송전시설의 주요한 부분을 점하고 있는 변압기, Bushing 및 전력 Cable등에 대한 종래의 절연열화의 판정방법으로서 Megger 시험, 직류분시험등의 비파괴시험등에 여러가지 형태로 실시되고 있다. 이와같은 시험결과에서 절연물이 어떤 상태에 있는가를 확실하게 알 수 있지만 그 수명까지는 정확하게 알 수 있는 단계까지는 도달하지 못하고 있다. 따라서 전력기기의 보수관리방식으로써 새로 도입된 생산보전이라는 면에서 절연진단을 새로운 각도에서 보더라도 100% 완전한 방법을 얻는다는 것은 현재로는 곤란한 일이다. 그러나 다음에 기술하는 진단방법을 적절히 생산보전의 면에 도입하여 보수관리를 하면 점차적으로 그 효과가 좋은 실적으로 나타날 것으로 기대하여 이 분야에 관계하는 분들에게 다소나마 도움이 된다는 생각으로 현행의 절연열화진단법을 소개한다.
고압회전기의 고정자권선에는 열, 전기 및 기계적, 환경적 스트레스가 단독 또는 복합적으로 가해지며, 이러한 응력들은 기기의 크기, 정력, 동작상태 등에 따라서 변화된다. 따라서 주기적인 절연진단 시험을 통하여 절연상태를 평가하고 그 변화추이를 검토하여 잔여수명을 예측함으로써 보수 및 교체시기를 계획하여 절연파괴로 인한 대형사고를 예방하는 것이 가장 바람직하다. 본 논문에서는 대용량 회전기의 정지기간 동안 실시하는 진단시험 및 열화상태 판정법등에 관하여 서술하고자 한다.
본 연구는 전동기의 부분방전에 의해 발생되는 전자파를 측정하여 전동기의 열화상태를 진단할 수 있는 전동기 절연열화진단시스템을 설계하는 방법을 제안하고자 한다. 따라서 부분방전에 의한 전자파를 측정하는 시스템을 구성하고, 측정된 데이터를 분석하여 정량화된 특징 데이터를 추출하고 생성된 데이터를 이용한 뉴로-퍼지 진단모델설계 방법을 제시한다. 그리고 제안된 방법에 의해 설계된 진단모델을 실측데이터를 통해 진단하여 그 타당성을 입증하고자 한다. 1단계 연구로, 본 연구에서는 현장 전동기의 전자파를 On-Line으로 계측하는 시스템을 구성하여 전동기의 절연체내에서 발생하는 부분방전에 의한 전자파를 계측하여 데이터로부터 전동기의 절연열화상태를 해석하여 절연 열화와의 관계를 분석하였다.
수력발전기의 운전중 신뢰성 및 장기 사용된 발전기의 경우 노후도 평가를 위한 지표로 고정자권선의 물리적 절연상태를 평가하는 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 시험방법은 크게 부분방전 특성을 검출하는 운전중(On-line) 진단기법과 정지중(Off-line) 진단기법이 있다. 운전중 진단기법은 발전기의 정지없이 상시 상태를 감시할 수 있는 장점이 있으므로 활용도가 증가되고 있고 정지중 진단기법은 고정자권선 절연상태를 정밀하게 평가할 수 있는 잘 알려진 시험법으로 권선의 절연상태를 모니터링하여 운영자에게 고장징후를 알려주고, 예측보전이 가능하도록 도움을 주고 있다. 이 논문에서는 장기간 운영된 대용량 수력발전기의 정지중 절연진단기법(성극지수, 교류전류, 유전정접, 부분방전) 결과의 통계적 추이변화 고찰을 통하여 대용량 수력발전기 고정자 권선의 신뢰성평가를 실시하였다.
고전압설비의 열화상태를 분석하기위해 현장에서 실시하는 대표적인 절연진단시험으로 절연저항, 성극지수, 유전정접, 부분방전시험이 수행되고 있다. 이들 시험중에 부분방전시험은 국부적인 열화진단이 가능하여 현재 가장 신뢰성 있는 진단방법으로 이용되고 있지만, 변압기와 케이블의 경우 우수한 절연특성으로 부분방전 발생량이 미소하고, 현장의 주변노이즈로 인하여 효과적인 측정이 어렵다. 따라서, 본 논문에서는 현장진단에 적용 할 수 있고, 일반적인 절연물의 열화정도분석이 가능한 유전정접시험을 이용하여 실제 산업현장에서 측정한 고전압 변압기와 케이블의 유전손실계수의 경향성을 분석하였다.
지금까지 변압기의 유지보수는 일상순시와 전력설비를 일정기간 사용함에 따른 정기점검에 의하여 불량개소를 발견하고 보수하는 일정주기에 따른 예방보수를 하였으나, 경제적인 유지와 신뢰성 있는 전력공급을 위하여 변압기의 상태를 점검하여 정비하는 상태점검으로 전환하고 있다. 따라서 최근에는 변압기의 이상징후를 운전상태(on-line)에서 상시 감시하여 장래에 일어날 사태 등을 예측하고 그것이 치명적이기 이전에 처리하는 예측보전기술 중심으로 변하고 있다. 변압기의 내부이상을 진단하는 방법으로는 부분방전법, 절연유의 특성시험 및 가스분석법, 역률측정법, 저압서어지 시험법 등이 있으나, 진단방법의 특성 및 신뢰성을 고려할 때, 어느 한 방법으로는 불충분하므로 각종 진단 결과의 종합분석이 필요하다.
본 논문은 3상 교류기기 고정자 권선의 주절연과 상간 절연의 절연 상태 진단에 대한 연구이다. 각 상의 차동 누설 전류 측정을 이용하여 교류기기의 운전 중에 절연 상태를 나타내는 인자인 커패시턴스와 Dissipation Factor($tan{\delta}$)를 계산한다. 이를 위해 오프라인과 온라인 테스트를 위한 3상 절연 시스템 모델을 유도하고, 알고리즘을 통해 각 상의 고정자 권선의 주절연과 상간 절연의 상태를 나타내는 인자를 정량화한다. 15hp의 유도 전동기를 이용하여 주절연과 상간 절연의 고의적인 열화 아래 실험을 하였다.
현재 우리나라 발전설비 용량은 2,100만kW에 이르나, 2001년에는 4,700만kW의 전력이 필요할 것으로 예측되며 전력수요의 급증에 따라 발전량의 증대가 불가피하고 전력의 질적 향상도 중요한 과제로 등장하고 있다. 양질의 전력공급 측면에서 정전사고가 발생시 우리 사회 전반적으로 미치는 파급효과는 막대하므로 전력설비의 보전과 절연진단 기술의 확립이 필요로 대두되고 있다. 그러므로 이에 따른 첨단 계측 기술의 도입과 컴퓨터를 이용한 - 부분방전의 계측과 해석 - 전기 TREE 시스템의 집중관리 - 절연진단 기술에의 컴퓨터의 이용 - 공간전하 분포의 측정 등의 절연진간 기술연구가 기업, 학계, 연구소 등이 공동으로 활발히 진행되고 있다.
회전기 고정자권선 절연물은 전기적, 기계적, 열적, 환경적 열화요인이 단독 또는 복합적으로 작용하여 열화된다. 본 논문에서는 실제 산업현장에서 운영중인 고전압 전동기의 운영환경을 조사하여 건조환경에서 운영중인 전동기와 다습환경에서 운영중인 전동기에 대하여 절연진단시험을 실시하고 각 시험에서 도출된 절연진단인자를 비교하여 환경적 열화요인이 우세한 운영환경에 따른 절연물의 특성변화를 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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