변압기용 마이크로컴퓨터 기반 보호 솔루션

1. 배경 및 핵심 도전 과제​
   변압기는 전력 시스템의 중요한 구성 요소이며, 그 안정적인 운전은 전력망의 안전에 필수적입니다. 기존 변압기 보호 기술은 내부 단락 전류 식별, 인러시 전류 구분, 과부하 보호, CT 포화 문제 등 여러 기술적 도전 과제를 직면하고 있습니다. 특히, 전통적인 퍼센트 차동 보호는 고조파 간섭에 취약하여, 이로 인해 보호 시스템이 오작동하거나 작동하지 않을 수 있으며, 이는 시스템의 안정성을 심각하게 저하시킵니다.

​2. 솔루션 개요​
이 솔루션은 고급 마이크로컴퓨터 기반 보호 기술을 사용하여, 다양한 기법을 통합하여 종합적인 변압기 보호를 달성합니다. 이는 세 가지 핵심 모듈로 구성됩니다: 고조파 제한 차동 보호, 적응형 CT 포화 검출 시스템, 광섬유 온도 모니터링 통합 보호.

​2.1 고조파 제한 차동 보호 기술​
이 방법은 차동 전류의 2차 고조파 성분을 실시간으로 감지하여 고장 전류와 인러시 전류를 효과적으로 구분합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 변압기 특성에 맞게 조정 가능한 고조파 성분 임계값 (15%-20%)
• 푸리에 변환 기반 고조파 분석으로 정확한 검출을 보장
• 보호 오작동을 방지하는 동적 블록킹 로직

​응용 결과:​​ 765kV 초고압 변압기 보호 사례에서 이 기술은 오작동률을 82% 줄여 보호 신뢰성을 크게 향상시켰습니다.

​2.2 적응형 CT 포화 검출 시스템​
이 시스템은 전류 파형 왜곡 분석과 사전 고장 CT 부하 모니터링을 기반으로 제한 계수를 동적으로 조정합니다:

• 실시간으로 CT 작동 상태를 모니터링하여 포화 특성을 식별
• 파형 왜곡률 계산을 통해 정확한 포화 판단
• 포화 조건에서도 신뢰성을 보장하기 위해 보호 매개변수를 동적으로 조정

​성능 지표:​​ UHV 응용에서는 이 방법이 심각한 CT 포화 조건에서도 신뢰적인 작동을 보장하며, 작동 시간을 12ms 이내로 줄이고 고장 반응 속도를 크게 향상시킵니다.

​2.3 광섬유 온도 모니터링 통합 보호 시스템​
이 시스템은 중요한 변압기 권선 위치에 분산된 광섬유 센서를 내장하여 실시간 온도 모니터링을 수행합니다:

• ±1°C 정밀도로 권선 핫스팟 온도 직접 측정
• 다단계 온도 임계값 (예: 140°C 트립 설정)
• 온도 기반 가속된 트리핑을 위한 차동 보호와의 통합
• 온도 상승을 방지하기 위한 자동 냉각 시스템 활성화

​실용적 결과:​​ 변환소에서의 적용으로 변압기 수명이 30% 연장되고, 과열로 인한 절연 고장이 예방되었습니다.

​3. 기술적 장점​

1. ​신뢰성 향상:​​ 다중 보호 메커니즘이 함께 작동하여 단일 보호 결함을 완화
2. ​빠른 반응:​​ 고속 데이터 처리 알고리즘으로 작동 시간을 크게 줄임
3. ​적응성:​​ 운영 조건에 따라 보호 매개변수를 자동으로 조정
4. ​예방적 보호:​​ 온도 모니터링으로 고장 예측 가능, 수동 보호에서 능동적 예방으로 전환

​4. 응용 사례​
이 솔루션은 여러 UHV 프로젝트와 765kV 초고압 변전소에서 성공적으로 배포되었습니다. 운영 데이터는 다음과 같습니다:

• 99.98%의 정확한 작동률
• 평균 고장 식별 시간 40% 감소
• 오작동 사례 85% 이상 감소
• 장비 수명의 유의미한 연장