고압 SF6 회로 차단기의 에너지 저장 장애로 인한 폐쇄 코일의 소모 및 개선

고압 SF₆ 회로 차단기는 50Hz 삼상 교류 야외 고압 전기 장비입니다. 이들은 자체 에너지 방전 실 구조를 채택하고 스프링 작동 기구를 장착하고 있습니다. 이러한 회로 차단기는 간단한 구조, 편리한 조작, 높은 안전성 및 신뢰성을 특징으로 하며, 따라서 송전 및 배전 선로의 제어 및 보호에 널리 사용되며, 연결형 회로 차단기로도 사용될 수 있습니다.

특정 변전소의 110kV 시스템에서는 이러한 유형의 회로 차단기를 사용합니다. 그러나 운영 연수가 증가함에 따라 2차 회로의 결함이 점점 드러나게 됩니다. 특히, 에너지 저장 회로에서 문제가 발생하여 폐쇄 코일이 타버리는 고장이 자주 발생합니다. 이 기사는 이러한 유형의 회로 차단기 운영 중 발생한 특정 고장을 예로 들어 분석하고 대응 개선 조치를 제안합니다.

1 고장 현상

220kV 변전소의 110kV SF₆ 회로 차단기는 스프링 작동 기구를 에너지 저장 장치로 사용합니다. 회로 차단기가 열린 상태이고 폐쇄 전기 회로가 정상적으로 표시되는 경우, 운영 인원이 폐쇄 작업 신호를 보냅니다. 그러나 회로 차단기는 폐쇄되지 않고, 폐쇄 코일이 타버립니다. 모든 폐쇄 조건이 충족되었음에도 불구하고 왜 이러한 특수한 고장이 발생하는 것일까요? 유사한 고장의 재발을 방지하기 위해 심각한 연구와 분석이 필요합니다.

2 고장 분석

이 유형의 회로 차단기의 폐쇄 제어 회로에서 YF는 "현장/원격" 전환 스위치입니다(도 1 참조). 원격 폐쇄가 필요한 경우, 운용 전원 공급의 양극은 C7→YF 접점 3-4→반대 트리핑 보조 릴레이 52Y의 일반적으로 닫힌 접점 31-32→스프링 에너지 저장 릴레이 99CN의 일반적으로 닫힌 접점 21-22→릴레이 49MX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32→폐쇄 스프링 상태 모니터링 릴레이 33HBX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32→회로 차단기의 일반적으로 닫힌 보조 접점 1-2 및 5-6→폐쇄 코일 52C→SF₆ 가스 저압 잠금 릴레이 63GLX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32→운용 제어 전원 공급의 음극으로 연결됩니다. 폐쇄 코일 52C에 전원 공급 전압이 적용되면 전자석이 작동하여 회로 차단기를 폐쇄합니다.

위 회로 분석에 따르면, 폐쇄 코일 52C가 전력화되기 위해서는 다음 네 가지 조건이 충족되어야 합니다:

•  52Y, 49MX, 33HBX의 코일이 전력화되지 않아서 그들의 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 폐쇄 제어 회로에 연결되어 있어야 합니다;

• 99CN의 코일이 전력화되지 않아서 그들의 일반적으로 닫힌 접점 21-22가 폐쇄 제어 회로에 연결되어 있어야 합니다;

• 52B가 오픈 위치에 있어야 하며, 그들의 일반적으로 닫힌 보조 접점 1-2 및 5-6이 폐쇄 제어 회로에 연결되어 있어야 합니다;

• SF₆ 가스 릴레이 63GLX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 폐쇄되어 폐쇄 제어 회로가 연결되어 있어야 합니다.

분석을 통해, 위의 모든 조건이 충족되면 제어 전압이 코일에 적용되어 폐쇄 코일이 타버리는 것을 알 수 있습니다. 초보적인 검사를 통해 SF₆ 가스 압력계는 정상적으로 표시되지만, 폐쇄 스프링의 기계적 표시는 에너지 저장이 되지 않은 것으로 나타났습니다. 에너지 저장이 없는데도 불구하고 왜 폐쇄 회로가 통과될까요? 따라서 폐쇄 스프링 에너지 저장 회로에 대한 추가적인 검사가 필요합니다.

도 1의 모터 에너지 저장 회로에서 볼 수 있듯이, 이 회로 차단기의 폐쇄 스프링이 전력화되지 않은 경우, 회로 차단기 메커니즘 뒤쪽에 설치된 에너지 저장 한계 스위치 33HB의 일반적으로 닫힌 접점 C-NC가 99CN 및 33HBX 릴레이를 동시에 제어하여 DC 제어 전원 공급의 양극을 연결합니다:

• 스프링 에너지 저장 릴레이 99CN이 전력화되고 작동하며, 그 전원 공급이 모터 회로를 연결하여 폐쇄 스프링이 전기적으로 에너지 저장을 시작합니다. 동시에 99CN의 일반적으로 닫힌 접점 21-22가 폐쇄 제어 회로에서 단절되어 스프링 에너지 저장 과정 중에 회로 차단기가 잘못 폐쇄되는 것을 방지합니다.

• 폐쇄 스프링 상태 모니터링 보조 릴레이 33HBX의 코일이 전력화되면, 33HBX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 폐쇄 제어 회로에서 단절됩니다. 이는 스프링 에너지 저장 과정 중에 회로 차단기의 2차 폐쇄 회로가 오픈 위치에 있도록 하여 99CN의 일반적으로 닫힌 접점 21-22와 함께 신뢰성 있는 이중 잠금 기능을 갖추게 합니다.

스프링 에너지 저장이 완료되면, 에너지 저장 메커니즘의 기계적 구성 요소가 에너지 저장 한계 스위치 33HB의 일반적으로 닫힌 접점 C-NC를 단절합니다. 99CN 및 33HBX의 코일이 전력 공급을 잃고 에너지 저장이 종료됩니다. 99CN의 일반적으로 닫힌 접점 21-22와 33HBX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 폐쇄 제어 회로를 연결합니다. 구성 요소 배선도의 접점 기능에 따르면, 99CN 및 33HBX 릴레이가 전력화되고 활성화된 상태에서만 폐쇄 회로가 잠길 수 있습니다. 따라서 위의 분석에 따르면, 에너지 저장 한계 스위치 33HB의 일반적으로 닫힌 접점 C-NC의 고장이 모터가 에너지를 저장하지 못하는 원인일 가능성이 있다고 판단됩니다.

유지 관리 인원이 현장에서 회로 차단기 메커니즘의 후면 커버 플레이트를 열고 에너지 저장 한계 스위치를 제거했습니다. 검사 및 측정 결과, 에너지 저장 과정 중에 에너지 저장 한계 스위치 33HB의 내부 접점이 손상되어 그 일반적으로 닫힌 접점 C-NC를 통해 전원 공급이 통과하지 못했습니다. 결과적으로 99CN 및 33HBX의 코일이 전력을 받지 못했으며, 99CN 접촉기는 작동하지 않았고, 에너지 저장 모터에 전원 공급이 연결되지 않았습니다. 또한 99CN의 일반적으로 닫힌 접점 21-22와 33HBX의 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 폐쇄 회로에 오랜 시간 연결되었습니다. 회로 차단기의 스프링 메커니즘이 전력화되지 않았으며, 2차 폐쇄 회로가 통과되었기 때문에, 회로 차단기가 정상적으로 폐쇄되지 않을 뿐 아니라 폐쇄 코일도 타버렸습니다.

3 처리 및 수정

단순히 에너지 저장 한계 스위치를 교체하는 것은 본 기사에서 설명된 특수한 고장을 근본적으로 해결할 수 없습니다. 설계가 불합리하고 상호 잠금 메커니즘이 완벽하지 않아, 에너지 저장 한계 스위치가 손상되면 폐쇄 회로의 고장이 발생합니다. 따라서 에너지 저장 및 폐쇄 제어 회로에 다음과 같은 수정을 가합니다:
(1) 에너지 저장 한계 스위치 33HB는 일반적으로 닫힌 접점과 일반적으로 열린 접점으로 구성되며, 두 쌍의 접점은 기계적으로 상호 잠금됩니다. 여행 스위치의 특성에 따라 다음과 같이 수정합니다: 33HB의 일반적으로 닫힌 접점 C-NC를 99CN의 코일에 연결합니다(도 2 참조). 이 수정은 에너지 저장 과정 중에 회로 차단기의 폐쇄 회로가 단절되고 폐쇄되지 않는 기능을 유지합니다. 33HB의 일반적으로 열린 접점 O-NO를 33HBX의 코일에 연결합니다. 스프링 에너지 저장이 완료되면 33HB의 일반적으로 열린 접점 O-NO가 닫혀 33HBX의 코일을 연결합니다. 동시에 폐쇄 제어 회로에 연결된 33HBX 릴레이의 일반적으로 닫힌 접점 31-32를 제거하고 33HBX의 일반적으로 열린 접점 43-44로 교체합니다. 위의 수정은 한 쌍의 접점이 두 개의 릴레이를 제어하는 것에서 각 쌍의 접점이 하나의 릴레이를 제어하도록 변경합니다. 이를 통해 에너지 저장 과정과 비에너지 저장 과정 중에 폐쇄 제어 회로가 통과되지 않습니다. 스프링 에너지 저장이 완료되고 33HBX의 코일이 전력화되어 일반적으로 열린 접점 43-44가 닫힐 때만 폐쇄 제어 회로가 연결됩니다. 동시에 에너지 저장 한계 스위치의 장기 부하를 줄이고 수명을 연장합니다.
(2) 시간 릴레이 T를 추가합니다. 33HBX 릴레이의 일반적으로 닫힌 접점 31-32를 시간 릴레이의 코일과 직렬로 연결하고, 시간 릴레이의 작동 시간을 15초로 설정합니다. 이는 회로 차단기의 스프링 에너지 저장 시간보다 약간 길게 설정됩니다. 시간 릴레이를 추가하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있습니다: 스프링이 전력화되지 않은 15초 동안 및 에너지 저장 과정 중에 33HBX의 코일이 전력화되지 않으며, 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 닫혀 시간 릴레이가 에너지 저장이 없는 신호를 보냅니다. 스프링 에너지 저장이 완료되면 33HBX가 전력화되고 작동하여 일반적으로 닫힌 접점 31-32가 단절되고, 시간 릴레이가 에너지 저장이 없는 신호 보내기를 중지하여 에너지 저장이 성공적으로 이루어졌음을 표시합니다.

4 결론

본 기사는 110kV SF₆ 회로 차단기의 제어 회로 결함을 수정하는 데 중점을 둡니다. 에너지 저장 한계 스위치의 일반적으로 열린 접점을 99CN의 모터 제어 회로에 직렬로 연결하고, 폐쇄 제어 회로에 직렬로 연결된 33HBX 릴레이의 일반적으로 닫힌 접점을 일반적으로 열린 접점으로 교체합니다. 이를 통해 기계적 구성 요소가 에너지 저장 한계 스위치 33HB를 누르고, 즉, 스프링 에너지 저장이 완료되고 33HBX 릴레이가 작동할 때만 폐쇄 제어 회로가 연결됩니다.

또한 시간 릴레이를 추가하여 에너지 저장 신호에 대한 경보 기능을 제공합니다. 수정된 회로 차단기의 폐쇄 제어 회로는 배선이 간단하고 신뢰성이 있으며, 운영 인원이 에너지 저장 여부를 빠르게 판단할 수 있도록 도와줍니다. 에너지 저장 부족으로 인한 코일 타버림 고장의 실패를 효과적으로 방지합니다. 수정 및 시운전 후, 이 유형의 회로 차단기의 2차 회로의 모든 지표가 정상적으로 작동하며, 매개변수 테스트가 정확하고, 폐쇄 및 개방 작업 중에 이상 고장이 발생하지 않습니다.