전력 산업의 교류 송변압 시스템에서 핵심 설비인 유입식 콘덴서 변압기는 전력 전송이라는 막중한 책임을 맡고 있습니다. 60~110kV의 중전압 범위에서 이 변압기는 매우 중요한 역할을 합니다. 유입식 변압기의 기본 구조는 유입식이며, 변압기의 권선과 심선은 철유 탱크에 밀봉되어 있고, 탱크에는 변압기 절연유가 주입됩니다. 변압기 본체와 외부 송변압선 사이의 연결은 변압기 박스 커버에 설치된 유입식 콘덴서 변압기 부싱을 통해 이루어집니다. 이 부싱은 전류를 전송하는 역할뿐만 아니라 시스템의 안전한 작동을 보장하는 핵심 부품이기도 합니다.
전류를 전달하는 출력 장치인 부싱은 규정된 전기적 강도와 충분한 기계적 강도를 갖춰야 합니다. 부싱의 상부는 외부 공기 또는 케이블 출력 장치와 접촉하고, 중간 부분은 측정 장치 또는 박스 커버 플랜지에 단단히 고정되며, 하부는 오일 탱크 내부의 오일에 잠겨 있습니다. 특히, 하부 부싱의 활선 부분과 탱크 벽, 플랜지, 코어 클램프 등의 접지 부분 사이에는 일정한 절연 거리를 유지해야 합니다. 이 거리는 변압기의 시험 전압에 따라 설정되며, 전압 레벨이 높아질수록 증가합니다. 또한, 절연 거리의 크기는 부싱 활선 부분의 구조와 접지 부분의 형상과 밀접한 관련이 있습니다. 특히 60kV 이상의 전압 레벨에서는 부싱 하단에 일반적으로 모서리가 둥근 그레이딩 볼이 장착되며, 접지 부분의 형상은 날카로운 모서리, 호 또는 평면 등 다양한 형태를 가질 수 있습니다.
변압기 부싱 상단에 설치되는 그레이딩 링은 일반적으로 절연체 부싱 상단에 위치하며, 고리 모양의 강철 링입니다. 이 장치의 핵심적인 역할은 무엇일까요?
낙뢰를 받았을 때 절연체의 전압 분포는 종종 불균일하며, 대부분의 전압 강하는 낙뢰가 떨어진 끝부분 근처의 매우 짧은 거리에 집중됩니다. 이는 해당 영역의 절연 강도가 매우 높아야 함을 의미합니다. 그렇지 않으면 국부적인 절연 파괴가 발생할 경우, 이러한 불균일한 전압 분포가 절연체의 다음 부분에도 영향을 미치게 됩니다. 절연체의 절연 파괴 길이가 길어질수록 이러한 문제는 더욱 심각해집니다. 그러나 절연 강도를 높이면 비용이 크게 증가합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 절연체의 끝부분(즉, 낙뢰가 떨어진 부분)에 전압 등급링을 설치할 수 있습니다. 전압 등급링은 인덕턴스 효과를 이용하여 접지로 흐르는 정전 용량 전류를 평형시켜 낙뢰로 인한 과전압을 비교적 균등하게 분산시킵니다. 이를 통해 절연체 전체 길이를 활용하여 낙뢰의 영향을 효과적으로 차단할 수 있으며, 결과적으로 전기장 분포를 개선하고 특정 부분이나 지점에서 과도한 전기장 강도가 발생하는 것을 방지할 수 있습니다.
변압기 부싱 하단의 전압 평형 볼을 최적화하고 라이저의 시너지 효과를 극대화하는 방법은 무엇일까요?
전력망의 핵심 구성 요소인 변압기 부싱은 전력과 변압기를 연결하는 중요한 역할을 합니다. 전력 전송의 모든 단계에서 부싱의 안정성은 변압기의 안전은 물론 전체 전력망의 안전에 직접적인 영향을 미칩니다. 고전압 환경에서 변압기 절연 파손은 가장 흔한 잠재적 위험 요소이므로 부싱 내부의 절연 문제를 심층적으로 분석하는 것이 특히 중요합니다. 현재 부싱 절연 연구는 주로 부싱 자체의 전압 저항에 초점을 맞추고 있으며, 변압기와의 연관성을 고려한 연구는 드뭅니다. 그러나 부싱은 궁극적으로 변압기에 설치되며, 실제 작동 환경은 단독으로 테스트할 때와는 매우 다릅니다. 따라서 부싱과 변압기 라이저를 함께 고려하여 부싱 내부의 전기장 분포를 분석하고, 절연 신뢰성을 향상시키며 라이저의 경량 설계를 실현하는 것이 필요합니다.
변압기 오일의 절연 파괴 이론을 바탕으로, 일부 문헌에서는 부싱 후단의 전압 평형 볼 주변의 전기장 분포 특성을 심층적으로 연구해 왔습니다. 본 연구에서는 변압기 절연 설계의 핵심 이론인 오일 체적 이론을 상세히 소개할 뿐만 아니라, 변압기 내부 절연 설계에서 허용 가능한 전계 강도를 계산하는 방법을 제안합니다. 국가전력망 220kV 변압기의 고전압 부싱 평형 볼과 라이저 시트를 연구 대상으로 삼아, 표면 전하법과 유한 요소법이라는 두 가지 전기장 시뮬레이션 기술을 사용하여 상세한 분석을 수행합니다. 평형 볼의 표면 전계 강도를 정확하게 계산한 후, 전계 강도에 영향을 미치는 요인, 특히 평형 볼의 필렛과 표면 절연 커버 두께에 초점을 맞춥니다. 동시에 실제 제조 가능성을 고려하여 필렛과 절연 커버 두께에 대한 최적화 방안을 제시합니다. 또한, 본 연구에서는 라이저 시트 직경의 소형화 설계에 대해서도 살펴봅니다. 유한 요소법을 이용하여 라이저 시트 직경 감소 후 그레이딩 볼 표면의 전기장 변화를 상세히 계산하고, 오일 체적 이론과 결합하여 충분한 안전 여유를 확보하는 허용 전기장 강도를 결정했습니다. 마지막으로, 최적화 방안을 실제 220kV 변압기 부싱에 적용하고, 변압기에 완전히 조립한 상태와 별도로 절연 시험을 수행한 결과 모두 성공적으로 완료되어 최적화 방안의 효과를 검증했습니다. 본 솔루션은 전압 평형 볼의 모따기 및 표면 절연 코팅을 통해 라이저 시트 직경을 효과적으로 줄여 제조 비용을 절감할 뿐만 아니라, 향후 해당 전압 레벨 부싱 라이저 시트 크기 선정에 유용한 참고 자료와 지침을 제공합니다. 고전압 전력 절연 시험, 고전압 전압 평형 링 및 절연 내전압 시험에 대해서는 상하이 데믹스 파워 테크놀로지 유한회사(Shanghai DEMIKS Power Technology Co., Ltd.)로 문의하십시오. 연락처: contact@demikspower.com
고전압 부싱용 고전압 테스트 항목 전체 목록
(공장 테스트, 인수 테스트 및 예방 테스트로 분류되며, 등급 링을 사용한 내전압 테스트 및 부분 방전 측정과 같은 핵심 항목을 포함합니다.)
적용 제품: 유입식 변압기 부싱, GIS 부싱, 벽 관통형 부싱, 계기용 변압기 부싱(35kV/110kV/220kV/500kV) 적용 표준: GB/T 4109, DL/T 596, DL/T 1476
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일반 육안 검사 및 기본 사전 테스트 (모든 테스트의 필수 조건)
육안, 치수 및 그레이딩 링 조립 검사 부싱의 자기 절연체에 균열, 손상 및 오일 누출이 있는지 확인하고, 플랜지 밀봉이 제대로 되어 있는지 확인하며, 그레이딩 링이 동심원을 이루고, 버(burr)가 없으며, 날카로운 모서리에서 코로나 방전 위험이 없도록 올바르게 장착되었는지 확인합니다.
절연유 테스트(유침형 부싱 전용) 테스트에는 절연유의 유전 손실, 절연 파괴 전압, 수분 함량 및 크로마토그래피 분석이 포함됩니다.
절연 저항 시험(메가옴미터 시험)은 2500V/5000V 메가옴미터를 사용합니다.
- 유전 손실 및 정전 용량 측정 (결함 식별을 위한 최고 수준의 감도를 제공하는 필수 핵심 테스트)
시험 대상: 부싱의 주 절연체, 엔드 스크린 절연체 측정 항목: 주 절연체의 유전 손실 계수 tanδ + 정전 용량 Cₓ
III. 전력-주파수 전압 내압 시험 (등급 링이 장착된 일체형 절연 내압 시험, 앞서 언급한 항목)
단시간 전력-주파수 내성 시험(1분 내성 시험)
시험 변압기 의 고전압 단자를 부싱 상단의 그레이딩 링에 연결하고, 플랜지와 엔드 스크린을 확실하게 접지하십시오. 전압 승압 절차: 일정한 속도로 전압을 상승시키고, 시험 전압의 75%에 도달한 후 승압 속도를 늦추십시오. 정격 내전압을 60초 동안 유지하십시오. 합격 기준: 절연 파괴 없음, 표면 섬락 없음, 뚜렷한 이상 소음 없음, 누설 전류의 급격한 서지 없음.
건식 섬락 및 습식 섬락 내성 시험(공장 형식 시험)
비가 오거나 오염된 환경에서의 작동 조건을 시뮬레이션하여 부싱 외피 절연체의 연면거리 성능을 검증하십시오. 옥외 벽면 관통형 부싱 및 변압기 부싱에 필수적입니다.
2. 부분방전 (PD) 시험 (110kV 이상 부싱에 대한 필수 고전압 시험)
전력-주파수 부분 방전 측정 (그레이딩 링 설치 시)
예비 응력 전압과 측정 전압을 인가하고, 시험 전 과정에 걸쳐 부분 방전 크기를 pC 단위로 지속적으로 모니터링합니다. 배선 방법: 고전압을 부싱 도체 로드와 그레이딩 링에 연결하고, 부분 방전 검출기는 출력 화면에서 신호를 수집합니다. 허용 기준: 110kV: ≤10pC; 220kV: ≤5pC; 500kV: ≤3pC 기능: 내부 공극, 절연 박리, 금속 버, 그레이딩 링의 편심 조립으로 인한 전기장 왜곡 방전을 검출합니다.
3. 낙뢰 충격 내성 시험 (형식 시험 / 공장 정기 시험)
전파 임펄스(1.2/50μs)와 단축파 임펄스를 인가하여 부싱의 낙뢰 과전압 내성을 검증하십시오. 고전압 제조 공장에서는 필수적인 절차입니다.
직류 전압 내압 시험/누설 전류 측정 (기존의 오일페이퍼 부싱 및 케이블 부싱에 공통적으로 적용됨)
고전압 직류 발생기를 부싱 상단의 그레이딩 링에 연결하고, 전압을 단계적으로 높이면서 각 단계에서의 누설 전류를 기록합니다. 동일한 전압 조건에서 3상 간의 누설 전류 차이를 비교합니다. 위상 차이가 50%를 초과하면 절연이 감쇠되었거나 열화된 것을 나타냅니다. 참고: 새 에폭시 및 복합재 부싱의 경우 전력 주파수 내압 시험을 권장하며, 직류 시험은 보조 진단 방법으로만 사용합니다.
