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문제 정의
- 본 논문에서는 35년 이상 동안 운전된 2대의 수력발전기 (정격전압 llkV, 25MVA) 고정자 권선의 절연열화 상태를 평가하기 위해 운전중과 정지중 진단시험을 수행하였다. 최근 4년 동안 주기적으로 운전중에 PDA를 이용하여 NQN과 Qm의 크기를 측정하고 부분방전 패턴과 추이를 분석함으로 서 수력발전기 고정자 권선의 절연상태가 매우 양호하게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
제안 방법
- 정지중 진단시험은 수력발전기 고정자 권선의 건전성을 평 가하기 위해 정지중에 교류전류, 유전정접 및 부분방전을 즉 정하여 절연상대를 분석한다. 수력발전기 고정자 권선의 정 지중 진단시험을 위해 그림 2와 같이 고전압 장비(high voltage transformer), 커플링 캐패시터(coupling capacitor) 및 디지털 부분방전 측정기 (digital partial discharge detector)# 사용하였다, 그림 2 (a)에 나타낸 바와 같이 고전 압 장비는 쉐링브리지 (Schering bridge, Tettex Instruments), 전원장치 (HV supply, Tettex Instruments Type 5283), 브리 지(bridge, Tettex Instruments Type 2818) 및 공진 인덕터 (resonating inductor, Tettex Instruments Type 5285)로 구성되어 있으며, 수력발전기 각 상별로 교류전류와 유전정접을 측정하였다. A상을 측정할 때 B상과 C상은 접지에 연결하고 B상을 측정할 때 A상과 C상은 접지에 연결하며, C상을 측정 할 때 A상과 B상은 접지에 연결한다.
- A상을 측정할 때 B상과 C상은 접지에 연결하고 B상을 측정할 때 A상과 C상은 접지에 연결하며, C상을 측정 할 때 A상과 B상은 접지에 연결한다. 그림 2 (b)는 수력발전 기 고정자 권선에 전원장치(AC voltage supply)를 연결하여 교류전압을 인가하면서 커플링 캐패시터(Tettex Instruments, 4,000pF)를 통해 유입된 신호를 커플링 유니트(coupling unit, Tettex Instruments AKV 572)에 보내어 증폭한 후에 디지털 부분방전 측정기 (Tettex Instruments TE 571)에서 각 상별로 방전크기 및 패턴(display)을 측정하였다. 수력발전기 A상에서 부분방전을 측정할 때 그림 2 (b)의 샘플(sample)에 A상 의 고정자 권선을 연결하고 B상과 C상은 접지에 연결하며, B상과 C상도 A상과 마찬가지로 측정한다.
- NQN 크기는 100 이하 이며, Qm의 크기는 60mV 이하를 나타내고 있다. 2003년 11월에 NQN과 Qm 의 크기가 2배 이상 갑자기 증가함에 따라 절연열화가 진행 되는 초기상태로 판단하여 정지중 진단시험을 수행하였으나 양호하게 분석되어 외부 노이즈에 의한 일시적인 현상으로 해석하였으며, 3004년 1월에 다시 측정한 결과 이전 데이터와 유사하게 나타났다.
- 2대의 수력발전기 고정자 권선에서 운전중 부분방전 특성을 분석하여 절연열화 상태를 평가하기 위해 PDA를 사용하여 NQN과 최대부분방전 크기 (Qm)의 측정결과를 표 1에 나타내었다. NQN과。이의 크기를 분석한 결과 수력발전기 2호 기에 비해 1호기가 대략적으로 낮게 나타났다.
- 그림 1 (a)는 llkV급 수력발전기(25MVA) 고정자 권선 A상에 설치된 2개의 케이블 커플러 센서(Cl, C2, 80pF)를 나 타냈으며, A상과 마찬가지로 B상과 C상도 각각 2개씩 총 6 개 센서를 설치하였다. 6개의 케이블 커플러 센서에서 부분 방전을 측정할 수 있도록 동축케이블을 인출하고 부분방전 분석 기 (partial discharge analyzer: PDA-IV, IRIS Power Engineering)와 노트북 컴퓨터(notebook computer)를 연결하여 NQN, Qm의 크기 및 부분방전 패턴을 분석하고 주기적인 추이 관리를 통해 절연열화 상태를 평가하였다. 그리고 링버 스(ring bus)는 여러 개의 권선을 연결한 부분을 나타내고 있다.
- 그림 8에서 나타낸 바와 같이 2003년 11월에 NQN과 Qm 의 크기가 2배 이상 갑자기 증가함에 따라 절연열화 상태를 확인하기 위해 운전을 정지하고 1호기 수력발전기 고정자 권 선을 각 상별로 분리하여 교류전류, 유전정접 및 부분방전을 측정하였다. llkV급 수력발전기 고정자 권선의 정지중 절연 열화 판정기준은 정격전압(UkV)에서 AI는 12.
- 운전중 진단시험은 수력발전기 고정자 권선의 건전성을 평 가하기 위해 운전중에 부분방전을 측정하여 절연상태를 분석 한다. 그림 1 (a)는 llkV급 수력발전기(25MVA) 고정자 권선 A상에 설치된 2개의 케이블 커플러 센서(Cl, C2, 80pF)를 나 타냈으며, A상과 마찬가지로 B상과 C상도 각각 2개씩 총 6 개 센서를 설치하였다.
- 운전중인 2대의 수력발전기 고정자 권선에서 부분방전 분 석기(PDA)를 사용하여 NQN과 Qm 크기의 주기적인 분석과 수력발전기 1호기 정지중 진단 결과를 종합적으로 평가하여 아래와 같은 결론을 얻었다.
- 정지중 진단시험은 수력발전기 고정자 권선의 건전성을 평 가하기 위해 정지중에 교류전류, 유전정접 및 부분방전을 즉 정하여 절연상대를 분석한다. 수력발전기 고정자 권선의 정 지중 진단시험을 위해 그림 2와 같이 고전압 장비(high voltage transformer), 커플링 캐패시터(coupling capacitor) 및 디지털 부분방전 측정기 (digital partial discharge detector)# 사용하였다, 그림 2 (a)에 나타낸 바와 같이 고전 압 장비는 쉐링브리지 (Schering bridge, Tettex Instruments), 전원장치 (HV supply, Tettex Instruments Type 5283), 브리 지(bridge, Tettex Instruments Type 2818) 및 공진 인덕터 (resonating inductor, Tettex Instruments Type 5285)로 구성되어 있으며, 수력발전기 각 상별로 교류전류와 유전정접을 측정하였다.
대상 데이터
- 운전중 진단시험은 수력발전기 고정자 권선의 건전성을 평 가하기 위해 운전중에 부분방전을 측정하여 절연상태를 분석 한다. 그림 1 (a)는 llkV급 수력발전기(25MVA) 고정자 권선 A상에 설치된 2개의 케이블 커플러 센서(Cl, C2, 80pF)를 나 타냈으며, A상과 마찬가지로 B상과 C상도 각각 2개씩 총 6 개 센서를 설치하였다. 6개의 케이블 커플러 센서에서 부분 방전을 측정할 수 있도록 동축케이블을 인출하고 부분방전 분석 기 (partial discharge analyzer: PDA-IV, IRIS Power Engineering)와 노트북 컴퓨터(notebook computer)를 연결하여 NQN, Qm의 크기 및 부분방전 패턴을 분석하고 주기적인 추이 관리를 통해 절연열화 상태를 평가하였다.
성능/효과
- (1) 수력발전기 1호기 C1과 C2 커플러 센서와 2호기 C1 커플러 센서에서 측정된 NQN과 Qm 크기는 2호기 C2 커플러 센서에 비해 낮게 분석되었다. 또한, 수력발전 기 고정자 권선에서 각 상별로 분석된 부분방전 패턴 이 1호기 B상-C2 커플러 센서는 도체표면에서 방전, 1호기 A상-C2와 C상-C2 커플러 센서, 2호기 A, B, C 상의 C1과 C2 커플러 센서는 모두 내부방전 및 1호기 A상-Cl, B상-C1 및 C상-C1 커플러 센서는 슬롯방전 으로 분석되어 위치별로 결함상태를 확인할 수 있었다.
- (2) 수력발전기 고정자 권선에서 최근 4년 동안 12차례 NQN과 Qme 추이를 측정한 결과 4가지 형태로 분류 할 수 있었으며, 2대의 수력발전기 고정자 권선의 절 연상태가 모두 양호하게 평가되었다. 따라서 운전중인 수력발전기에서 주기적으로 NQN과 Qm의 추이 분석을 통해 고정자 권선의 절연열화 상태를 사전에 예측 할 수 있는 매우 중요한 근거가 되고 있다.
- (3) 수력발전기 1호기에서 NQN과 Qm의 추이가 급격하게 증가함에 따라 정지하고 교류전류, 유전정접 및 부분 방전 크기를 정밀하게 분석한 결과 매우 양호하게 평 가되어 외부 노이즈에 의한 일시적인 현상으로 판명되었다.
- 그림 6과 같은 형태는 수력발전기 1호기의 A상-Cl, B상 -C1 및 C상-C1 커플러, 2호기 B상-C1 커플러에서 거의 동 일하게 나타났다. NQN과 Qm의 크기를 분석한 결과 정극성 이 부극성 펄스에 비해 약간 크게 나타났으며, NQN과 Qm이 38mV 이하의 범위를 나타내고 있다. 그림 7과 같은 형태는 수력발전기 1호기 A상-C2와 B상-C2 커플러, 2호기 A상-C1과 C상-C1 커플러에서 거의 동일하게 나타났다.
- llkV급 수 력발전기 Qm의 크기가 372 [mV] 이하이면 양호하게 판정하고 있다[7]. 따라서 2대의 수력발전기 고정자 권선의 절연상 태가 모두 양호하게 평가되었다.
- 정격전압에서 측정된 부분방전 패턴은 A, B, C상 모두 슬롯방전이 우세하게 나타났다. 따라서 교류 전류-전압 특성에서 AI 및 -전압 특성에서 AtanS와 마찬 가지로 부분방전의 크기도 매우 작기 때문에 수력발전기 고 정자 권선은 절연열화가 거의 발생하지 않았으며, 절연재료의 상태가 매우 양호하게 평가되었다.
- (1) 수력발전기 1호기 C1과 C2 커플러 센서와 2호기 C1 커플러 센서에서 측정된 NQN과 Qm 크기는 2호기 C2 커플러 센서에 비해 낮게 분석되었다. 또한, 수력발전 기 고정자 권선에서 각 상별로 분석된 부분방전 패턴 이 1호기 B상-C2 커플러 센서는 도체표면에서 방전, 1호기 A상-C2와 C상-C2 커플러 센서, 2호기 A, B, C 상의 C1과 C2 커플러 센서는 모두 내부방전 및 1호기 A상-Cl, B상-C1 및 C상-C1 커플러 센서는 슬롯방전 으로 분석되어 위치별로 결함상태를 확인할 수 있었다.
- 수력발전기 고정자 권선이 도체표면에서 방전, 내부방전 및 슬롯방전 등과 같은 결함을 갖고 있지만 크기가 크지 않을 뿐만 아니라 최근 4년 동안 주기적으로 반복하여 NQN과 Qm의 크기를 분석해도 거의 유사하게 나타났다. llkV급 수 력발전기 Qm의 크기가 372 [mV] 이하이면 양호하게 판정하고 있다[7].
- 표 1에 나타낸 바와 같이 운전 중 진단결과와 마찬가지로 디지털 부분방전 측정기를 사용하여 측정한 부분방전의 크기가 A상에서 가장 작고 C상에서 가장 높게 나타났다. 정격전압에서 측정된 부분방전 패턴은 A, B, C상 모두 슬롯방전이 우세하게 나타났다. 따라서 교류 전류-전압 특성에서 AI 및 -전압 특성에서 AtanS와 마찬 가지로 부분방전의 크기도 매우 작기 때문에 수력발전기 고 정자 권선은 절연열화가 거의 발생하지 않았으며, 절연재료의 상태가 매우 양호하게 평가되었다.
- 본 논문에서는 35년 이상 동안 운전된 2대의 수력발전기 (정격전압 llkV, 25MVA) 고정자 권선의 절연열화 상태를 평가하기 위해 운전중과 정지중 진단시험을 수행하였다. 최근 4년 동안 주기적으로 운전중에 PDA를 이용하여 NQN과 Qm의 크기를 측정하고 부분방전 패턴과 추이를 분석함으로 서 수력발전기 고정자 권선의 절연상태가 매우 양호하게 나타나고 있음을 확인할 수 있었다.
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