[논문]유입변압기의 절연열화물 분석에 의한 열화진단

박현주; 남창현; 윤여찬

문제 정의

전형적인 연구 방법은 용기 안에 오일과 종이를 구리나 철 등과 함께 넣어 변압기와 유사한 시스템을 만들어 열을 가하는 실험이다. 본 논문에서는 절연지의 열화생성물인 furfural을 분석하여 변압기의 건전성을 평가하고, 현장에서 운전 중인 변압기들에 대한 furan 분석결과를 토대로 변압기 절연물 평가방법 및 향후 변압기 열화 진단기준 정립을 모색하고자 한다.

제안 방법

10년 미만으로 운전된 변압기의 경우 대다수가 furfural 농도가 낮게 나타났으며, 아크나 과부하 둥에의해 5ppm 이상 검출된 사례도 있었다. 그리고 표 2와 3에 19*0-70년대에 설치된 화력발전소용 대용량 변압기들에 대한 결과와 수력발전소에 설치된 변압기들에 대한결과를 비교하여 나타내었다. 표에서 알 수 있듯이 비슷한 년도에 설치된 변압기들이지만 수력발전소처럼 부하율이 낮은 변압기의 경우 절연물의 경년열화가 상대적으로 느리게 진행됨을 알 수 있다.
절연유 중용 존 가스 분석결과는 양호한 상태이나, 변압기 내부점검 시 절연유의 달기작업을 시행하여 정확한 이상진단이 어려운 상태였고, 절연유의 열화정도를 나타내는 전산 가와 수분 함량이 매우 높아 불량한 절연유 품질을 나타내고 있었다. 그리고, 고체절연물의 열화생성물인 furfural 분석 결과, 나무목, 절연지 둥의 고체절연물의 열화가 매우 심한 것으로 판단되어 단기적으로는 추적분석을 시행하고, 장기적으로는 절연지를 채취하여 물리.화학적 '특성시험을 통하여 변압기의 산존수명 평가를 수행하고 계속사용여부룰 판단하도록 하였다.
분리가 된다. 먼저 TCD(thermal conductivity detector) 에서 2 및 N₂ 가스가 검출되고, CO 및 CO 가스는 고온의 Methanizer> 통과한 후 FID(flame ionization detector)에서 CHi, C₂, C₂H₂ 및 C₂H₄ 가스와 함께 검출되며, 기기는 GC(Varian 3600)를 사용하였다.
그리고, 고체절연물의 열화생성물인 furfural 분석 결과, 나무목, 절연지 둥의 고체절연물의 열화가 매우 심한 것으로 판단되어 단기적으로는 추적분석을 시행하고, 장기적으로는 절연지를 채취하여 물리.화학적 '특성시험을 통하여 변압기의 산존수명 평가를 수행하고 계속사용여부룰 판단하도록 하였다. 변압기 내부정밀점검 결과, 내부목재 및 리드단자 열화 흔적이 발견되었고, bushing cap의 조임상태가 이완되어 0-의 압출 불량으로 빗물이 침투하여 core 일부에 녹이 발생되었고 절연유가 심하게 변색되어 있었으며 tank 내부 표면에 카본 성 슬러지가 다량 부착되어 있었다.

성능/효과

변압기 내부정밀점검 결과, 내부목재 및 리드단자 열화 흔적이 발견되었고, bushing cap의 조임상태가 이완되어 0-의 압출 불량으로 빗물이 침투하여 core 일부에 녹이 발생되었고 절연유가 심하게 변색되어 있었으며 tank 내부 표면에 카본 성 슬러지가 다량 부착되어 있었다. 그래서, 절연유를 교체하여 사용한 결과 furfwal의 농도가 10배 정도 감소하였으며, 다른 물성들도 모두 양호한 것으로 나타났다. 결국, 절연유를 교체한 후 furfural 농도는 원래 농도의 10%로 감소하였으며, 이는 과부하에 의한 열화를 경감시키는데 효과적일 것이다.
상당히 높게 관찰되었다. 그리고, 운전년수가증가할수록 조금씩 furfural 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 현장사례를 살펴보면, 1984년에 제작된 변압기의 내부점검결과 이상이 발생되어 가스분석 및 여러 가지 물성분석을 시행한 결과, 가스분석은 정상이었으나 전산가 및 수분함량이 매우 높아 품질이 불량하고 furfural의 농도가 1pm이상 높게 검출되었다.
따라서, 절연지의 열화상태를 판단할 때는 가스분석과 furfural 분석과의 종합적인 결과를 바탕으로 판단하는 것이 필요하다. 또한, 절연지의 상태가 불량할 때 절연유를 교체하여 운전한 결과 furfural의 농도가 원래 농도의 10%로 감소하였으며, 이는 과부하동안에 열화 속도를 지연시키는데 효과적일 것이다. 향후 과제목표는 국내운전 중인 변압기들에 대한 수명예측프로그램을 개발하여 변압기의 수명진단 및 적기교체 등에 활용할 예정이다.
우선 furfural 분석결과, 한전의 경우 2-furfural 만이 일정한 농도로 관찰되었으며, 그 외 퓨란 유도체는 거의 검출되지 않았다. 현장에서 운전 중인 변압기들에 대한 분석 결과를 토대로, 그림 3과 4에 furfural 분석 결과와 운전 기간 및 가스분석 결과와의 관계에 대해 나타내었다.
현장사례를 살펴보면, 1984년에 제작된 변압기의 내부점검결과 이상이 발생되어 가스분석 및 여러 가지 물성분석을 시행한 결과, 가스분석은 정상이었으나 전산가 및 수분함량이 매우 높아 품질이 불량하고 furfural의 농도가 1pm이상 높게 검출되었다. 절연유 중용 존 가스 분석결과는 양호한 상태이나, 변압기 내부점검 시 절연유의 달기작업을 시행하여 정확한 이상진단이 어려운 상태였고, 절연유의 열화정도를 나타내는 전산 가와 수분 함량이 매우 높아 불량한 절연유 품질을 나타내고 있었다. 그리고, 고체절연물의 열화생성물인 furfural 분석 결과, 나무목, 절연지 둥의 고체절연물의 열화가 매우 심한 것으로 판단되어 단기적으로는 추적분석을 시행하고, 장기적으로는 절연지를 채취하여 물리.
절연유에 대한 분석결과를 살펴보면 30년이 경과된 전력용 변압기의 경우 furfral이 5ppm 이상 검출되었오며, 1960년대와 1970년대에 설치된 화력발전소의 대용량변압기의 경우 CCh나 CO 가스는 예상되는 정도의 높은 농도로 측정되지 않는 반면에 furfural은 약 2ppm에서 5ppm으로 상당히 높게 관찰되었다. 그리고, 운전년수가증가할수록 조금씩 furfural 농도가 증가하는 경향을 나타내었다.
그리고, 운전년수가증가할수록 조금씩 furfural 농도가 증가하는 경향을 나타내었다. 현장사례를 살펴보면, 1984년에 제작된 변압기의 내부점검결과 이상이 발생되어 가스분석 및 여러 가지 물성분석을 시행한 결과, 가스분석은 정상이었으나 전산가 및 수분함량이 매우 높아 품질이 불량하고 furfural의 농도가 1pm이상 높게 검출되었다. 절연유 중용 존 가스 분석결과는 양호한 상태이나, 변압기 내부점검 시 절연유의 달기작업을 시행하여 정확한 이상진단이 어려운 상태였고, 절연유의 열화정도를 나타내는 전산 가와 수분 함량이 매우 높아 불량한 절연유 품질을 나타내고 있었다.

후속연구

또한, 절연지의 상태가 불량할 때 절연유를 교체하여 운전한 결과 furfural의 농도가 원래 농도의 10%로 감소하였으며, 이는 과부하동안에 열화 속도를 지연시키는데 효과적일 것이다. 향후 과제목표는 국내운전 중인 변압기들에 대한 수명예측프로그램을 개발하여 변압기의 수명진단 및 적기교체 등에 활용할 예정이다.

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