SF6 회로 차단기의 고장 원인 분석 및 처리 절차

SF₆ 회로 차단기에서 SF₆ 가스는 고온 환경에서 독성 및 부식성 가스와 물로 분해될 수 있으며, 이는 절연층을 손상시킬 수 있습니다. 이러한 상황을 방지하기 위해 전기 구성 요소의 보호를 효과적으로 강화하고 절연 수준을 향상시켜야 합니다. 또한, 결함을 분석하고 해당 조치를 취하여 처리해야 합니다.

1 사례 분석

변전소의 110 kV 스위치가 번개에 맞아 스위치 간격에서 재폐합 문제가 발생했습니다. 스위치의 외관으로는 이상 현상이 없어 보였습니다. 그러나 회로 차단기를 테스트한 결과 A상의 전류가 B상과 C상보다 훨씬 높았습니다. 변전소의 시험반 직원들이 회로 차단기를 검사했으며, 실험을 통해 절연 저항, 스위치의 작동 특성, 회로 저항, 교류 내압 테스트 등을 포함한 내용을 주로 검사했습니다. 이러한 검사 방법을 통해 스위치 내부의 아크 결함을 검사하고 회로 차단기 스위치의 SF₆ 가스 성분도 검사할 수 있습니다. 이 간격의 회로 차단기는 항저우 SIEMENS에서 제조되었으며, 모델은 3AP1FG입니다. 회로 차단기 간격의 스위치를 검사하여 얻은 시험 결과는 다음과 같습니다:

• CT에 연결된 스위치의 절연 저항: A상은 22.5 G, B상은 17.4 G, C상은 17.8 G입니다.

• 회로 차단기 스위치의 작동 특성은 제품 생산 보고서의 내용에 따르면 폐합 시간은 65 ms, 개방 시간은 18 ms입니다. 검사를 통해 얻은 결과는 다음과 같습니다: A상의 폐합 시간은 61.1 ms, 개방 시간은 16.8 ms; B상의 폐합 시간은 61.1 ms, 개방 시간은 16.1 ms; C상의 폐합 시간은 58.9 ms, 개방 시간은 16.4 ms입니다. 폐합 동기성은 1.2 ms; 개방 동기성은 0.3 ms입니다.

• 스위치 분리기의 교류 내압 테스트 결과: 75 kV, 1분, 합격.

• 스위치의 SF₆ 가스 성분 테스트 결과, A상의 경우 이산화황은 4.13 l/L, 황화수소는 3.15 l/L입니다; B상의 경우 이산화황은 0 l/L, 황화수소는 0 l/L입니다; C상의 경우 이산화황은 0 l/L, 황화수소는 0 l/L입니다. 전기 설비 예방 시험 절차의 관련 규정에 따르면 이산화황 함량은 3 l/L 미만, 황화수소 함량은 2 l/L 미만이어야 합니다. A상 스위치의 SF₆ 가스 성분 테스트 결과가 규정 값을 초과하였으므로, 시험자는 이를 유의해야 합니다.

• 회로 차단기 스위치의 회로 저항 테스트. 시험 절차의 관련 규정에 따르면 측정 값은 제조사가 지정한 값의 120% 미만이어야 합니다. 이 테스트에는 회로 저항 테스터가 사용되며, 세 번의 테스트를 통해 얻은 데이터는 다음과 같습니다: 첫 번째 테스트 결과: A상은 1368 μΩ; B상은 694 μΩ; C상은 579 μΩ; 두 번째 테스트 결과: A상은 38 μΩ; B상은 36 μΩ; C상은 35 μΩ; 세 번째 테스트 결과: A상은 38 μΩ; B상은 39 μΩ; C상은 38 μΩ입니다.

시험을 통해 얻은 데이터 정보를 분석하면 몇 가지 특성이 확인됩니다: 첫째, A상의 시험 값이 B상과 C상보다 훨씬 높으며, 심지어 1000 μΩ를 초과하여 정상 저항 값보다 크게 벗어났습니다. 둘째, 세 번의 테스트 결과에서 A상의 시험 결과는 매우 불안정하며, 세 번의 테스트에서 거의 재현성이 없습니다. 셋째, A상, B상, C상 사이의 시험 결과 값이 큰 차이가 있습니다. 넷째, A상의 시험 결과가 이전 시험과 비교하여 크게 증가하였습니다. 시험 방법과 얻은 데이터 정보의 분석을 통해 A상 회로 차단기의 절연 효과는 좋고, 회로 차단기 스위치의 작동 특성은 관련 규정을 준수하고 있음을 확인할 수 있습니다. 그러나 A상 스위치의 SF₆ 가스 성분이 규정 표준을 크게 초과하며, 회로 저항도 규정 표준을 초과하였습니다. 따라서 분해 및 분석 후, 회로 차단기의 특성은 다음과 같습니다: 첫째, A상 접점에 검은색 분말이 부착되어 있으며, 양은 많지 않지만 표면의 털과 부스러기가 매우 명확합니다. 둘째, 이동 접점에서 아크 소각 흔적이 발견되었습니다.

2 SF₆ 회로 차단기의 결함 및 원인

위 사례는 SF₆ 회로 차단기의 스위치 결함으로, 재폐합 문제로 나타납니다. 이러한 스위치 결함이 있는 고장난 회로 차단기를 계속 사용하면, 작동 거부, 오작동, 절연 결함 등의 문제가 발생하여 매우 해롭습니다.

2.1 SF₆ 회로 차단기의 작동 거부 및 오작동 결함

SF₆ 회로 차단기의 작동 거부, 즉 개방 거부와 폐합 거부는 개방 또는 폐합 신호가 보내진 후 회로 차단기가 대응하는 동작을 수행하지 않는 것을 의미합니다. 회로 차단기의 오작동은 작업 명령을 받지 않고도 개방 또는 폐합 동작을 수행하거나, 회로 차단기의 동작이 작업 명령과 일치하지 않는 경우를 의미합니다. SF₆ 회로 차단기는 "무단 트립"이라는 문제도 있을 수 있으며, 이는 보호 장치가 동작 신호를 보내지 않았음에도 불구하고 회로 차단기가 자동으로 트립하는 것을 의미합니다. 회로 차단기의 작동 거부 또는 오작동 문제의 원인은 회로 차단기의 기계적 결함, 전기 장비의 결함, 계전 보호 장치의 결함 등이 있습니다.

2.2 SF₆ 회로 차단기의 절연 결함

회로 차단기에 절연 결함이 있으면 SF₆ 가스 누출이 발생하며, 기계적 결함도 유발됩니다. 주요 현상은 내부 절연 플래시오버 파괴, 번개로 인한 과전압에 의한 플래시오버 파괴, 용량 부싱 플래시오버, 외부 절연 플래시오버 파괴, 도자기 부싱 및 절연 막대의 플래시오버 등입니다.

2.3 작동 거부 및 오작동 결함의 주요 원인

회로 차단기의 작동 거부 결함의 기계적 원인은 회로 차단기의 제조, 설치, 조정, 기술 유지보수 과정에서 누락이 있어 품질 문제가 발생한 것입니다. 이러한 기계적 결함으로 인한 회로 차단기의 작동 거부는 모든 회로 차단기의 작동 거부 결함 중 60% 이상을 차지합니다. 전기적인 이유로 인한 회로 차단기의 결함은 주로 2차 배선 문제, 개폐 철심의 잠금, 코일의 타버림, 개방 회로 저항의 타버림, 잠금 계전 보호 장치의 결함, 작동 전원의 결함, 보조 스위치의 결함 등으로 나타납니다.

2.4 절연 결함의 원인

회로 차단기의 내부 절연 결함의 원인은 회로 차단기 내부에 금속 물체가 있어 전도 및 방전 결함이 발생하거나, 회로 차단기 내부에 부유 전위가 있어 방전 결함이 발생하거나, 회로 차단기의 절연 부품 표면을 따라 플래시오버 결함이 발생하거나, 절연 부품의 설계가 불완전한 경우입니다. 회로 차단기의 외부 절연 결함의 원인은 도자기 부싱의 외부 절연 크롤 거리가 규정 표준을 충족하지 못하며, 외관적으로 규격이 요구사항을 충족하지 못하여 도자기 부싱의 외부 절연 플래시오버가 발생할 가능성이 있습니다. 도자기 부싱의 제조 과정에서 품질 문제가 있고, 작업 환경이 더럽다면 절연 플래시오버가 발생할 수도 있습니다.

3 SF₆ 회로 차단기 결함의 처리 방법
3.1 주 회로 저항 측정

회로 차단기 스위치가 폐합 상태일 때, 입선과 출선 사이의 주 회로 저항을 측정합니다. 전류는 정격 전류와 100 A 사이의 임의의 값이 될 수 있습니다. 접지 스위치의 도체 막대 케이싱이 절연에서 효과적으로 격리될 수 있다면, 도체 케이싱의 병렬 저항을 측정할 수 있으며, 도체 케이싱의 직류 저항도 측정할 수 있습니다.

3.2 회로 차단기의 교류 내압 테스트 수행

회로 차단기에 대한 교류 내압 테스트를 수행하면 시험 샘플의 결함을 파악할 수 있습니다. 시험 샘플의 동작을 시뮬레이션하여 과전압을 견디는 능력을 이해할 수 있습니다. 다양한 자유 도전 입자의 잡물을 검사할 때, 교류 전압의 감도는 매우 높습니다.

3.3 정기적인 점검 및 실험 테스트 실시

회로 차단기의 운전 중에 결함을 피하기 위해서는 정기적인 점검 및 실험 테스트를 실시해야 합니다. 이는 회로 차단기의 정격 작동 전압을 확인하고 시간 특성을 테스트하는 것을 포함합니다. 회로 차단기의 기계적 특성을 점검할 때, 모든 기계적 구성 요소를 점검하고, 작동 기구의 외관을 점검하여 개폐 코일이 양호한 상태인지 확인해야 합니다.

3.4 분해 및 화학 방법을 사용한 회로 차단기 테스트

회로 차단기가 정상적으로 작동할 때, SF₆는 금속 재료와 유기 고체 재료와 화학적으로 반응하지 않습니다. 아크 방전은 촉매 역할을 하여 화학 반응을 일으킵니다. SF₆ 가스의 분해 생성물을 검사할 때, 주로 검사해야 하는 화학 성분은 이산화황, 황화수소, 메탄, 일산화탄소입니다. 가스의 농도를 분석하여 SF₆ 회로 차단기의 잠재적인 숨겨진 결함을 판단할 수 있습니다.

4 결론

결론적으로, SF₆ 회로 차단기는 전력 시스템에서 점점 더 중요한 역할을 하고 있습니다. SF₆ 회로 차단기의 정상적인 작동을 효과적으로 유지하는 것은 시스템의 안전한 운영에 필수적입니다. 운영 및 유지보수 담당자에게는 회로 차단기의 성능을 이해하고, 결함의 원인을 인식하며, 원인에 따라 적절한 처리 방법을 찾는 것이 전력 시스템의 안전한 운영을 보장하기 위한 필수적인 전문 기술이 되었습니다.