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문제 정의
- 좁은 가스구획으로 나뉘어진 GIS를 대상으로 GIS 절연파괴위치 추정 시스템의 적용시험을 하였다. 이는 스페이서로 나뉘어진 좁은 가스 구획 구간(1m 이하)에서 감시장치가 정상적으로 동작하는지를 평가하기 위한 시험이다. 아래 그림 5는 좁은 가스구획을 가진 GIS를 나타내고 있다.
제안 방법
- 시험 대상 GIS는 부싱부와 GIB 단말부로 이루어져 있으며, 부싱부와 GIS 단말부는 스페이서를 통해 가스구획이 분리되어 있으며, 융복합 센서 간 거리가 1m이하이다. GIB 단말부의 절연가스를 투입하지 않아 강제로 아크가 발생하도록 하였다. 측정 결과 GIB 단말부에서 아래그림과 같이 절연파괴가 탐지되었다.
- 융복합센서(가스압력, 가스온도, 가스압력파)를 이용한 GIS 절연파괴위치 추정 시스템의 현장 적용 시험을 수행하였다. 개발된 제품을 100m 길이의 GIS 및 1m 길이의 GIS를 대상으로 장착시험을 수행하였으며, 개발된 제품이 GIS 제품 시험소에 적용할 수 있는지를 검증하였다. 현재는 GIS 절연파괴 위치 추정시스템을 개발하였지만 내전압 시험 시 절연파괴 전조현상을 감시하는 부분방전 감시기능이 포함되어 있지 않다.
- 절연파괴 판정 시 우선 되어야 할 것은 GIS 내부에서 발생되는 아크와 외부에서 발생될 수 있는 노이즈를 구분하는 것이다. 그림 2와 같이 절연파괴 신호 및 외부 노이즈 신호를 Band Pass Filter와 웨이블렛을 이용하여 분석하였으며, 이를 이용해 아크와 외부 노이즈를 구분할 수 있는 판정 알고리듬을 구축하였다.
- 아래 그림 3와 같이 전체 길이 100m의 GIB 구간에 가스구획별로 융복합센서를 설치하여 실험을 진행하였다. 대상 GIS는 GIB구간으로 내전압 시험시 0~530kV(절연파괴 발생시점)까지 내전압 시험을 수행하였다.
- GIS는 실 운전 전에 조립공장에서 절연성능을 확인하기 위하여 내전압시험을 수행한다. 또한 설치 현장에서 총 조립 후 가압 시험을 수행한다. 그러나 조립/운반/설치 오류에 의한 절연성능의 하락으로 절연파괴가 발생한다.
- 본 감시장치는 GIS의 각 가스구획마다 융복합센서(가스압력센서 위치)를 설치하여 실시간으로 가스압력, 가스온도, 가스압력파를 감시하도록 개발하였다. 가스압력은 가스누기를 감시할 수 있고 가스온도는 접합부 열화를 감시할 수 있으며, 가스압력파는 가스구획 절연파괴를 감시할 수 있는 기능을 갖추고 있다.
- 본 감시장치는 가스구획마다 설치된 8개의 융복합센서(가스압력, 가스온도, 가스압력파)로부터 동시에 신호를 측정하여 실시간으로 탐지 및 분석을 수행하여, 고장 구간을 사용자에게 제시할 수 있도록 구성하였다. 아래 그림 1은 본 감시장치의 구성을 나타내고 있다.
- 시스템 개발 시 이러한 단점을 최소화하고 절연파괴를 효과적으로 탐지할 수 있는 압력파 측정방식을 선정하였다. 압력파를 이용한 방식은 GIS의 가스누기를 감시하는 기존 가스압력센서 위치에 융복합센서를 장착하는 것으로 GIS 밀폐구역의 기구적 변경이 필요치 않아 절연성능 시험에 편리하며, 아크 열에 의해 급속도로 팽창하는 가스압의 파동을 측정하므로 고성능의 분해능이 필요치 않아 오차가 적다는 장점이 있다.
- 우리는 이런 문제를 해결하기 위하여 절연성능 시험 시 사용할 수 있는 GIS 절연파괴 위치추정 시스템을 개발하였으며, 개발된 시스템의 성능을 검증하기 위하여 현장 적용 연구를 수행하였다.
- 융복합센서(가스압력, 가스온도, 가스압력파)를 이용한 GIS 절연파괴위치 추정 시스템의 현장 적용 시험을 수행하였다. 개발된 제품을 100m 길이의 GIS 및 1m 길이의 GIS를 대상으로 장착시험을 수행하였으며, 개발된 제품이 GIS 제품 시험소에 적용할 수 있는지를 검증하였다.
- 이 부분을 Open하여 유관검사를 수행한 결과 GIB 구간별 접합 부분인 Post Insulator에서 절연파괴가 발생된 것을 확인하였다. 이를 보수한 후 재시험을 수행하였다. 재시험 시 340kV에서 절연파괴가 발생하였으며, 2번 센서에서 이를 탐지하였다.
- 이를 보수한 후 재시험을 수행하였다. 재시험 시 340kV에서 절연파괴가 발생하였으며, 2번 센서에서 이를 탐지하였다. 2번 센서가 설치된 곳은 GIS 내전압 시험 시 말단에 장착되는 시험용 Zig이다.
- 좁은 가스구획으로 나뉘어진 GIS를 대상으로 GIS 절연파괴위치 추정 시스템의 적용시험을 하였다. 이는 스페이서로 나뉘어진 좁은 가스 구획 구간(1m 이하)에서 감시장치가 정상적으로 동작하는지를 평가하기 위한 시험이다.
대상 데이터
- 시험 대상 GIS는 부싱부와 GIB 단말부로 이루어져 있으며, 부싱부와 GIS 단말부는 스페이서를 통해 가스구획이 분리되어 있으며, 융복합 센서 간 거리가 1m이하이다. GIB 단말부의 절연가스를 투입하지 않아 강제로 아크가 발생하도록 하였다.
- 아래 그림 3와 같이 전체 길이 100m의 GIB 구간에 가스구획별로 융복합센서를 설치하여 실험을 진행하였다. 대상 GIS는 GIB구간으로 내전압 시험시 0~530kV(절연파괴 발생시점)까지 내전압 시험을 수행하였다.
- 현장 적용시험은 420kV GIS의 100m GIB구간과 1m의 부싱구간을 대상으로 진행하였다.
성능/효과
- 가스압력은 가스누기를 감시할 수 있고 가스온도는 접합부 열화를 감시할 수 있으며, 가스압력파는 가스구획 절연파괴를 감시할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 본 장치의 가장 큰 특징은 GIS의 변경 없이 단순 장착만으로도 절연파괴 위치를 추정할 수 있다는 것이다.
- 3번 센서가 이를 탐지하였다. 이 부분을 Open하여 유관검사를 수행한 결과 GIB 구간별 접합 부분인 Post Insulator에서 절연파괴가 발생된 것을 확인하였다. 이를 보수한 후 재시험을 수행하였다.
- 측정 결과 GIB 단말부에서 아래그림과 같이 절연파괴가 탐지되었다. 이를 통해 절연가스가 투입된 구간(부싱부)에 설치된 센서 측에서 측정한 압력파 신호와 분리됨을 검증하였다.
후속연구
- 현재는 GIS 절연파괴 위치 추정시스템을 개발하였지만 내전압 시험 시 절연파괴 전조현상을 감시하는 부분방전 감시기능이 포함되어 있지 않다. 이를 위해 향후 부분방전과 절연파괴를 동시에 감시할 수 있는 시스템의 개발이 필요하다고 판단된다.
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