[논문]EMTP를 이용한 362kV Gas VT의 철공진제거를 위한 가포화리엑터의 파라미터 선정

최재구; 김익수; 박경원; 송희석

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Recently, the construction of gas insulated substation(GIS)s has been increased in Korea. But, the whole quantity of the VTs which were used in GIS has been imported. Under the circumstance that $SF_6$ gas power apparatus are being developed up to 800kV rating in Korea, the development of...

Recently, the construction of gas insulated substation(GIS)s has been increased in Korea. But, the whole quantity of the VTs which were used in GIS has been imported. Under the circumstance that $SF_6$ gas power apparatus are being developed up to 800kV rating in Korea, the development of EＨＶ　$SF_6$ gas VT is essential for localizing the power apparatus. As for EHV VT, destructive ferroresonance can be generated due to the combination of capacitiances between poles of circuit breaker, ground capacitance of bus and nonlinear excitation property of VT core. But the theoretical analysis about ferroresonance has not been fully achieved in Korea. Therefore, in this paper the authors would like to contribute for localizing EHV $SF_6$ gas VT by developing the diagram of ferroresonance zone according to the parameters of the circuit and the saturable reactor.

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문제 정의

본 논문에서는 우선 VT의 비선형 인덕턴스와 개방 차단기의 정전용량에 기인하는 철공진의 발생원리를 살펴보고, EMTP해석을 통하여 실제변전소내에서 철공진의 발생이 가능함을 확인한 다음, 마지막으로 선로 및 가포화리액터의 파라미터에 따른 철공진 발생영역도를 작성하여 초고압 VT의 국산화에 이바지하고자 한다.

가설 설정

Ne 권수 그리고 t는 시간이다. (1)식으로부터 알 수 있는 것처럼 자속의 크기는 전압의 크기뿐만 아니라 전압이 인가된 시간에 의존한다. 그림 2에서 자속 Ψ1은 전압 곡선 아래의 빗금친 면적 A와 같다.

제안 방법

먼저, VT에 대해서는 EMTP 포화형변압기모델이 사용되었다. VT의 포화형변압기모델에 사용된 VT의 포화특성은 여자시험에서 얻은 전압-전류특성에서 EMTP의 Saturation Routine올 사용하여 표 1과 같이 자속-전류특성으로 구하였다. VT의 자속-전류특성곡선은 그림 8과 같다.
L(i)를 사용하여 모의하였다. 가포화리액터의 포화 특성은 실제로 제작된 가포화리액터로부터 그림 9와 같이 여자시험을 수행하여 구하였으며, 여자시험결과는 EMTP에사용될 수 있도록 표 2와 같이 전압-전류특성을 자속-전류 특성으로 변환하였다. 그림 7의 회로에 대한 철공진의 발생 유무는 주어진 회로조건에서 차단기의 정전용량 CCB와 모선의 대지용량 Cbus값을 바꾸어 가면서 각각에 대한 EMTP해석을 수행하여 결정되었다.
가포화리액터의 포화 특성은 실제로 제작된 가포화리액터로부터 그림 9와 같이 여자시험을 수행하여 구하였으며, 여자시험결과는 EMTP에사용될 수 있도록 표 2와 같이 전압-전류특성을 자속-전류 특성으로 변환하였다. 그림 7의 회로에 대한 철공진의 발생 유무는 주어진 회로조건에서 차단기의 정전용량 CCB와 모선의 대지용량 Cbus값을 바꾸어 가면서 각각에 대한 EMTP해석을 수행하여 결정되었다.
초고압 VT의 국산화에 필수적인, VT와 개방된 차단기의 정전용량에 기인하는 철공진에 대한 대책을 마련하기 위하여 EMTP모의해석을 통하여 선로파라미터 및 가 포화 리액터의 저항값에 따른 철공진 발생영역도를 도출하였다. 모의해석 에는 실사용중인 VT와 가포화리액터의 여자시험 데이타로부터 비선형 자화특성을 유도하여 VT와 가포화리액터를 각각 모델링하여 사용하였다.
모의해석결과, 철공진의 발생은 선로 파라미터에 따라 부담을 사용함으로써 제거 또는 감소가 가능하였다. 특히, 철공진의 발생 및 억제에 미치는 가 포화 리액터 저항값의 차이에 관한 이론적 인 고찰을 수행 함으로써 현장의 선로파라미터에 따른 가장 효율적인 가 포화 리액터 저항값의 선정이 가능하게 되었다. 도출한 모의해석 결과는 실제의 차단기와 ■'/T를 사용한 철공진발생 및 억제에 관한 실증시험을 거쳐 그 결과와 비교, 검토될 때 더욱 유용한 연구자료가 되리라고 사료된다.

대상 데이터

가포화리액터는 EMTP Type-98 Pseudo-Nonlinear Reactor L(i)를 사용하여 모의하였다. 가포화리액터의 포화 특성은 실제로 제작된 가포화리액터로부터 그림 9와 같이 여자시험을 수행하여 구하였으며, 여자시험결과는 EMTP에사용될 수 있도록 표 2와 같이 전압-전류특성을 자속-전류 특성으로 변환하였다.
모의해석 에는 실사용중인 VT와 가포화리액터의 여자시험 데이타로부터 비선형 자화특성을 유도하여 VT와 가포화리액터를 각각 모델링하여 사용하였다. 모의해석결과, 철공진의 발생은 선로 파라미터에 따라 부담을 사용함으로써 제거 또는 감소가 가능하였다.

이론/모형

그림 7의 회로에서 EMTP해석상 가장 중요한 부분은 VT와 가포화리액터에 대한 비선형 모델링이다. 먼저, VT에 대해서는 EMTP 포화형변압기모델이 사용되었다. VT의 포화형변압기모델에 사용된 VT의 포화특성은 여자시험에서 얻은 전압-전류특성에서 EMTP의 Saturation Routine올 사용하여 표 1과 같이 자속-전류특성으로 구하였다.

성능/효과

감소영역에 대해서는 부담을 사용해도 철공진을 완전히 제거하지는 못하지만 어느 정도 감소가 가능한 경우이다(그림 13 과 그림 14 참조). 결과적으로 억제부담을 사용함으로써 철공 진의 발생가능영역이 많이 줄어든 것을 알 수 있다. 차단기의 정전용량에 대해서 발생가능영역이 가장 많이 줄어든 부분은 차단기의 정전용량의 2차측환산 둥가임피던스가 부담의 저항값(0.

후속연구

특히, 철공진의 발생 및 억제에 미치는 가 포화 리액터 저항값의 차이에 관한 이론적 인 고찰을 수행 함으로써 현장의 선로파라미터에 따른 가장 효율적인 가 포화 리액터 저항값의 선정이 가능하게 되었다. 도출한 모의해석 결과는 실제의 차단기와 ■'/T를 사용한 철공진발생 및 억제에 관한 실증시험을 거쳐 그 결과와 비교, 검토될 때 더욱 유용한 연구자료가 되리라고 사료된다.

참고문헌 (8)

'高電壓計測の技術基準と認證制度', 電氣學會技術報告(II) 645？
Kerstin Kunde, Lutz Niedung and Alois Umlauf, 'Damping ferroresonance in transmission nerworks', Elektron, Vol. 13, Iss. 11, pp. 37-40, 1997
EMTP Primer, EPRI, 1985, Sec. 9
Haefely Trench MWB GmbH, 'Damping ferroresonance in transmission networks', Power Technology International
T. Oyabu, and A. Nakahashi, 'ガス絶緣計器用變壓器の適用と取扱' 日本電機技報 Vol. 30, No. 4, 1985
E. J. Dolan, et. al, 'Ferroresonance in a transformer switched with an EHV Line', IEEE Summer Meeting 1971, pp. 1273 - 1280

상세보기
C. X. Wang, C. J. Jones, B. F. Hampton, and B. M. Pryor, 'The Use of Novel Monitoring Techniques To Investigate the Distribution, Behaviour and Effect of Trapped Charges in GIS', CIGRE, 15-105, 1994
최재구, 김익수, 박경원, 송희석, 'GIS용 가스절연 VT의 철공진제거에 관한 연구', 합동춘계학술대회논문집, pp. 159 - 162, 2000

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