[논문]154kV GIS 변전소 P.T. 철공진 규명 및 방지대책

최원수; 김승규; 지성구; 김순태

문제 정의

T:1) 규모의 고홍변전소를 선정하였고, 향후 설비증설에 따른 모선길이 연장. 모선에 연결되는 차단기 대수 증가 등을 고려한 몇가지 경우에 대해 모의하였다. EMTP 해석대상 단선도 및 등가회로는 그림 2-4 및 2-5와 같다.
본 논문에서는 철공진현상의 현장실측 및 전자과도 해석프로그램 (EMTP : Electromagnetic Transient Program)에 의한 철공진 방지대책을 제시하고, 「철공진방지장치」의 제작 및 현장설치에 의한 실증시험결과 분석을 통해 철공진 예방효과를 확인하여, 154kV GIS 형 변전소의 철공진에 의한 고장예방에 기여코자 한다.

가설 설정

3.1.2 포화리 액터는 포화시점에서부터 완전포화까지의 급격한 Curve를 갖는 특성을 지닐 것

제안 방법

154kV GIS 변전소의 철공진현상에 대한 고장방지 대책으로, 포화톡성을 갖는 리액터와 저항의 직렬회로를 P.T 2차회로에 연결하여, P.T 2차측 손실을 크게 함으로써 철공진현상을 방지하는 방법을 선정하고, EMTP 해석 및 현장실증 시험을 통해 철공진 억제에 가장 효과적인 제동장치 특성을 도출하여. 철공진방지장치를 제작설치 후 효과를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
154kV GIS변전소의 철공진현상 현장확인을 위해 실계통 변전소를 대상으로 현장실측을 수행하였다. 대상 변전소는 154kV 고흥, 장성, 구룡 변전소를 대상으로하였으며, 선정조건은 154kV GIS 변전소중 차단기의 고장전류 차단능력이 50〔KA〕인 변전소중 국내 GIS 제작사별 각 1개 변전소 선정을 원칙으로 하였다.
T 포화전압보다 낮은 특성을 가져야 한다. 따라서 현장적용 철공진방지장치의 과포화리액터 포화전압은 P.T 포화전압(2차 정격전압 110V기준 170-180V) 보다 낮은 150VC₁₁0V의 135%) 정도에서 포화되도록 하였고, 일단 포화되면 그림 2-8과 같이 급격히 포화되는 특성을 가지도록 하였다.
T 2 차측에 나타나는 공진 파형을 측정하거나, 분리 하고자하는 모선에 연결된 차단기중 1대를 차단시킨 추 분리하고자 하는 모선에 남겨두고 나머지 송전선로와 주변압기를 다른 모선으로 전환시킨 다음 Bus-Tie 차단기로 차단, 투입을 반복하면서 측정하였다. 철공진현상이 지속될 경우는 P.T 2차희로나 P.T 자체에 악영향을 끼치므로 Bus-Tie 차단기를 차단한 후 3-4초 이내에 재 투입하였다. 측정대상 변전소별 측정결과는 그림 2-L 2-2, 2-3과 같이 나타났다.
대상 변전소는 154kV 고흥, 장성, 구룡 변전소를 대상으로하였으며, 선정조건은 154kV GIS 변전소중 차단기의 고장전류 차단능력이 50〔KA〕인 변전소중 국내 GIS 제작사별 각 1개 변전소 선정을 원칙으로 하였다. 측정 계측기는 오신로스코프(Yokogawa DL1540), ProbefTek- tronik P6O₁₅A)를 사용하였고, 측정위치는 계통에서 분리하고자 하는 모선의 P.T 2차측 단자로 하였으며, 즉정방법은 계퉁에서 분리하고자 하는 모선에 연결된 주변압기와 송전선로를 모두 다른 모선으로 전환시킨 다음 Bus-Tie 차단기로 차단 및 투입을 반복하면서 P.T 2 차측에 나타나는 공진 파형을 측정하거나, 분리 하고자하는 모선에 연결된 차단기중 1대를 차단시킨 추 분리하고자 하는 모선에 남겨두고 나머지 송전선로와 주변압기를 다른 모선으로 전환시킨 다음 Bus-Tie 차단기로 차단, 투입을 반복하면서 측정하였다. 철공진현상이 지속될 경우는 P.

대상 데이터

EMTP 모의대상 변전소는 154kV GIS 6Bay (T/L:2, M.Tr:2, Bus'Tie:l, P.T:1) 규모의 고홍변전소를 선정하였고, 향후 설비증설에 따른 모선길이 연장. 모선에 연결되는 차단기 대수 증가 등을 고려한 몇가지 경우에 대해 모의하였다.
대상 변전소는 154kV 고흥, 장성, 구룡 변전소를 대상으로하였으며, 선정조건은 154kV GIS 변전소중 차단기의 고장전류 차단능력이 50〔KA〕인 변전소중 국내 GIS 제작사별 각 1개 변전소 선정을 원칙으로 하였다. 측정 계측기는 오신로스코프(Yokogawa DL1540), ProbefTek- tronik P6O₁₅A)를 사용하였고, 측정위치는 계통에서 분리하고자 하는 모선의 P.

성능/효과

EMTP 모의결과, 그림 2-6에 나타난바와 같이 모선이 가압된 상태에서 차단기가 분리되면 약 80(msec] 동안은 과도상태로 진행하다가, 일정시간 후 주파수는 전원전압과 같아지고, 전압은 전원전압의 2배 이상 크기로 되어 공진형상이 지속되는 형태로 나타났다.
고림2T0과 같은 철공진 발생 계통조건에서 그림2-8 과 같은 특성을 지닌 리액터를 직렬저항(2Q)과 함께 P.T 2차부하에 병렬연결 하는 조건에서 EMTP 해석결과 그림2-11 과 같이 철공진현상이 현저히 제동되는 결과를 얻었고, 실제 철공진방지장치 부착상태에서 측정한결과 또한 그림2-12와 같이 제동된 형태로 나타났다.
그리고 철공진시 제동역할을 하는 제동저항(Damping Resistance) 크기는 GIS 제작사별로 차단기의 등가 정전용량과 모선의 둥가 정전용량 변화 등을 고려한 EMTP 모의를 통해 산정 하였는데, 제동저항 크기가 2:Q] 정도인 경우에 제동역할이 가상 효과적인 것으로 나타났다. 제작사별 EMTP 모의결과는 표2-1 및 표 2-2에 나타나바와 갇다
그리고 철공진을 일으키는 주요변수인 정전용량 변화에 따른 공진특성을 검토한 결과 동일조건 모선에서 모선에 연결되는 차단기가 적을수록 모선의 길이가 길수록 공진발생 가능성이 적은 것으로 나타났다.
철공진방지장치 설치조건에 의한 EMTP 해석 및 현장 설치후 현장 실측결과 철공진현상이 현저하게 감소하는 결과를 얻었다.

후속연구

따라서 기설 154kV GIS 변전소의 철공진 방지대책으로는 EMTP 해석 및 현장실증 시험에 의해 산정된 특성을 지닌 철공진방지 장치를 설치함으로써 철공진 현상억제가 가능할 것으로 보인다.

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