 처리 방법을 적용하여 고장을 제거해야 합니다. 유지 보수 인원은 SF₆ 회로 차단기의 각 구성 요소의 습기 방지 상황을 정기적으로 점검해야 합니다. DC 회로에서 양극과 음극 접점이 동시에 접지되어 폐쇄가 발생한 것으로 판단되면, 2차 회로의 습기가 원인인 경우, 습기 및 제습 장치를 습기가 영향을 미친 부분에 설치하고, 물침투 구멍을 적시에 막아 고장을 제거합니다. 또한, 유지 보수 인원은 모든 2차 회로를 점검하고, 결함이 있거나 손상된 구성 요소를 적시에 교체하여 고장을 제거합니다. 또한, 유지 보수 인원은 개방 래치 구성 요소를 점검하고, 손상된 개방 래치 구성 요소를 교체하여 고장을 제거합니다.

3. 사례 분석
3.1. 고장 현상

LW15-252형 SF₆ 회로 차단기는 2007년부터 운용되었습니다. 회로 차단기가 트립한 후, 래치는 여전히 오버 포지션에 있었으며, 래치와 폐쇄 트리거 사이에 약 10mm의 비정상적인 간격이 생겨 접촉이 비정상적이었습니다. 그러나 폐쇄 펄스 전원이 공급된 후, 코일과 트리거는 정상적으로 작동했지만, 래치는 여전히 폐쇄를 위해 해제되지 않았습니다. 수동으로 래치를 해제한 후에도 스위치는 폐쇄되지 않았습니다.

3.2. 고장 분석

이 회로 차단기의 운영 데이터 기록을 분석한 결과, 이 회로 차단기는 운영 중 132번의 전류 중단을 수행했습니다. 전류 중단 시 많은 열이 발생하며, 고온의 아크는 화학 반응 물질의 축적을 촉진합니다. 특히 큰 전류의 중단 시, 촉매 효과가 발생하여 내부 물질의 화학 반응을 가속화하고 많은 먼지를 생성합니다.

따라서, 이 회로 차단기의 고장 초기 진단은 전류 중단으로 인한 아크 분해 제품이 밀봉 환경에서 실리콘 그리스와 화학적으로 반응하여 SiF₄와 Si(CH₃)₂F₂와 같은 많은 물질을 형성하였고, 굳어진 물질이 브레이킹 실링 막대에 머물러 브레이킹 실링 막대의 전달을 방해하여 잠김 현상을 일으켜 SF₆ 회로 차단기의 폐쇄 실패를 초래한 것입니다.

3.3. 고장 제거

유지 보수 인원은 고장난 회로 차단기 본체를 분해했습니다. 외부 검사에서 브레이킹 실링 막대가 눈에 띄게 더럽혀져 있고, 브레이킹 실링 시스템의 밀봉 고무 링에 많은 양의 실리콘 그리스가 있어 브레이킹 실링 막대의 표면에 부착되어, 전달 과정에서 브레이킹 실링 막대와 밀봉 고무 링 사이의 마찰을 증가시켜 브레이킹 실링 막대가 정상적으로 전달되지 않아 잠김 현상이 발생한 것으로 확인되었습니다. 브레이킹 시스템의 구성 요소를 교체하는 것만으로는 근본적인 고장 문제를 해결할 수 없었으며, 이는 단지 증상을 해결한 것이지 근본 원인을 해결하지는 않았습니다.

내부 검사에서 스위치 본체를 분해하고, 아크 소멸실 도자기 부싱의 내벽, 브레이킹 실링 막대, 절연 당겨 막대에 많은 양의 회백색 가루가 부착되어 있는 것을 발견했습니다. 이러한 가루는 주로 고온의 아크 하에서 형성된 SiF₄와 Si(CH₃)₂F₂와 같은 굳어진 물질입니다. 이러한 물질이 일정 수준으로 축적되면 절연 붕괴 사고를 일으킬 수 있습니다.

4. 결론

요약하자면, 일상적인 관리 중 관리자는 SF₆ 회로 차단기의 일반적인 고장에 대해 숙지하고 실용적인 해결책을 마련해야 합니다. 고장이 발생하면 즉시 고장점을 식별하고 고장을 제거하여 잠재적인 위험을 제거하고, 정전 시간을 줄이고, 순서대로 트립이 발생하는 것을 방지하여 변전소의 전력 공급 안전성과 안정성을 향상시켜야 합니다.

따라서, 브레이킹 시스템의 구성 요소를 교체하는 것 외에도, 유지 보수 인원은 밀봉 구성 요소와 아크 소멸 구성 요소를 교체하고, 아크 소멸실의 먼지를 청소해야 합니다. 고장이 제거된 후 회로 차단기를 재시작하여 정상적으로 운영하였습니다.