변압기 중성점 DC 모니터링

변압기 중성점 DC 모니터링 시스템의 기술적 분석

• 핵심 모니터링 대상변압기 중성 접지 리드에 흐르는 DC 또는 준 DC 구성 요소입니다.

• 근본적인 질문:: 외부 DC 전류의 주입으로 인해 변압기가 "DC 바이어스"되는 것을 방지합니다.

• 주요 위협 소스:: 지자기 유도 전류(GIC), 고전압 직류 송전(HVDC) 시스템의 단극 접지 루프 작동 또는 변환소 접지극 전류, 도시 철도 운송/산업용 전해기의 표류 직류 전류.

• DC 바이어스 위험변압기 코어의 포화로 인해 여자 전류 및 왜곡의 급격한 증가, 권선 및 구조 부품의 국부 과열, 진동 및 소음 증가, 무효 전력 손실 증가를 유발하고 계전기 보호 장비의 오작동 또는 작동 거부를 유발할 수 있습니다.

• 시스템 기능정확한 측정, 실시간 모니터링, 한계 초과 경보, 데이터 분석 및 중성 DC 전류의 원격 전송을 통해 변압기의 안전 상태 및 전력망의 DC 장애를 평가할 수 있는 의사 결정 기반을 제공합니다.

• 기술적 가치:: 대형 전력 변압기의 안전을 보호하고 전력망의 안정적인 운영을 유지하며 지자기 폭풍과 같은 우주 기상 재해에 대처하는 중요한 기술적 수단입니다.

I. DC 편광의 원인 및 위험성

DC 바이어스(DC 바이어스) 변압기 권선에 직류 전류가 흐를 때 철심에 일정한 직류 자속이 생성되는 현상입니다. 이 DC 자속은 AC 산업용 주파수 여기 자속과 겹쳐져 산업용 주파수 사이클에 따라 코어의 자속 이동이 발생하며, 사이클의 양수 또는 음수 절반이 포화 영역에 진입할 가능성이 더 높습니다.

1. 주요 원인 분석:

• 지자기 유도 전류(GIC):: 태양 활동(예: 플레어, 코로나 질량 방출)은 지자기장의 극적인 변화를 유발하여 지각에 전기장을 유도하여 장거리 고전압 송전선 및 변압기 중성 접지선을 통한 전류 루프에 준직류(몇 분에서 몇 시간의 변화 주기) 전위차를 생성합니다.

• 고전압 직류(HVDC) 전송 시스템:: 단극 접지 회로 작동 모드에서 접지는 전류 루프로 사용됩니다. 일부 DC 전류는 변압기 중성 접지 그리드를 통해 AC 시스템으로 유입되어 주변 변압기에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 산업용 및 철도용 DC 전원 공급 장치대형 산업용 전해조, 전기 철도 또는 도시 지하철 시스템은 DC 전원 공급 장치를 사용하므로 접지 및 접지 시스템을 통해 AC 전력망에 부유 전류(표류 전류)가 침입할 수 있습니다.

2. 핵심 위험 메커니즘:

• 코어 포화 및 여기 전류 왜곡:: 작은 직류 전류(몇 암페어)만으로도 대형 변압기의 코어를 심각하게 포화시킬 수 있습니다. 이로 인해 여기 전류가 급격히 증가하고 많은 수의 짝수 차 고조파 성분(2차, 4차 등)이 생성되며, 이는 DC 바이어스의 가장 일반적인 전기적 특성입니다.

• 권선 및 구조 구성 요소의 국부적 과열포화 코어는 코어 외부 영역으로 대량의 자속 누출을 유발하여 권선, 클램프, 탱크 벽 및 기타 금속 구조 부품에서 와전류 손실을 발생시켜 기존의 모니터링 수단으로는 감지할 수 없는 국부적인 핫스팟을 유발하고 심한 경우 절연 손상을 초래할 수 있습니다.

• 진동 및 소음 증가철심이 포화되면 자기 변형 효과가 크게 향상되며 고조파 성분이 존재하기 때문에 변압기 본체 진동 및 작동 소음이 비정상적으로 증가할 수 있습니다.

• 반응성 손실 증가 및 고조파 주입왜곡된 여자 전류에는 많은 양의 무효 성분이 포함되어 있어 변압기의 무효 전력 손실이 증가합니다. 동시에 많은 수의 고조파가 그리드에 주입되어 전력 품질을 오염시킵니다.

• 릴레이 보호 장치의 오작동 또는 거부중성 DC 전류는 보호에 사용되는 변류기(CT)의 철심을 포화시켜 CT의 2차측이 1차측의 실제 전류를 정확하게 반영하지 못하여 차동 보호와 같은 주요 보호 장치의 오판 또는 오작동을 초래할 수 있습니다.

II. 시스템 구성 및 작동 원리

변압기 중성점 DC 모니터링 시스템은 일반적으로 프런트엔드 감지 장치, 데이터 수집 및 처리 장치, 통신 장치 및 백그라운드 마스터 소프트웨어의 네 부분으로 구성됩니다.

1. 시스템 구성:

• 프론트엔드 감지 장치핵심은 고정밀 직류 전류 센서입니다. 기존의 전자기 유도 CT는 DC를 측정할 수 없으므로, DC를 측정하기 위해서는홀 효과 센서어쩌면플럭스게이트 센서이 유형의 센서는 전류에 의해 생성된 자기장을 측정하여 전류의 크기를 결정합니다. 이 센서는 전류에 의해 생성된 자기장을 측정하여 전류의 크기를 결정하며 AC 및 DC 구성 요소를 모두 정확하게 측정할 수 있습니다. 센서는 일반적으로 개방형 구성으로 설계되어 접지선을 차단하지 않고도 쉽게 설치할 수 있습니다.

• 데이터 수집 및 처리 장치이 장치는 시스템의 핵심 장치로, 일반적으로 컨버전스 캐비닛이나 터미널 박스에 설치됩니다. 프런트 엔드 센서에서 아날로그 신호를 수신하고 고해상도 아날로그-디지털 컨버터(A/D)를 통해 디지털화합니다. 내장된 고성능 마이크로프로세서(MCU 또는 DSP)는 디지털 필터링 알고리즘(예: 저역 통과 필터링 또는 FFT 변환)을 사용하여 복합 전류 신호의 DC 및 AC 구성 요소를 분리하고 정확하게 계산합니다.

• 통신 장치처리된 데이터(예: DC 컴포넌트 크기, AC RMS 값, 알람 정보 등)를 모니터링 센터로 원격 전송하는 역할을 담당합니다. 광섬유, 이더넷, RS-485 및 4G/5G 무선 통신 모드를 지원하며 IEC 61850, IEC 104 및 기타 표준 전력 통신 프로토콜을 준수합니다.

• 백엔드 마스터 소프트웨어:: 모니터링 센터 서버에 배포되어 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공합니다. 마스터 소프트웨어는 모든 모니터링 지점에서 데이터를 수신, 저장 및 표시하고 실시간 파형 표시, 과거 데이터 조회, 추세 곡선 분석, 알람 이벤트 관리 및 보고서 생성을 담당합니다.

2. 워크플로:

개방형 DC 전류 센서는 변압기 중성 접지 리드에 장착 -> 센서가 도체를 통해 흐르는 총 전류 신호를 실시간으로 측정 -> 신호가 데이터 수집 및 처리 장치로 전송 -> 수집 장치가 고속 샘플링 및 A/D 변환 수행 -> 내부 프로세서가 디지털 신호 처리 알고리즘을 통해 DC 성분 추출 -> 계산된 DC 값과 사전 설정된 알람 값(예: 경고 또는 알람 값)을 비교 -> 한계를 초과하면 알람 이벤트가 생성되고 로컬 알람 출력(예: 릴레이 접촉)이 트리거됨 -> 데이터 및 알람 정보는 통신 장치를 통해 정기적으로 또는 트리거 시 백엔드 마스터 스테이션에 업로드됩니다. 계산된 DC 값을 사전 설정된 알람 값(예: 경고 값, 알람 값)과 비교 -> 한계를 초과하면 즉시 알람 이벤트가 발생하고 로컬 알람 출력(예: 릴레이 접점)이 트리거됨 -> 정기적으로 또는 이벤트 트리거 시점에 통신 장치를 통해 데이터 및 알람 정보를 백엔드 마스터 스테이션에 업로드합니다.

III. 핵심 기능 및 기술 파라미터 표

자주 묻는 질문(FAQ)

1. 보호용 일반 CT를 사용하여 중성 DC를 측정할 수 없는 이유는 무엇인가요?
일반 CT는 변화하는 자속이 2차 권선에 전류를 유도하는 원리를 기반으로 하는 패러데이의 전자기 유도 법칙에 따라 작동합니다. DC 전류는 일정한 자기장을 생성하고 2차 권선에 전류를 유도할 수 없으므로 일반 CT는 DC 구성 요소에 대해 "블라인드"됩니다. 또한 DC 전류는 CT 코어를 포화시켜 AC 구성 요소를 정확하게 측정하는 능력에 영향을 미칩니다.

2. 변압기의 중성점을 통해 허용되는 일반적인 DC 전류는 얼마입니까?
이에 대한 단일 국제 표준은 없으며 일반적으로 변압기의 설계, 용량 및 코어 재질에 따라 달라집니다. 일반적으로 전력 업계에서는 대형 전력 변압기의 경우 몇 암페어(예: 3~5A)의 직류 전류가 상당한 직류 바이어스 효과를 유발할 수 있으며 최대 10A 이상은 심각한 위협이 될 수 있다는 사실을 널리 인식하고 있습니다. 이러한 이유로 모니터링 시스템의 경보 값은 일반적으로 한 자릿수 암페어 수준으로 설정됩니다.

3. 이 시스템은 변압기 중성 영점 시퀀스/갭 보호 전류 모니터링과 어떻게 다릅니까?
모니터링의 대상과 목적은 완전히 다릅니다. 제로 시퀀스/갭 보호 전류는 다음을 통해 모니터링됩니다.산업용 AC 제로 시퀀스 전류변압기 내부의 시스템 접지 오류 또는 단상 접지 오류를 판단하는 데 사용됩니다. 그리고 이 시스템은 모니터링에 특화되어 있습니다.DC 또는 준 DC 구성 요소변압기 본체에 대한 DC 바이어스 위협에 대한 방어 수단으로 외부 DC 소스(예: GIC, HVDC)로 인한 변압기 본체에 대한 DC 바이어스 위협을 방어하는 데 사용됩니다. 이 둘은 센서 유형, 신호 처리 알고리즘 및 애플리케이션 시나리오 측면에서 근본적으로 다릅니다.

4. 모든 대형 변압기에 이 시스템이 필요한가요?
모든 변압기가 똑같이 위험하지는 않습니다. 시스템 구축의 최우선 순위는 다음과 같은 지역에 있는 변압기에 주어집니다: 고위도(GIC 위험이 높은), UHV 직류 송전 변환소 근처, 도시 철도 노선 또는 대규모 직류 사용 산업 시설에 가까운 허브 변전소. 이 시스템의 설치는 이러한 지역에서 초고압 및 초고압 정격의 대용량 변압기의 안전한 작동을 보장하기 위한 중요한 예방 조치입니다.