15kV 야외 진공 자동 재개폐기의 고장 진단 기술 적용

통계에 따르면 공중 전력선의 대부분 고장은 일시적이며, 영구 고장은 10% 미만을 차지한다. 현재 중압(MV) 배전망에서는 일반적으로 구간화기(sectionalizer)와 함께 작동하는 15 kV 실외 진공 자동 회로 재폐로기를 사용하고 있다. 이러한 구성은 일시적 고장 후 신속한 전원 복구 및 영구 고장 시 고장 구간의 격리를 가능하게 한다. 따라서 자동 재폐로기 제어기의 운용 상태를 모니터링하여 신뢰성을 향상시키는 것이 필수적이다.

1. 기술 연구 개요(국내외)

1.1 자동 재폐로기 분류
자동 재폐로기는 주로 전류형과 전압형 두 가지로 나뉜다. 전류형 재폐로기는 고장 전류를 감지하여 트립하고, 자동으로 재폐로하며 보통 1회에서 3회까지 재폐로 시도를 수행한다. 이들은 보호 장치이자 동시에 재폐로기 역할을 한다. 고장 격리는 가장 하류 쪽 구간부터 점차적으로 제거함으로써 고장 구간을 식별한다. 그러나 이 방식은 계통에 여러 차례 고장 전류가 재폐로되는 것을 유발하여 상당한 스트레스를 초래한다. 또한 구간 수가 많을수록 필요한 재폐로 횟수가 증가하고 전체 복구 시간도 길어진다. 따라서 이러한 시스템은 일반적으로 세 구간 이하로 제한되며 지선 또는 방사형 피더에 적합하다.

반면 전압형 재폐로기는 전압 소실 시 트립하며, 전압이 복구된 후 사전 설정된 지연 시간 후에 재폐로한다. 이 방식에서는 변전소 피더 회로 차단기가 두 번의 재폐로를 수행하여 고장 격리 및 서비스 복구를 완료해야 한다. 첫 번째 재폐로는 폐로하는 구분 스위치의 수를 기준으로 고장 구간을 식별한 후, 고장 부근 스위치들을 잠그고 고장을 격리한다. 두 번째 재폐로는 비고장 구간에 전원을 복구한다. 과전류 순간 보호가 변전소 피더 차단기에 의존하기 때문에 이 방식은 긴 피더에는 적합하지 않다. 그러나 시스템 용량이 증가함에 따라 이러한 제한은 점차 줄어들고 있다. 따라서 전압형 재폐로기는 짧은 방사형 또는 루프형 네트워크에 적합하며 기본적인 자동화 기능을 제공할 수 있다.

1.2 기존 시험 방법의 문제점
제조 공차 및 장기간 운용으로 인한 기계적 마모로 인해 자동 재폐로기는 오작동이나 잘못된 동작을 경험할 수 있다. 현재 시험 방법은 주로 수동 검사 장비에 의존하며, 이는 높은 투자 비용을 수반한다.

1.3 현재 연구 현황 및 발전 추세(국내외)
15 kV 중압 실외 진공 자동 회로 재폐로기의 경우 중국 내 국내 관행은 주로 절연 저항 시험, 제어 회로 절연 저항 시험 및 교류 내전압 시험을 포함하는 오프라인 정기 유지보수 방식을 채택하고 있다. 이러한 기존 방법은 여러 단점을 가지고 있다. 시험 장비가 대형이며 운반이 어렵고, 시험 시 고소 작업이 요구되어 안전 위험이 있으며, 많은 인력과 자원이 소요된다. 종합적이고 통합된 진단 시스템은 실제 현장 운영에서 거의 적용되지 않고 있다.

15 kV 중압 실외 진공 자동 회로 재폐로기의 제어기 수준 진단 기술에서 상당한 진전이 이루어졌다. 이제 현대의 자동 분석 장치가 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 장치는 간단하고 표준화된 인터페이스를 통해 연결되며, 다양한 제조사의 재폐로기 간에 "플러그 앤 플레이" 호환성을 지원한다. 재폐로기 제어기에 제어된 전류 신호를 주입함으로써 분석 장치는 시간-전류 특성(TCC) 곡선 및 제어 순서와 같은 주요 응답을 측정한다. 주입 전류의 파형, 타이밍 및 진폭을 정밀하게 제어하며, 제어기의 응답을 정확히 기록하는데, 타이밍 해상도는 마이크로초 수준이다. 시스템은 전체 시험 순서를 완전히 자동화할 수 있으며, 트립 명령, 재폐로 동작, 리셋, 잠금 해제 이벤트 및 관련 타임스탬프 로그를 즉시 텍스트 결과로 표시할 수 있다.

지능형 고장 진단에 대한 현재 연구는 다음 세 가지 주요 방향에 집중하고 있다.

• 통합형 지능적 고장 진단 기술;

• 네트워크 기반 지능 진단 시스템;

•  적응형 지능 진단 아키텍처.

2. 15 kV 중압 실외 진공 자동 회로 재폐로기 고장 진단 기술

15 kV 중압 실외 진공 자동 회로 재폐로기용 고장 진단 시스템은 중압 공중선에서 사용되는 재폐로기 제어기의 성능을 평가하기 위해 특별히 설계되었다. "차단기 유닛"을 재폐로기 제어기에 연결한 후, 시스템은 소프트웨어를 통해 제어기에 다양한 가상 고장 전류를 주입하고 제어기의 논리에 따라 해당 열림/닫힘 동작을 트리거한다. 시스템은 이러한 가상 전류 변화에 대한 제어기의 응답을 기록하고, 소프트웨어를 통해 제어기가 고장 조건을 올바르게 식별하고 사양에 따라 적절한 제어 동작을 수행하는지 분석한다.

이 진단 시스템은 다양한 고장 시나리오 시험을 지원하여 제어기 고장을 완전히 자동으로 탐지할 수 있다. 범용 또는 맞춤형 인터페이스를 통해 다양한 재폐로기 모델에 연결되며, 모든 제어 및 시험 기능은 전용 분석 소프트웨어를 통해 실행된다. 시스템의 주요 특징은 다음과 같다.

• 고정밀 전류원: 시스템은 고장 전류를 현실감 있게 시뮬레이션하기 위해 고정밀도, 고해상도 및 신뢰성 있는 전류원을 사용한다. 소프트웨어 제어를 통해 전류 파형, 진폭, 상승 시간, 지속 시간, 하강 시간 등 전류 매개변수를 포괄적으로 조정할 수 있으며, 전류 파형과 크기를 실시간으로 시각화하여 분석 능력을 향상시킨다.

• 범용 인터페이스 설계: 표준화된 인터페이스를 통해 현장에서 진정한 "플러그 앤 플레이" 작동이 가능하며, 원활한 신호 및 데이터 전송을 지원한다.

• 내장된 TCC 곡선 데이터베이스: 암페어-초 특성(즉, Time-Current Characteristic 또는 TCC 곡선)은 트리핑 시간과 고장 전류 크기 사이의 역시간 관계를 정의하며, 빠른 TCC 곡선과 느린 TCC 곡선을 포함합니다. 분석 소프트웨어는 Cooper, IEEE (US), IEC 표준 등 여러 표준 TCC 곡선 라이브러리를 통합하여 편리한 비교와 진단 판단을 가능하게 합니다.

• 자동화된 테스트 데이터 분석: 시스템은 리클로저로부터의 피드백을 자동으로 해석하고, 즉시 그래픽 표현 및 보고서를 포함하여 트립, 재폐쇄, 잠금 및 기타 운영 이벤트에 대한 분석 결과를 표시합니다.

3. 결론

15 kV MV 야외 진공 자동 회로 리클로저의 고장 진단 기술은 다음과 같은 다양한 이상을 효과적으로 식별할 수 있습니다:

• 순간 재폐쇄 장애;

• 표준 TCC 곡선에서의 편차;

• 과전류 보호 장치의 실패;

• 재폐쇄 간격 타이밍의 이상;

• 닫힘 잠금 메커니즘의 고장.

이 기술은 전통적인 예정 유지보수에서 고급 상태 기반 유지보수로의 중요한 변화를 나타냅니다. 제어 장치 유닛의 포괄적인 분석과 진단을 가능하게 함으로써, 리클로저 상태 모니터링의 기술적 능력을 크게 향상시키며, 배전망 중단 방지와 그리드 신뢰성 확보에 중요한 역할을 합니다.