[논문]절연유의 분석에 의한 변압기 진단에 관한 연구

김경숙; 임춘식; 박현주; 이태원; 양석란

문제 정의

이 분취액에 2 ml의 물을 가하고 섞은 다음, 시료 준비용 Milliporc C|K Sep-pak cartridge를 통과한 용출액을 모아서 일반적인 HPLC용 칼럼으로 퓨란계 화합물의 농도를 분석하였다. 용매로 아세토니트릴 대신에 오일과 섞이지않는 메탄올을 사용하기도 하였지만 이러한 방법들은상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 절연유중에 용해되어 있는 퓨란계 화합물 전부를 추출할 수 있는 가에 대한 의문점이 제기되어 실제로 사용하기에는 부적합하여 최근에 이러한 별도의 전처리 과정을 거치지 않고 절연유를 바로 분석할 수 있는 PRP-I 칼럼이개발되어 이 분야의 연구에 활기를 찾고 있다. 본 실험에 사용한 분석 조건은 다음과 같으며, 그 외 수세에 따른 기기에 대한 프로그램을 Table 2에 나타내었다이I

제안 방법

결과를 Table 5에 나타내었다. 10대의 화력 발전소용 변압기, 7대의 원자력 발전소용 변압기 및 1대의 변전소용 변압기에 대해 실험을 실시하였다. 앞서 언급한 Group I과 II에서 언급한 1980년 이전에 설치된 대용량 변압기의 대부분은 외국회사에서 제작한 반면에, 본 실험에 이용된 1980년 이후의 변압기의 경우, 모두 국내업체에 의해 제작된 것이다.
본 실험에 사용된 변압기를 다음과 같이 크게 3그룹 (Group I: 1960-1970년대 화력 발전소용 대용량 변압 7], Group II: 1960-1970년대 수력 발전소 및 변전소용 변압기 및 Gro叩 Ⅲ: 1980년 이후에 설치된 변압기)으로 나눠서 실험을 실시하였다. 실험은 현재 운전중인 변압기에서 채취하는 시료의 양이 매우 한정적이므로 시료가 많이 소요되는 GC 분석의 실험 횟수는 I 회로 제한적이다 하지만 GC 분석의 경우, 본 실험실이 각 발전소의 변압기별로 10년 이상의 자료를확보하고 있으므로 비교에 의해서 결과를 검토할 수있고 HPLC의 경우 또한, 초기에는 실험 횟수를 2-3 회 정도 실시하여 결과를 검토한 결과, 매우 유사한 결과를 나타낼 뿐만 아니라 이미 각 발전소의 변압기에 대한 축적된 자료를 확보하고 있으므로 1회 분석하여 비교에 의해 검토하고 있다.
용존가스 분석법은 먼저 표준가스를 3회 이상 반복하여 분석에 대한 재현성을 확인한 후 각 성분에 대한 보정계 수를 산출하여 검 량선을 작성 한 다음, Toepier pump를 이용하여 용존 가스를 추출하였다. 시료 가스가 sample loop에 주입되면 9종류의 가스로 분리가 된다.
아세토니트릴층에서 1 ml를 취한다. 이 분취액에 2 ml의 물을 가하고 섞은 다음, 시료 준비용 Milliporc C|K Sep-pak cartridge를 통과한 용출액을 모아서 일반적인 HPLC용 칼럼으로 퓨란계 화합물의 농도를 분석하였다. 용매로 아세토니트릴 대신에 오일과 섞이지않는 메탄올을 사용하기도 하였지만 이러한 방법들은상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 절연유중에 용해되어 있는 퓨란계 화합물 전부를 추출할 수 있는 가에 대한 의문점이 제기되어 실제로 사용하기에는 부적합하여 최근에 이러한 별도의 전처리 과정을 거치지 않고 절연유를 바로 분석할 수 있는 PRP-I 칼럼이개발되어 이 분야의 연구에 활기를 찾고 있다.

대상 데이터

본 실험에 사용된 변압기는 주로 미국, 일본 등의외국업체에 의해 제작되었고 화력 발전소의 주 변압기로 사용중이다. 3의 1에 언급한 변압기에 대한 HPLC 결과를 Fig.

성능/효과

Table 4에서 알 수 있듯이 설치년도가 1960과 1970 년대에 설치된 화력발전소용 변압기와는 달리 수력발전소나 변전소와 같이 부하율이 낮아서 절연물의 경년열화가 낮은 변압기에서 채취해 온 절연유의 co2, CO 가스 및 2-furfural의 농도는 설치년도가 비슷한변압기에 비해 상당히 낮음을 알 수 있었다. 이와 같은 사실에서 사용된 변압기 전체에 대한 일괄적인 관리 기준보다는 용도나 설치년도 등으로 세분하여 변압기를 관리해야 된다는 것을 알 수 있었다.
그 외 잦은 문제로변압기의 기동정지가 빈번한 #6 변압기의 경우 다른변압기에비해 2-furfural의 농도가 높게 관찰되었다. 또 한가지 특별한 사항은 사고로 인해 설치된 지 몇개월만에 변압기를 교체한 #18 변압기의 경우 CO2, CO 가스 및 2-furfural의 농도가 매우 높게 측정되었고 변압기를 분해한 결과 내부의 모든 절연물이 소손되어 더 이상 사용할 수 없는 상태인 것으로 판명됨에따라, 이 경우에서는 co2, CO 가스 및 2-furfural 농도에 의한 2가지 방법 모두 절연물의 상태 나아가서는변압기 상태 진단에 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
변압기 상태를 확인하기 위해 CO₂ 가스가 과다하게발생된 변압기 #2에 대해 변압기 운전올 중지하고 내부 점검을 실시한 결과, 변압기 내부에 아무런 이상을발견하지 못한 것으로 보아 이들 가스 농도보다는 2-furfural의 농도가 절연지의 상태를 보다 더 정확하게진단하는 것으로 판단된다.
관찰되었다. 본 결과로부터 절연지의 상태는 이들 가스 농도보다 2-furfural의 농도가 보다 정확하게 반영한다고 판단된다. 7却席 3에서 언급한 화력 발전소용 대용량 변압기와는 달리 수력 발전소나 변전소용 변압기에서는설치년도가 비슷한 화력 발전소 변압기용과는 다른양상을 나타내었다.
이번 실험결과 GC를 사용한 절연유의 용존 가스분석 결과는 이미 활발히 이용되고 있는 H₂나 C₂H₂ 등의 가스농도에 의한 변압기의 이상상태 진단에는 매우 효과적이나 현재 연구중인 C0 및 co 가스와 절연물의 상태, 나아가서 변압기의 수명진단에는 별다른 상관관계를 찾아볼 수 없어서 이 방면에는 별로 유용하지 않음을 알 수 있었다. 반면에 HPLC를 사용한 furfural 분석결과는 사용기간이 30년 이상 경과된 변압기에 대한 절연물의 상태진단에 매우 효과적으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다 하지만 이런 분석 결과는 모든 변압기에 대해 일률적으로 사용될 경우 심각한 오류를 범할 수 있으므로 화력 발전소용 혹은 수력 발전소 등 용도별, 345 kV용 혹은 154kV 등으로 구별되는 전압별 등 여러가지 운전조건 등을 고려하여 분석결과를 활용해야 보다 정확한 상태진단을 할 수 있을 것으로 판단된다.
비해 상당히 낮음을 알 수 있었다. 이와 같은 사실에서 사용된 변압기 전체에 대한 일괄적인 관리 기준보다는 용도나 설치년도 등으로 세분하여 변압기를 관리해야 된다는 것을 알 수 있었다.
이때 검출한계는 lOppb 이고 이 농도 이하는 ND (불검출)로 나타내었다. 전체적으로 볼 때, 1980년 이후에 설치된 변압기의 경우, 일시적인현상으로 CO₂ 가스의 농도는 높을 수는 있으나, 2-furfural의 농도는 일정하게 20 ppb 이하로 측정 됨에따라 CO₂ 가스보다는 furfural의 농도가 변압기의 상태를 잘 반영한다고 판단된다.

후속연구

않음을 알 수 있었다. 반면에 HPLC를 사용한 furfural 분석결과는 사용기간이 30년 이상 경과된 변압기에 대한 절연물의 상태진단에 매우 효과적으로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다 하지만 이런 분석 결과는 모든 변압기에 대해 일률적으로 사용될 경우 심각한 오류를 범할 수 있으므로 화력 발전소용 혹은 수력 발전소 등 용도별, 345 kV용 혹은 154kV 등으로 구별되는 전압별 등 여러가지 운전조건 등을 고려하여 분석결과를 활용해야 보다 정확한 상태진단을 할 수 있을 것으로 판단된다. 또한 현재 이번에 확립된 furfural 분석방법에 의해 측정된 분석값에 대한 절대 값의 의미보다는 각각의 변압기에 대한 변화의 속도가 중요할 것으로 생각되므로 동일한 변압기에 대한 furfural 농도에 대한 관계식을 정립하기 위한 연구와 변압기내의 절연지가 셀루로오즈계 고분자 물질이므로 이들 고분자에 대한 특징적인 물성값과의 관계를 규명하기 위한 연구가 진행 중에 있다.

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