고압 병렬 커패시터 뱅크 고장 진단 솔루션

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1 고장 후 테스트 진단 항목
1.1 고장 원인 식별 및 테스트 단위 결정
랙 마운트 커패시터 뱅크를 예로 들어, 각각의 개별 커패시터 유닛은 일반적으로 주 보호 장치로 사용되는 방출형 외부 퓨즈가 장착되어 있습니다. 단일 커패시터가 고장이 발생하면 병렬 커패시터들이 고장 지점으로 전류를 방전합니다. 손상된 커패시터의 퓨즈와 융해 요소가 신속히 파열되어 고장 부분을 격리하여 뱅크의 연속적인 작동을 보장합니다.
그러나 커패시터가 오픈 회로 또는 다른 고장을 일으키면 퓨즈가 파열되지 않고 계속 작동할 수 있습니다. 중요한 캐스케이드 위험: 인접한 퓨즈의 조기 파열이 연쇄 반응을 유발합니다. 과도한 커패시터 분리로 인해 설계 한도를 초과하는 불균형이 발생하여 결국 전체 뱅크 퓨즈가 고장납니다. 예를 들어, 220kV 변전소의 10kV 커패시터 뱅크 No. 2 Phase B에서 단지 14% 측정 편차를 가진 커패시터가 이러한 캐스케이드를 시작하여 전체 그룹 퓨즈가 고장났습니다.

결론: 그룹 퓨즈 파열이 발생하면 각 커패시터는 개별 검사와 테스트를 받아야 합니다 이를 통해 다음과 같은 것을 감지할 수 있습니다:

내부 습기 침입
구성 요소 고장/단락
절연 저하
이는 결함 있는 단위를 식별하고 고장률을 줄이며 운영 위험을 제거합니다.

1.2 고장 조사 테스트 항목 선택
1.2.1 시각적 검사
검사 포커스:

바디 청결/평활도
유체 누설, 균열, 방전 표시
과열, 변색
국소 팽창/변형
이러한 문제들은 내부 구조 변화, 구성 요소 손상 또는 용량 이동을 나타내며 운영 위험을 초래합니다. 특히 변색은 과열/고장 분석을 위해 분해가 필요하여 검사 복잡성을 증가시킵니다.

1.2.2 단자-케이스 절연 저항 측정
테스트 목적: 습기, 열화 또는 고장으로 인한 절연 저하를 저항 감소를 모니터링하여 감지합니다.
제한 사항: 이 테스트는 다른 결함이 함께 존재할 때만 보조 참조로 사용됩니다.
적용 가능성:

✅ 이중 단자 커패시터에 수행
❌ 단일 단자 커패시터(케이스가 전극 역할)에는 필요하지 않음

다음은 테스트 방법입니다:

1.2.3 용량 측정

랙 마운트 커패시터 뱅크는 일반적으로 전압 및 용량 요구 사항을 충족하기 위해 커패시터 요소의 직렬-병렬 구성을 사용합니다.

증가된 용량: 내부 고장(단락/고장)으로 인해 감소된 직렬 세그먼트를 나타냅니다. 습기 침입(물의 높은 유전 상수) 또는 요소 퓨즈의 폭발도 용량 증가를 초래할 수 있습니다.
감소된 용량: 오픈 회로, 느슨한 연결 또는 내부 퓨즈 작동으로 인해 감소된 병렬 경로를 나타냅니다. ⚠️ 중요한 위험: 건강한 요소에 대한 전압 스트레스가 증가하여 고장이 가속되고 반응 전력 출력이 감소합니다.
유체 누출 영향: 공기보다 높은 유체의 유전 상수가 측정 가능한 용량 이동을 초래합니다.

진단적 중요성: 용량 편차는 내부 무결성을 직접 반영하며 현장 문제 해결에 중요합니다.

허용 범위: 명판 값의 ±5%에서 +10% 사이.
측정 프로토콜:

잔여 전하 간섭 배제
여러 용량 다리로 반복 측정
편차가 지속될 경우:

퓨즈 링크 분리
고압 측 연결 해제

재측정. 일관된 편차는 내부 고장을 확인합니다.

사례 연구: 110kV 변전소 10kV 11A 커패시터 뱅크 (Unit B2)

파라미터	값
명판 용량 (Cₓ)	8.03 μF
고압 연결 시 측정 (Cᵧ)	10.04 μF
고압 해제 후 측정 (Cᵧ)	10.05 μF
편차	+25.16%
결론: Unit B2는 허용 한도를 초과하였습니다 → 불합격.

1.3 교류 내압 테스트 기술

목적: 단자와 케이스 사이에 교류 전압을 적용하여 주 절연(부싱/캡슐화)의 무결성을 검증합니다.
테스트 값: 다음을 감지합니다:

저 유체 수준
내부 습기
손상된 부싱
기계적 결함

단자 처리:

두 단자를 함께 단락
단락된 단자와 접지된 케이스 사이에 전압 적용

업계 참고: 커패시터의 고유한 높은 단자-케이스 절연 강도로 인해 정기적인 교류 내압 테스트는 종종 불필요합니다.

2. 용량 측정 방법의 합리적 선택

일반적인 기법:

방법	표준 사용 사례
암미터/볼트미터 (I/V)	현장 테스트 ★ 선호
디지털 용량 미터	현장 테스트
용량 다리	공장 수령 검사

I/V 방법의 우월성:

전압의 장점: 적용 테스트 전압 > 커패시터의 작동 전압
숨겨진 결함 감지: 다음에서 고장 지점을 활성화:

실패한 요소가 잔여 절연 저항을 유지
용량 미터가 거짓 정상 읽기를 표시

절차: 도표 2 참조 (전압 제어 반응 테스트)

장비 태그 번호	B2
명판 용량, Cₓ (μF)	8.03
고압 리드 분리 전 측정 Cᵧ (μF)	10.04
고압 리드 분리 후 측정 Cᵧ (μF)	10.05
% 차이 (명판 값 대비)	25.16%

3. 암미터/볼트미터 테스트의 주요 기술 사항

3.1 표준 준수 테스트 전원 공급 파형 및 주파수

전압 선택: ≤5× 정격 전압 (소스 용량 및 계기 범위에 따라)
주파수 안정성: 안정적인 사인파 형태 유지
측정 프로토콜:

정격 값에서 전압 안정화
전압, 전류, 주파수 동시 기록
용량 계산:
Cx=I2πfVC_x = \frac{I}{2\pi f V}Cx=2πfVI

중요한 요구 사항:

순수 사인파 전압 (±3% THD 제한)
주파수 변동 ≤±0.5%
선 전압 선호 (3차 고조파 감소)

준수하지 않을 경우 커패시터의 XC∝1/fX_C \propto 1/fXC∝1/f 특성으로 인해 >10% 측정 오류 위험이 있습니다.

3.2 고정밀, 노이즈 저항성 계기 선택

최소 사양:

정확도 클래스: 0.5 이상
전자기 호환성: IEC 61000-4 준수

사례 연구 - 220kV 변전소:

계기	테스트 결과
T51 AC/DC 밀리암미터	84개 유닛에서 >20% 편차
T15 AC 밀리암미터	편차 범위 내
근본 원인: T51은 비선형 부하에서 EMI에 취약하여 파형 왜곡이 발생합니다.

3.3 제어된 전압 상승 프로토콜

건강한 커패시터 반응:

전압 증가에 따른 선형 전류 상승

고장 표시:

60V 미만에서 전류 정체 → 냉간 솔더 조인트
>60V에서 갑작스런 전류 급증 → 약한 절연 파괴
안전 관리 절차:

전압 상승 속도 ≤100 V/s
dIdV\frac{dI}{dV}dVdI 기울기 지속 모니터링
비선형 반응 감지 시 중단

빠른 전압 적용은 고장을 가리고 재앙적인 고장 위험을 초래합니다.

3.4 안전 절차

필수 주의 사항:

단계	요구 사항
테스트 전후 방전	단자를 절연봉으로 접지 (≥3×)
안전 거리	방전 중 ≥0.7m
인접 장비	3m 이내인 경우 전원 차단
위험 완화: 커패시터는 전원 차단 후 10분 동안 4× 정격 전압에 해당하는 위험한 전하를 유지합니다.