[논문]154kV 전력계통 가스차단기(GCB) 소손원인 조사분석

이은춘; 신강욱; 홍성택

[국내논문] 154kV 전력계통 가스차단기(GCB) 소손원인 조사분석
Damage Cause Analysis for GCB of 154kv Power Plant 원문보기

이은춘 (한국수자원공사) , 신강욱 (한국수자원공사) , 홍성택 (한국수자원공사)

The purpose of this study is to find the cause of the damage to the GCB(Gas Circuit Breaker), since the GCB of the 154kV power plant at the Hap-Cheon Dam has already been damaged twice. We researched the characteristics of this class of circuit breaker and the possible causes for this type of damage to the GCB using the FTA(Fault Tree Analysis) Method. We studied the optimal maintenance method of the GCB, the stability analysis and power serge protection of Hap-Cheon Dam, and the power serge and fault list of the power transmission line to help prevent a reoccurrence of the problem.

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문제 정의

본 연구에서는 한국수자원공사의 합천댐 관리단 수력발전소 154kV 전력계통에 설치 운영중인 가스차단기 (GCB : Gas Circuit Braker)의 소손원인에 대하여분석하고, 이에 대한 문제점 도출 및 해결방안을 제시코자 한다.
AfFault Tree Analysis)에의한 항목별 원인분석 방법을 이용하였고, 계통의 고장해석은 EMTP(Electromagnetic Program) 프로그램을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 이와 같은 절차를 통하여 문제점을 도출하고 GCB 및 주변기기의 사고방지 대책을 현장여건에 알맞도록 제시하였다.

제안 방법

변전소 인근 철탑에 뇌격 발생시 차폐실패 혹은역섬락에 의해 발생되는 뇌과전압은 발변전소에 침입하여 변압기, 차단기 등에 전위상승을 일으키고, 각종 기기의 절연에 커다란 위협요소로 작용하므로. 본 모의 해석은 합천댐 옥외변전소로 유입되는 뇌격 과전압의 크기를 알아보기 위하여 미국 EPRI(미국전기연구소)에서개발한 국제적 범용 과도해석 프로그램 (EMTP)을 이용하여 차단기에 발생 가능한 과전압을 계산하였다.
선로 및 발변전소에 대한 여러 가지 사고발생 상황을모의하기 위해, 합천댐 옥외변전소내에 설치된 차단기의조작 상황을 표 4와 같이 3단계로 접지저항이 변화되는상황을 고려하여 Case study를 수행하였다.

대상 데이터

154kV 전력계통에서 사용중인 가스차단기 소손원인분석대상을 합천수력 제1발전소 가스차단기(152T-L 152T-2)로 선정하였으며, 본 차단기는 '97년, '98년 2 회에 거쳐 소손사고를 일으켰다.

이론/모형

소손원인 분석은 F - T . AfFault Tree Analysis)에의한 항목별 원인분석 방법을 이용하였고, 계통의 고장해석은 EMTP(Electromagnetic Program) 프로그램을 이용하여 컴퓨터 시뮬레이션을 실시하였다. 이와 같은 절차를 통하여 문제점을 도출하고 GCB 및 주변기기의 사고방지 대책을 현장여건에 알맞도록 제시하였다.

성능/효과

옥외변전소의 각 구간별 절연저항값을 1, 000V 용 Megger를 사용하여 측정한 결과, GCB 2차측 측정값은 대지와 완전 접촉된 지락상태로 판명되었고, GCB 3 상중 R상은 양호하게 나타났지만, S상, T상은 아주 불량하게 나타났다.
사고 GCB를 분해 점검한 결과, GCB 내부의 주요부속품의 상태는 비교적 양호하였으나, GCB 내부에 절연작용 목적으로 충진된 SF6가스의 오염정도는 Gas Checker(GASTEC IM04GV100SJI)를 이용하여 측정한 결과, 기준치인 5ppm을 훨씬 넘어 가스측정기의 Scale Over하는 정도를 나타났다. 그리고 절연저항 측정시 S상, T상의 절연이 불량하였던 것과 마찬가지로그 두 상의 가동접촉자용 절연조작봉이 심하게 그을렸으며, 사고 파급으로 절연 지지물까지 흑화현상이 나타났다.
Over하는 정도를 나타났다. 그리고 절연저항 측정시 S상, T상의 절연이 불량하였던 것과 마찬가지로그 두 상의 가동접촉자용 절연조작봉이 심하게 그을렸으며, 사고 파급으로 절연 지지물까지 흑화현상이 나타났다. 소손된 절연조작봉의 도면 및 사진은 그림 1 및 2 와 같다.
변압기 붓싱을 단자에서 분리하고 변압기를 포함한 변전소 전체설비를 대상으로 절연저항값을 측정, 분석한결과 주변압기의 절연상태는 양호한 것으로 분석되었으며, GCB의 절연상태가 극히 불량하여 GCB의 절연상태를 알아보기 위해 탱크 내부의 SF6가스 오염정도를측정한 결과 오염도의 최대치인 5ppm이하 보다 많은 lOppm을 훨씬 상회하고 있었다.
사고 GCB를 분해 점검한 결과, GCB 탱크 내부의주요 부속품의 상태는 비교적 양호하였으나, 절연작용목적으로 사용된 SF6 가스가 순간 절연내력을 상실하면서 심하게 오염되어 탱크내부 및 내부 부속품이 그을러있었고, 절연저항 측정시 R, S T상의 절연이 불량하였던 것과 마찬가지로, 3상의 가동접촉자용 절연조작봉이심하게 그을렸으며, 사고 파급으로 절연 지지물까지 흑화현상이 나타났다. 또한 탱크내부에서 절연파괴시 열압력이 심하게 가해진 붓싱 내부에도 혹화정도가 심하여재사용 할 수 없을 정도였다.
2회에 걸쳐 발생된 GCB소손 사고를 항목별로 분석한결과, 자연현상으로 발생된 낙뢰로 의하여 뇌과전압이변전소로 침입, 절연이 비교적 약한 부분인 GCB탱크내부에서 절연파괴를 일으킨 사고였음을 알 수 있었고, 절연파괴 부분은 가동접촉자 조작용 절연조작봉이었다. 따라서.
이상과 같이 합천수력 송전선에 100kA의 뇌격이 가해졌을 경우, 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 안전도를 검증해 본 결과 변압기 2차측(송전측)은 뇌과전압으로부터 완전 무방비 상태임이 입증되었고, 발전기 2대를 동시에 가동할 경우는 변압기 2차측에 설치된 피뢰기의동작으로 뇌 임펄스 전압이 약 631kV로 되어 기준절연강도인 750kV 이하에서 유지되고 있다.
그리고 두 대의 차단기가 모두 Close되었을 경우. 옥외변전소의 접지저항 변화를 예상하여 시뮬레이션 해본결과, 접지저항 LQ과 10S은 10배의 차이를 갖고 있지만 뇌과전압의 증가폭은 631kV에서 667kV로 약 36kV로서 그 변화 폭이 적었다.
T . A 방법을 이용하여 소손원인을 분석한 결과 2 회의 사고원인이 송전선에서 유입된 낙뢰로 밝혀졌다. 2 회 사고 모두 GCB탱크 내부의 가동접촉자용 절연조작봉이 절연파괴 되었고, 탱크 내부가 심하게 그을려 있었다.
또한 송전선에서 유입되는 뇌과전압을 컴퓨터 시뮬레이션 해본 결과 변전 기기의 BIL 750kV를 훨씬 초과하는 2, 311kV까지 상승되는 것으로 나타났다. 이와 같이 높은 뇌과전압은 GCB뿐만 아니라 변전시스템을 구축하고 있는 모든 기기의 절연에 치명적인 손상을 일으킬 수 있는 전압이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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