고체 절연 링 메인 유닛을 위한 부분 방전 검출 기술 연구
도시 전력망의 발전에 따라 고체 절연 링 메인 유닛(RMU) 설치 수가 지속적으로 증가하고 있습니다. 이들의 운영 상태는 전기 시스템의 공급 안정성에 상당한 영향을 미칩니다. 고장의 결과는 심각합니다: 직접적인 손상으로 보호된 선로와 장비의 손상, 그리고 전력 손실이 포함되며, 간접적인 결과로 광범위한 고객 정전, 일상 생활, 생산, 심지어 사회적 안정까지 위협할 수 있습니다.
현재, 고체 절연 RMU 장비의 현장 테스트 방법의 부족과 운영 스위치 기어에서 절연 결함의 빈번한 발생은 전력 시스템의 안전한 운영에 심각한 위협을 가하고 있습니다. 부분 방전(PD) 감지는 스위치 기어의 절연 상태를 평가하는 효과적인 방법이며 현재 연구의 주요 관심사입니다. 고압 스위치 기어에 대한 PD 감지 및 고장 진단은 상태 기반 유지보수를 위한 중요한 상태 정보를 제공하며, 안전하고 신뢰성 있는 장비 운영을 보장하는 데 핵심적입니다. 고압 스위치 기어에서 절연 저하로 인한 절연 결함은 전기장뿐만 아니라 기계적 힘, 열 또는 그들과 전기장의 복합 작용으로 인해 발생할 수 있으며, 궁극적으로 전력 품질과 공급 안정성에 영향을 미칩니다. 전력 장비의 실시간 테스트를 표준화하고 효과적으로 구현하기 위해 관련 국내외 표준을 참조하여, 주로 국가 그리드 공사 생산 변전소 통지 [2011] 제 11호 "전력 장비 실시간 테스트 기술 규격(시행)"을 기반으로, 본 연구는 RMU에 대한 부분 방전 검출에 중점을 두고 있습니다.
II. 링 메인 유닛의 부분 방전 검출 방법
1. PD 에너지의 형태
부분 방전은 맥동 방전입니다. 전하 이동과 전력 소모 외에도 PD 과정은 전자기 방사, 초음파, 빛, 열, 새로운 화학 부산물을 생성합니다. 이러한 현상을 대상으로 하는 검출 방법에는 전기 검출, 음향 검출, 광학 검출, 화학 검출 등이 있습니다. 이 중에서 전기와 음향 방법이 가장 일반적으로 사용되지만, 실제 효과는 종종 현장의 노이즈 간섭으로 인해 진정한 PD 신호를 구별하기 어려워 제한적입니다. 간섭을 효과적으로 제거하는 것은 PD 장비의 검출 성능을 개선하는 데 중요합니다.
검출되는 현상:
- 전기: (TEV, UHF, HFCT 센서)
- 음향: (초음파 센서)
- 광학: (방전 시 특정 위치의 관찰 창을 통해 가시 가능)
- 열: (적외선, 하지만 RMU의 완전히 밀폐된 구조로 인해 검출 효과가 제한적임)
- 화학/가스: (오존 냄새 등)
2. 검출 기술
현재 스위치 기어에 대해 다양한 PD 검출 기술이 사용되고 있으며, 이를 크게 직접 방법 (표면 방전량 검출)과 간접 방법 (TEV, 초음파, UHF, 결합 음-전기 검출)으로 분류할 수 있습니다. 직접 방법은 상대적인 것으로, 시험 대상의 단자 사이에 알려진 전하량을 주입하여 PD 이벤트로 인한 단자 전압 변화와 동등한 단자 전압 변화를 생성합니다. 이 주입된 전하량은 PD의 표면 방전량(Q)으로, 피코쿨럼(pC) 단위로 측정됩니다. 실제로 표면 방전량은 시험 대상 내 방전 부위에서 방출된 실제 전하량과 같지 않으며, 후자는 직접 측정할 수 없습니다. PD 전류 맥동으로 인해 측정 임피던스 양단에서 생성된 전압 파형은 교정 맥동으로 인해 생성된 것과 다를 수 있지만, 계측기의 응답 값은 일반적으로 동등하다고 간주됩니다. 아래는 두 가지 주요 RMU 검출 기술입니다.
1) 고체 절연 RMU의 초음파 검출
공기를 통해 전달되는 초음파 신호를 수신하고 PD 신호의 음압을 측정하여 방전 강도를 추론할 수 있습니다. 초음파 테스트 중에는 센서를 스위치 기어 표면의 틈새나 틈을 따라 스캔해야 합니다. 참고 도면은 일반적인 검출 위치에 대한 지침을 제공합니다.
2) 일시적 대지 전압(TEV) 검출 원리
고압 스위치 기어 내에서 PD가 발생하면 방전 채널을 따라 매우 짧은 시간 동안 맥동 전류가 흐르고, 일시적인 전자기파를 발생시킵니다. 방전 과정의 빠른 속도로 인해 강한 고주파 전자기 방사 능력을 가진 급격한 전류 맥동이 발생합니다. 이 방사는 금속 케이스의 개구부, 예를 들어 밀봉 가스켓이나 절연 주변의 틈을 통해 전파될 수 있습니다. 이러한 고주파 전자기파가 캐비닛 외부로 전파되면, 대지에 대해 캐비닛 외부 표면에 일시적인 전압을 유도합니다. 이 대지에 대한 일시적인 전압(TEV)은 밀리볼트에서 볼트 범위로, 상승 시간은 몇 나노초입니다. 캐비닛 외부에 배치된 전용 TEV 센서는 비침습적으로 이 신호를 감지할 수 있습니다.
주요 TEV 검출 위치 (캐비닛 벽 반대편):
- 버스바(연결, 벽 부싱, 지지 절연체)
- 회로 차단기
- 전류 변환기(CT)
- 전압 변환기(PT)
- 케이블 종단
이 구성 요소들은 일반적으로 앞 패널의 중앙과 하단, 뒷 패널의 상단, 중앙, 하단, 그리고 측면 패널의 상단, 중앙, 하단에 위치합니다.
III. PD 위치 결정 및 위상 식별
센서 신호가 장비 내부에서 발생한다는 것이 확인되면, 도착 시간 차이(TDOA) 위치 결정 방법을 사용하여 더 자세한 위치 분석을 수행합니다. 장비 표면에 두 개의 센서를 배치하고, 이들로부터 수신된 신호의 시간 차(t2 - t1)를 분석하여 PD 위치를 일반적으로 1미터 범위 내에서 결정합니다.
1. 시간 차 방법:
PD 원점이 센서 1에서 X 거리에 있다고 가정하고, 전자기파 속도 = c (빛의 속도), 오실로스코프를 통해 측정된 시간 차 t2 - t1이 있습니다.
X = (t2 - t1) * c / 2
이 공식과 척척이를 사용하여 위치 X를 결정할 수 있습니다.
2. 평면 이등분선 방법:
- 두 센서를 공간에서 이동하여 PD 신호 도착 시간이 동일하도록 합니다. 그러면 두 센서 사이의 수직 이등분 평면에 방전 점이 위치하게 됩니다 (평면 위치).
- 이 이등분 평면 내에서 센서를 이동하여 다시 도착 시간이 동일하도록 합니다. 그러면 그 평면 내의 수직 이등분선에 방전 점이 위치하게 됩니다 (선 위치).
- 이 이등분선을 따라 센서를 이동하여 다시 도착 시간이 동일하도록 합니다. 그러면 방전 위치를 확정할 수 있습니다 (점 위치).
특정 위상에서 PD가 발생하는 것을 식별하기 위해 HFCT 방법을 사용하여 인접한 3상 출구 케이블의 접지 선(또는 바디)에서 신호를 감지합니다. 결함이 있는 위상의 전류 신호는 다른 두 위상의 신호보다 큰 진폭과 반대 극성을 나타내므로, 결함 위상을 쉽게 식별할 수 있습니다.
