변압기 절연을 위한 종합적인 온라인 모니터링 시스템: 단일 파라미터에서 다차원 진단까지

전력 변압기는 전력망에서 가장 중요하고 가치 있는 장비 중 하나입니다. 내부 절연 시스템의 상태는 변압기의 작동 수명과 그리드 전원 공급의 신뢰성을 직접적으로 결정합니다. 변압기 절연 통합 온라인 모니터링 시스템은 고급 상태 평가 기술이며, 지속적인 실시간 모니터링 및 분석을 위해 절연 성능에 영향을 미치는 주요 매개 변수 인 다양한 감지 기술을 통합하여 "수동 유지 보수"에서 "능동 예측 유지 보수"로 달성합니다. '수동적 유지보수'에서 '능동적 예측 유지보수'로의 근본적인 변화를 달성합니다.

1부: 변압기 절연 시스템의 복잡성 및 고장 모드

변압기의 절연 시스템은 절연유, 셀룰로오스 절연지/보드 및 고전압 부싱으로 구성된 유기 복합 시스템입니다. 전기, 열, 화학 및 기계적 스트레스의 복합적인 영향으로 성능이 점진적으로 저하될 수 있습니다.

기본 장애 모드:

• 열 노화: 고온에서 장시간 작동하면 단열지의 중합 정도(DP)가 감소하고 기계적 강도가 감소합니다.

• 전기적 노화: 강한 전기장의 작용으로 절연 매체 내에서 부분 방전(PD)이 발생하여 절연 구조가 점차적으로 파괴됩니다.

• 화학적 노화: 수분, 산소, 고온이 함께 작용하여 절연유와 절연지의 산화 및 가수분해를 촉매합니다.

• 기계적 손상: 단락 전류 충격, 진동 등은 권선의 변형과 절연 변위를 유발합니다.

단일 모니터링 매개변수는 절연 상태의 한 측면만 반영하는 경우가 많습니다. 따라서 변압기의 전반적인 상태를 정확하게 평가하려면 다중 매개변수, 다차원 통합 모니터링 전략을 사용해야 합니다.

2부: 핵심 모니터링 기술 및 주요 매개변수

종합적인 변압기 절연 모니터링 시스템은 일반적으로 몇 가지 핵심 기술을 통합합니다:

1. 오일 내 용존 가스 온라인 분석 (온라인 DGA)

• 진단적 중요성: 변압기의 "혈액 검사"로 알려져 있습니다. 변압기 내부에 과열 또는 방전 고장이 발생하면 절연유와 절연지가 분해되어 특정 유형의 가스가 생성됩니다. 이러한 가스의 구성과 생성 속도를 분석하여 고장의 유형과 심각도를 정확하게 파악할 수 있습니다.

• 주요 모니터링 가스:

  • 수소(H₂). 국부적인 방전을 나타내는 대표적인 가스입니다.

  • 메탄(CH₄), 에탄(C₂H₆), 에틸렌(C₂H₄). 각각 저온, 중온 및 고온 과열 결함에 해당합니다.

  • 아세틸렌(C₂H₂). 고에너지 아크 방전의 유일한 특징적인 가스는 가장 위험한 신호입니다.

  • 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂). 주로 고체 단열재(단열지)의 노화 및 과열을 반영합니다.

2. 오일 내 미세수 온라인 모니터링 (온라인 수분 모니터링)

• 진단적 중요성: 습기는 단열재 열화를 가속화하는 주요 촉매제이며 단열 강도를 크게 떨어뜨립니다. 온라인 모니터링을 통해 단열 시스템 내 수분의 동적 균형을 실시간으로 추적할 수 있습니다.

• 주요 모니터링 매개변수:

  • 수상 액티비티(aw): 고체 단열재의 수분 정도를 직접적으로 반영하므로 절대 수분 함량(ppm)보다 더 신뢰할 수 있는 평가입니다. 높은 aw 값(예: 0.4 이상)은 '버블 효과'의 심각한 위험을 나타냅니다.

  • 절대 수분 함량(ppm): 오일의 상태를 파악하는 데 도움이 되지만 그 값은 온도에 따라 크게 영향을 받습니다.

3. 부분 방전에 대한 온라인 모니터링 (온라인 부분 방전 모니터링)

• 진단적 중요성: 이는 절연 시스템 내의 "암세포"를 조기에 발견하는 것으로 간주됩니다. 부분 방전은 결국 절연이 고장나는 주요 원인 중 하나입니다. 온라인 모니터링은 방전 신호가 아직 약할 때 조기에 포착할 수 있습니다.

• 주요 모니터링 기술

  • 초고주파(UHF) 방식: 변압기 탱크에 UHF 안테나 센서를 설치하여 방전으로 인해 발생하는 전자파 신호를 수신합니다. 감도가 높고 외부 간섭에 대한 저항력이 강하며 방전원을 찾을 수 있습니다.

  • 어쿠스틱: 상자 벽면에 음향 센서가 장착되어 방전에서 발생하는 초음파 신호를 수신합니다. 주로 방전 소스의 정확한 위치를 파악하는 데 사용됩니다.

  • 고주파 전류 방식(HFCT): 고주파 변류기는 고전압 부싱, 중성선 또는 접지선에 설치되어 방전으로 인해 발생하는 임펄스 전류를 감지합니다.

4. 고전압 케이싱의 온라인 모니터링 (온라인 부싱 모니터링)

• 진단적 중요성: 고전압 부싱은 변압기에서 가장 취약한 외부 절연 부품이며 고장률이 높은 부품 중 하나입니다. 절연 손상은 종종 갑작스럽게 발생합니다.

• 주요 모니터링 매개변수:

  • 유전체 손실 계수(탄δ): 단열재의 습기, 먼지 및 내부 결함에 매우 민감합니다. 탄δ의 현저한 증가는 단열재 열화를 나타내는 중요한 지표입니다.

  • 커패시턴스(C1): 커패시턴스의 변화는 턴 투 턴 단락과 같은 케이스의 주요 절연에 심각한 결함이 있는지 여부를 반영합니다.

  • 누설 전류 분석: 케이스의 엔드 스크린에서 접지로 흐르는 누설 전류를 분석하여 탄δ 및 커패시턴스를 계산할 수 있습니다.

파트 III: 시스템 아키텍처 및 데이터 융합 진단

최신 단열 모니터링 시스템은 단순한 센서 스택이 아니라 계층화된 지능형 시스템입니다.

• 인식 계층: DGA, 마이크로 워터, 국소 방전 및 케이싱과 같은 다양한 센서로 구성됩니다.

• 수집 및 전송 계층: 다양한 유형의 데이터 수집 장치가 광섬유 또는 산업용 버스를 통해 로컬 모니터링 호스트에 데이터를 수집합니다.

• 분석 및 진단 레이어: 이것이 바로 시스템의 '두뇌'입니다. 백엔드 전문가 시스템 또는 AI 진단 플랫폼은 다양한 센서의 데이터를 처리합니다.데이터 융합 분석. 예를 들어, H₂와 UHF 신호를 동시에 감지하면 부분 방전의 존재를 높은 수준으로 확인할 수 있으며, C₂H₂와 격렬한 UHF 신호가 동시에 존재하면 고장이 위험한 아크 방전으로 진행되었음을 나타냅니다. 이러한 교차 검증 기능은 단일 모니터링 기술로는 비교할 수 없는 기능입니다.

4부: 통합 모니터링 시스템의 기술 사양 개요

파트 5: 자주 묻는 질문(FAQ)

Q1: DGA 또는 마이크로워터 모니터링만 설치하지 않고 통합 모니터링 시스템을 사용하는 이유는 무엇인가요?
답변: 변압기 절연 결함의 메커니즘은 복잡하며, 결함 유형에 따라 모니터링 매개변수에 대한 민감도가 다릅니다. 예를 들어, DGA는 천천히 발생하는 열 결함에는 매우 민감하지만 갑작스러운 케이스 고장에 대한 경고가 불충분할 수 있습니다. 반면 국부 방전 모니터링은 DGA가 감지하기 어려운 미세한 절연 에어 갭 방전을 감지할 수 있습니다. 여러 차원의 정보를 결합해야만 완전한 진단 체인을 형성하여 모든 유형의 결함을 포괄적으로 커버하고 "장님이 코끼리를 느끼는 것"을 피할 수 있습니다.

Q2: 이 시스템의 투자 수익률(ROI)은 얼마인가요?
답변: 이는 세 가지 주요 영역에 반영됩니다:

1. 치명적인 사고를 피하세요: 변압기 소손과 광범위한 정전으로 이어질 수 있는 심각한 오류를 성공적으로 경고함으로써 피할 수 있었던 직간접적인 손실은 시스템 비용을 충당할 수 있었을 것입니다.

2. O&M 전략을 최적화하세요: 시간 기반 계획 유지보수에서 실제 상황에 기반한 예측 유지보수로 전환하면 불필요한 중단과 유지보수 오버헤드를 줄일 수 있습니다.

3. 자산의 수명 연장: 과도한 습기 및 국부적 과열과 같은 문제를 조기에 파악하고 처리함으로써 절연 열화 속도를 효과적으로 늦춰 변압기와 같은 고가의 자산의 실제 수명을 연장할 수 있습니다.

Q3: IMS에서 인공지능(AI)의 역할은 무엇인가요?
답변: AI는 진단 정확도를 향상시키는 핵심 요소입니다. 기존 모니터링 시스템은 고정된 경보 임계값에 의존하기 때문에 경보가 잘못되거나 누락되기 쉬운데, AI 진단 모델은 방대한 과거 모니터링 데이터와 오류 사례를 학습하여 복잡한 다중 매개변수 상관관계 모델을 구축할 수 있습니다. 단일 매개 변수로 쉽게 감지할 수 없는 약한 조합의 오류 징후를 식별하고 오류 발생 추세를 예측하며 지능적인 운영 및 유지 관리 제안까지 제공하여 시스템의 지능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

Q4. 완전한 통합 모니터링 시스템 설치가 복잡하고 장시간 정전이 필요한가요?
답변: 필요하지 않습니다. 최신 온라인 모니터링 시스템은 설치의 용이성을 염두에 두고 설계되었습니다. DGA(바이패스 오일 회로), 마이크로 워터, 국부 방전 및 부싱 모니터링 장치를 포함한 모든 센서는 정상적인 변압기 작동 중에 설치할 수 있습니다. 전체 프로세스는 일반적으로 1~2일 이내에 완료되며 기본적으로 그리드 작동에 영향을 미치지 않습니다.