220kV 야외 고압 차단기의 정지 접점 개조 및 적용에 대한 간략한 논의

분리기는 고압 스위칭 장비 중 가장 널리 사용되는 유형입니다. 전력 시스템에서 고압 분리기는 고압 회로 차단기와 조합하여 스위칭 작업을 수행하는 고압 전기 장치입니다. 이들은 정상적인 전력 시스템 작동, 스위칭 작업, 변전소 유지보수 동안 중요한 역할을 합니다. 자주 작동하고 높은 신뢰성 요구 사항이 있기 때문에, 분리기는 변전소 및 발전소의 설계, 건설, 안전한 운영에 크게 영향을 미칩니다.

분리기의 작동 원리와 구조는 상대적으로 간단합니다. 주요 특징은 소멸 기능이 없으며 무부하 전류 또는 매우 낮은 전류 조건(일반적으로 < 2 A)에서만 회로를 개폐할 수 있다는 것입니다. 고압 분리기는 설치 환경에 따라 실외형과 실내형으로 분류될 수 있습니다. 절연 지지 기둥의 구조에 따라 단일 기둥형, 이중 기둥형, 삼중 기둥형 분리기로 더 나누어질 수 있습니다.

알루미늄 기업의 발전소에 있는 220 kV 변전소는 거의 19년 동안 가동된 완전 자동화된 강하 변전소입니다. 이는 주로 200 kA 전해 셀에 DC 전력을 공급하며, 회사 내 다른 부차적인 플랜트에 생산, 보조, 주거용 전력을 제공합니다. 실외 220 kV 스위치 야드는 GW7-220 형 실외 AC 고압 분리기를 사용합니다—삼중 기둥, 수평으로 개폐되며, 50 Hz의 실외 고압 전기 장비입니다.

1998년 운용 시작 이후, 이러한 실외 AC 고압 분리기는 무부하 상태에서 버스 전환을 가능하게 하고, 정전된 장비(예: 유지보수 중인 버스바와 회로 차단기)와 생활선 사이의 전기적 격리를 제공했습니다. 19년간의 서비스 후, 분리기 접점의 광범위한 과열이 관찰되었습니다(적외선 온도계 측정값이 최대 150°C까지 도달), 이는 심각한 안전 위험을 초래했습니다. 이 문제는 220 kV 분리기의 소진, 위상 손실, 접점 용접, 혹은 아크 플래시 단락 등의 결과로 이어져 전체 변전소 시스템의 완전 정전과 마비를 초래할 수 있습니다.

이에 대응하여 데이터 수집과 근본 원인 분석이 이루어졌고, 접점 과열의 주요 원인이 확인되었습니다. 효과적인 개조 조치가 취해지고 그 후 더 넓은 적용을 위해 홍보되었습니다.

GW7-220 실외 AC 고압 분리기의 구조와 작동 원리

이 분리기는 삼중 기둥, 수평 회전 구조를 특징으로 하며, 바닥, 절연 지지 기둥, 도전 시스템, 접지 스위치(접지되지 않은 버전 제외), 그리고 구동 메커니즘으로 구성됩니다. 바닥은 C형강과 강판으로 용접되어 있으며, 세 개의 장착 브라켓이 있습니다: 양 끝에 고정된 두 개와 가운데에 회전 가능한 하나. C형강 주택 내부에는 전송 링크와 상호 잠금 판이 있습니다. 바닥 아래에는 기초에 안전하게 장착하기 위한 장착판이 용접되어 있습니다. 바닥은 접지되지 않은, 단일 접지, 이중 접지 세 가지 구성이 있습니다. 접지된 버전의 경우, 바닥의 한쪽이나 양쪽 끝에 접지 스위치 브라켓이 용접되어 있으며, 회로 요구사항에 따라 선택적으로 접지 스위치가 장착됩니다.

도전 어셈블리는 절연 기둥 상단에 고정되어 있으며, 이동 블레이드(도전 게이트 나이프)와 고정 접점으로 구성됩니다. 게이트 나이프는 두 개의 구리관이 두 개의 구리 블록을 통해 알루미늄 커버와 연결되어 있으며, 끝에 원통형 접촉 팁이 용접되어 있습니다. 고정 접점은 다점 접촉 디자인의 손가락 형태입니다. 각 접촉 손가락은 독립적인 장력 스프링을 가지고 있어, 버스바 장력에도 불구하고 충분한 삽입 거리를 제공하여 안정적인 접촉을 유지합니다. 반동 스프링은 고정 접점을 약간 기울여 부드럽고 조화롭게 개폐 동작을 가능하게 합니다.

구동 메커니즘은 전기식과 수동식 두 가지 옵션이 있습니다. 전기 메커니즘은 비동기 모터가 기계적 감속 기어를 구동하여 주축을 180° 회전시킵니다. 힘은 연결 강관을 통해 분리기에 전달되고, 링크는 중앙 절연 기둥을 71° 회전시켜, 도전 막대의 양 끝의 이동 접점이 고정 접점에 삽입되거나 이탈하여 폐쇄 또는 개방 작업을 완료합니다. 링크의 기계적 사망 위치는 여행 종점에서 자체 잠금을 제공합니다. 수동 작동은 시운전이나 전기 메커니즘이 실패했을 때 사용 가능합니다.

실외 고압 분리기의 접점 과열 원인 분석

알루미늄 기업의 220 kV 실외 스위치 야드에는 24세트의 GW7-220 분리기가 있으며, 두 개의 220 kV 입국선, 정류기 #1-#4, 그리고 전력 변압기 #1과 #2를 지원하며, 총 144개의 고정 접점이 있습니다. 정기 점검 중 접점 과열은 열파, 변색, 또는 접점에서 70°C를 초과하는 온도 측정을 통해 평가되었습니다. 통계에 따르면 2014년 1월부터 12월까지, 분리기 접점 과열로 인한 예정되지 않은 정전이 13회 발생하여 월 평균 1.08회였습니다.

접점 동역학에 대한 반복적인 테스트와 분석을 통해 다음과 같은 근본 원인이 밝혀졌습니다:

• 각 고정 접점은 6개의 독립적인 접촉 손가락으로 구성되어 있고, 점 접촉 형상을 가지고 있어, 전체 접촉 면적이 부족하고 손가락 간 전류 분포가 불균일한 구조적 결함입니다.

• 다수의 이동 접점 구성 요소가 접촉 스프링을 통해 전류를 흐르게 함으로써, 소결, 탄성 저하, 접촉 압력 감소, 접촉 저항 악화, 그리고 과열을 가중시킵니다.

• 악조건의 실외 환경(태양광, 비)과 부적절한 재료 선택(장력 스프링과 접촉 핀에 표준 강철 사용)으로 인해 심각한 부식, 노후화, 스프링 피로, 기계적 성능 저하, 접촉 힘 부족, 과도한 루프 저항이 발생했습니다.

• 아크 침식으로 인해 접촉 표면에 구멍이 생기고 심각한 산화가 발생하여 저항이 증가했습니다.

고정 접점의 개조 및 예방 조치

• 원래 독립적이었던 접촉 손가락들을 유연한 구리 스트랩으로 연결하여 이동 접점과 고정 접점 간의 효과적인 접촉 면적을 늘립니다.

• 장력 스프링과 핀을 교체 및 업그레이드하여 스프링 힘을 강화하고 접촉의 밀착도를 개선합니다.

• 이동 접촉면과 고정 접촉면에 은 도금을 적용합니다.

• 접촉 면에 고체 윤활제를 적용하여 마찰을 줄이고 산화를 방지합니다.

• 특히 접촉 연결 지점에서 적외선 온도 모니터링을 실시하고 온도 데이터베이스를 구축합니다.

• 분리기의 정기적인 유지 관리, 점검 및 청소를 수행합니다.

검증 및 적용 결과

개조 후 모니터링 결과:

• 동일한 주변 온도(17°C)와 운전 조건 하에서 접촉 온도가 개조되지 않은 경우 약 23°C에서 개조된 경우 약 19°C로 감소했습니다.

• 정기 점검 중 시각 검사에서 개조된 접촉부에 비해 개조되지 않은 접촉부에서는 아크 손상 부위가 현저히 적게 나타났습니다.

현재까지 5대의 분리기(30개의 고정 접촉)가 개조되었습니다. 이 기술적 해결책은 회사의 220kV 야외 스위치야드 내 모든 GW7-220 분리기에 점진적으로 적용되고 있습니다.

결론

GW7-220 야외 교류 고압 분리기에서 널리 발생하는 접촉 과열 문제에 대한 체계적인 분석을 통해 고정 접촉부에 대한 대상 수정을 성공적으로 개발 및 적용하였습니다. 이러한 조치는 전력 공급 안전성과 운전 안정성을 크게 향상시키는 동시에 GW7-220 분리기의 미래 운영, 유지 보수 및 서비스를 위한 귀중한 경험을 제공하였습니다.