110kV 변전소 고압 차단기 개방 불능 고장 처리

관련 규정에 따르면, 고압 차단기는 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다:

• 정상적으로 작동하는 전압변환기(PT)와 방전보호기의 스위칭(열기/닫기);

• 정상 운전 상태에서 주 변압기의 중성 접지 차단기의 스위칭;

• 순환 전류를 균형화하기 위한 소전류 루프의 스위칭.

고압 차단기는 소멸 기능이 없는 전기 부품입니다. 따라서 개방 위치일 때만 작동시킬 수 있습니다. 부하가 걸린 상태에서—즉, 관련 회로 차단기가 닫힌 상태거나 장비가 전기를 공급받는 상태에서—차단기를 작동시키면 강력한 전기 아크가 발생할 수 있습니다. 심각한 경우 이는 상간 단락, 장비 손상, 심지어 인원 안전 위협까지 초래할 수 있습니다.

차단기가 개방 상태일 때, 그 동적 및 정적 접점 사이에는 명확하고 신뢰할 수 있는 분리가 있어야 하며, 요구되는 절연 거리를 충족해야 합니다. 반대로 폐쇄 상태에서는 정상 부하 전류와 단락 전류를 모두 신뢰할 수 있게 전달해야 합니다. 차단기의 주요 기능은 고압 활선부와 전원 또는 버스바 사이에 신뢰할 수 있는 절연점을 제공하여, 전력을 차단한 선로의 안전한 유지 보수를 위해 명확한 분리를 보장하는 것입니다.

고압 차단기는 또한 변전소 송전선과 조합하여 스위칭 작업을 수행함으로써 변전소의 운영 구성을 변경하는 데 사용될 수 있습니다. 예를 들어, 이중 버스바 운전을 하는 변전소에서는 버스 연결 회로 차단기와 버스 연결 차단기 양쪽의 고압 차단기를 사용하여 운전 중인 버스바를 대기 버스바로 전환하거나, 한 버스바에 있는 전기 부품을 다른 버스바로 전환할 수 있습니다. 그러나 자주 이루어지는 스위칭 작업 때문에 차단기가 열리지 않거나 닫히지 않는 등의 고장이 발생할 수 있습니다. 이러한 고장은 체계적으로 진단하고 분석해야 합니다. 차단기 자체에 본질적인 결함이 있다면 설계 개선이 필요합니다.

1. 차단기의 특성

일반적으로 회로 차단기의 양쪽에 각각 하나의 차단기가 설치되어, 명확한 분리점을 만들어 안전성을 향상시키고 유지 보수를 용이하게 합니다. 전력은 상부 버스바를 통해 스위치 기어 캐비닛을 통해 출구 피더로 공급됩니다. 회로 차단기 상류의 차단기는 주로 전원을 격리합니다. 그러나 가끔 다른 회로나 커패시터로부터 역방향 전력 공급으로 인해 하류에서 전력이 공급될 수도 있으므로, 회로 차단기 하류에도 두 번째 차단기가 필요합니다.

특정 110 kV 변전소는 GW16B/17B-252형 고압 차단기를 사용합니다. 그 기술 사양은 표 1에 나열되어 있습니다. 이 차단기는 110 kV 변전소에서 무부하 스위칭 작업을 위한 3극 실외 고압 장치로 설계되어 있으며, 유지 보수 중인 장비와 전기 공급된 회로 사이에 전기적 절연을 제공합니다.

이 분리기의 주요 기능은 컴팩트한 구조, 높은 산화 저항, 안정적인 작동, 강력한 내진 성능을 포함합니다. 그 기계적 접촉 시스템은 단순한 단일 암 플렉서 디자인을 채택하고, 전송 구성 요소는 외부 환경 간섭으로부터 보호하기 위해 도전관 내부에 수용되어 있습니다. 도전관 내부에는 균형 스프링 한 쌍과 클램핑 스프링 세트가 설치되어 있습니다: 전자는 개폐 동작 중 신뢰할 수 있는 기계적 균형을 보장하며, 후자는 안정적인 클램핑을 위한 충분한 접촉 압력을 제공합니다.

분리기는 일반적으로 실외에 설치되므로 바람이나 지진 활동과 같은 외부 영향을 받습니다. 작동 신뢰성을 향상시키기 위해 분리기 본체에 잠금 메커니즘이 통합되어 안정적이고 안전한 폐쇄를 보장합니다. 분리기와 그라운드 스위치 모두 알루미늄 합금 도전관을 사용하며, 회전 관절에서 마모 저항, 기계적 견고성, 전기적 안정성을 보장하기 위해 이동 및 고정 접촉 부분은 은 또는 금 도금 처리됩니다.

그라운드 스위치는 단일 암 스윙 구조를 특징으로 합니다. 폐쇄 중 이동 접촉부는 먼저 회전한 다음 수직으로 상승하여 고정 접촉부와 결합하여 접촉 반동이나 되돌림을 방지합니다. 이 설계는 정격 단락 전류 조건 하에서 신뢰성 있는 폐쇄와 일관된 동적 및 열적 안정성을 보장합니다.

2. 분리기의 구조와 작동 원리

분리기의 작동 과정은 굴곡 작동과 클램핑 작동 두 가지 주요 동작으로 구성됩니다.

2.1 굴곡 작동

수평 회전 메커니즘에 의해 유도되는 회전 포르셀린 절연체에 장착된 기어 한 쌍이 두 개의 4바 링크 시스템을 구동하여 평면 운동을 수행합니다. 이러한 구동 하에 하부 도전관은 폐쇄(폐쇄 동작)를 위해 앞으로 회전하거나 개방(개방 동작)을 위해 뒤로 회전합니다. 작동 나사 상단의 힌지 작동봉은 하부 도전관에 대해 축 방향 변위를 생성합니다.

이 힌지 작동봉의 상단은 기어-체인 어셈블리에 연결됩니다. 작동봉이 움직이면서 체인이 회전되고, 이는 다시 기어를 구동합니다. 이를 통해 기어 축에 고정된 상부 도전관은 하부 도전관에 대해 직선화(폐쇄) 또는 굴곡(개방)하게 됩니다.

동시에 힌지 작동봉이 축 방향으로 움직이는 동안 도전관 내부의 균형 스프링은 지속적으로 에너지를 저장하고 방출합니다. 이는 강한 제동 토크를 효과적으로 상쇄하여 전체 스위칭 주기 동안 부드럽고 안정적인 작동을 보장합니다.

2.2 클램핑 작동

분리기가 개방 위치에서 폐쇄 위치로 이동하면서 완전히 일직선으로 가까워질 때(즉, 거의 직선 구조에 가까워질 때), 기어는 기어박스의 경사면과 맞물리고 계속해서 그 위를 미끄러집니다. 이 시점에서 복귀 스프링의 반력에 의해 기어-체인과 연결된 힌지 작동봉이 앞으로 움직입니다.

이 전진 운동은 이동 접촉 어셈블리를 통해 전달되며, 푸쉬 로드가 선형 운동을 접촉 핀의 클램핑 작동으로 변환합니다. 고정 접촉봉이 안전하게 잡히면 기어는 경사면을 따라 약간 상승하여 완전한 기계적 폐쇄를 달성합니다.

이 단계에서 도전관 내부의 클램핑 스프링은 더욱 압축되어 푸쉬 로드에 힘을 가해 접촉 핀과 고정봉 사이의 일관되고 신뢰성 있는 접촉 압력을 유지하는 안정적인 구동력을 보장합니다.

개방 동작 중 기어는 경사면을 따라 완전히 분리될 때까지 계속 외부로 이동합니다. 복귀 스프링은 푸쉬 로드를 당겨 접촉 핀이 "V" 형태로 열려 전기 연결을 끊습니다.

3. 사례 연구

3.1 결함 관찰 및 분석

특정 해에 110 kV 변전소에서 스위칭 작업 중 고압 분리기 하나가 개방되지 않았습니다. 즉시 접지 시스템, 주 도전 시스템, 기계적 연동 장치, 상/하부 도전관, 그리고 모터 작동 장치에 대한 종합 검사를 실시했습니다. 조사 결과, 모터 장치 상자 내부의 전송 기어가 손상되었으며, 축핀과 접합부 등 구성 요소가 파손되었습니다. 운영 및 유지보수 인원은 결함을 보고하였고, 연간 유지보수 계획에 따라 수정 조치가 취해졌습니다.

3.2 개선 조치

(1) 보조 구성 요소 업그레이드
축핀과 접합부는 장기 운전 중 부식을 방지하기 위해 고급 스테인리스강으로 교체되었습니다. 부식에 강하고 낮은 마찰 계수를 갖는 그래파이트 함침 및 복합 부싱이 채택되어 전송 효율성이 향상되었습니다. 모든 노출된 철제 부품은 열연 도금 처리되어 부식 저항성이 크게 향상되었습니다. 현장 경험에 따르면, 열연 도금은 실외 적용에 적합합니다.

(2) 모터 작동 장치 강화
기존 CJ7A 모터 장치는 최신 CJ11 모델로 교체되었습니다. 업그레이드된 CJ11 장치의 사진은 도 1에 표시되어 있습니다.

(3) 고급 보조 스위치 설계
보조 스위치는 개폐 상태 신호를 제공하는 중요한 2차 구성 요소입니다. 실패 시 잘못된 신호와 작동 오류가 발생할 수 있습니다. 새로운 설계는 국제적으로 진보된 캠 구동 미세 스위치 메커니즘을 채택하여 신뢰성 있는 스위칭, 부드러운 회전, 개폐 전환 중의 실패 저항성을 보장합니다.

(4) 모터 제어 보호
개폐 작업이 완료되면 보조 스위치가 먼저 모터 전원을 차단합니다. 만약 보조 스위치가 실패하면, 개방 및 폐쇄 측의 끝 제한 스위치가 모터를 분리합니다. 이러한 스위치들도 실패할 경우 양측의 기계적 스탑퍼가 열릴러를 활성화하여 전원을 차단합니다. 이 3단계 보호 시스템은 각 작업 후 모터를 신뢰성 있게 멈추어 제어 불능과 잠재적인 기계적 손상을 방지합니다.

(5) 기계 전송 시스템
웜 기어 연동 시스템이 사용됩니다. 웜 기어, 연동 장치 및 기타 감속 부품은 알루미늄 합금 하우징 내에서 정밀 가공되고 밀봉되어 있습니다. 이 설계는 부드러운 작동, 낮은 소음 및 충격 없음을 보장합니다.

(6) 2차 제어 시스템
제어 패널은 합리적이고 미적으로 만족스러운 레이아웃을 갖추고 있으며, 힌지 도어 구조를 채택하여 배선과 현장 유지보수를 용이하게 하며 안전하고 신뢰할 수 있는 2차 시스템 작동을 보장합니다.

(7) 하우징 밀봉
기구 하우징은 도어에 공기 쿠션 밀봉을 사용합니다. 도어와 상부 커버는 두께 2.5mm의 스테인리스 스틸로 제작되며, 주체는 두께 2mm의 스테인리스 스틸로 제작되어 풍모, 모래 및 부식에 우수한 저항성을 제공합니다.

4. 결론

이 110kV 변전소의 분리기 모터 메커니즘의 수년간 운영 경험과 고장 분석을 바탕으로, 원래의 메커니즘은 Pinggao 그룹이 개발한 새로운 디자인의 독립적으로 개발된 웜 기어형 모터 작동 메커니즘인 CJ11 모델로 업그레이드되었습니다. 이 개선된 설계는 공학적 및 제조상의 이전 단점을 극복하여 높은 작동 신뢰성, 부드러운 움직임, 높은 전송 효율, 관성 충격 없음, 낮은 소음, 강력한 교환 가능성을 제공하며 매력적인 외관을 자랑합니다.

CJ11 메커니즘은 현지 및 원격 전기 작동뿐만 아니라 수동 작동도 지원합니다. 정격 부하 조건 하의 실제 테스트는 10,000회 이상의 기계 작동을 신뢰성 있게 수행할 수 있음을 입증했습니다.