보호 체계를 업그레이드할 때 흔히 저지르는 실수

소개

고압 변전소의 보호 체계 업그레이드는 전력 시스템 엔지니어링에서 가장 기술적으로 까다로운 시운전 활동 중 하나이며, 가장 자주 잘못 실행되는 작업 중 하나입니다. 계전기를 교체하고 설정을 다시 계산하고 시운전 테스트를 통과한 후 변전소를 다시 가동합니다. 3개월 후 고장이 발생하고 보호 기능이 제대로 작동하지 않습니다. 조사 결과 계전기는 완벽하게 지정되고 올바르게 설정되었지만 계전기에 전력을 공급하는 변압기는 새로운 보호 체계와의 호환성에 대해 재평가되지 않았으며 보호 실패의 원인이 된 측정 오류는 업그레이드된 체계가 작동한 첫날부터 존재했던 것으로 밝혀졌습니다.

보호 체계 업그레이드에서 가장 일반적이고 가장 치명적인 실수는 계전기 설정 오류가 아니라 엔지니어가 기존 CT 설치를 새 계전기의 측정 요구 사항, 부하 특성 및 과도 성능 요구 사항과 거의 항상 다른 새 보호 체계에 대해 재평가, 재테스트 및 재확인해야 하는 구성 요소가 아닌 고정되고 검증된 입력으로 취급하여 발생하는 CT 측정 오류라는 직접적인 답이 있습니다.

변전소 보호 엔지니어, 고압 업그레이드 프로젝트 관리자 및 보호 체계 업그레이드를 담당하는 안전이 중요한 시운전 팀을 위해 이 가이드는 보호 체계 업그레이드 중에 발생하는 모든 중대한 CT 측정 실수를 식별하고 각 실수를 방지하기 위한 엔지니어링 방법론을 제시합니다.

목차

• 보호 체계가 업그레이드될 때 기존 CT가 호환되지 않는 이유는 무엇인가요?
• 보호 체계 업그레이드 중 가장 위험한 CT 측정 실수는 무엇인가요?
• 고압 보호 체계 업그레이드를 위해 CT 사양을 올바르게 재평가하는 방법은 무엇인가요?
• 라이브 보호 체계 업그레이드 프로젝트 중 안전한 CT 측정 검증을 실행하는 방법은 무엇인가요?
• 보호 체계 업그레이드 시 발생하는 CT 측정 실수에 대한 FAQ

보호 체계가 업그레이드될 때 기존 CT가 호환되지 않는 이유는 무엇인가요?

기존 CT가 새로운 보호 계전기와 완벽하게 호환된다고 가정하는 것은 대부분의 보호 체계 업그레이드 프로젝트의 근본적인 오류입니다. CT 비율도 변경되지 않았고, 1차 전류도 변경되지 않았으며, CT가 마지막 유지 관리 테스트를 통과했기 때문에 이 가정은 합리적으로 보입니다. 변경된 것은 계전기이며, 계전기는 CT가 작동해야 하는 측정 환경을 정의합니다.

모든 보호 계전기는 CT 2차 회로에 특정 부담을 줍니다. 모든 보호 계전기에는 고장 조건에서 올바른 작동에 필요한 CT 정확도 제한 계수(ALF)를 결정하는 특정 과도 성능 요구 사항이 있습니다. 모든 보호 계전기에는 CT 2차 파형 왜곡과 다르게 상호 작용하는 특정 측정 알고리즘(RMS, 기본 주파수 페이저 또는 피크 감지)이 있습니다. 릴레이가 변경되면 이 세 가지 매개변수가 동시에 변경되며 기존 CT는 이 중 어느 하나도 만족하지 못할 수 있습니다.

보호 릴레이를 교체할 때 변경되는 주요 기술 매개변수입니다:

• 2차 부담금(VA)¹: 최신 수치 보호 계전기는 1A 2차측에서 0.025~0.1VA의 부하를 제공하며, 이는 대체되는 전기 기계식 계전기의 1-5VA 부하보다 10~40배 낮은 수치로, 이러한 극적인 부하 감소는 여기 곡선에서 CT의 작동 지점을 변경하여 고장 조건에서 예기치 않은 CT 동작을 유발할 수 있습니다.
• 정확도 제한 계수(ALF)² 요구 사항입니다: 새 계전기의 과도 성능 사양은 최대 고장 전류 동안 올바른 작동에 필요한 최소 CT ALF를 정의합니다. 새 계전기의 부하에서 기존 CT의 ALF가 필요한 것보다 낮으면 계전기가 올바른 보호 결정을 내리기 전에 CT가 포화됩니다.
• 새로운 부담으로 효과적인 ALF: ALF_effective = ALF_rated × (Rct + Rburden_rated) / (Rct + Rburden_actual); 릴레이 부하를 5VA에서 0.1VA로 줄이면 유효 ALF가 크게 증가하므로 이점이 있지만 CT가 여기 특성의 예상치 못한 영역에서 작동할 수 있습니다.
• 측정 알고리즘 호환성: 전기 기계식 계전기는 모든 고조파 및 DC 오프셋을 포함한 2차 전류 파형의 RMS에 응답하고, 수치 계전기는 푸리에 필터링을 사용하여 기본 주파수 페이저를 추출합니다 - 고장 조건에서 CT의 2차 파형은 계전기의 특정 필터링 알고리즘과 호환되어야 합니다.
• 적용 가능한 표준: IEC 61869-2³ (CT 정확도 및 ALF), IEC 60255-151(과전류 보호 릴레이 요구 사항)을 준수합니다, 변압기 차동 보호⁴ 요구 사항(IEC 60255-187-1)

효과적인 ALF 계산을 통해 고부하 전기 기계식 릴레이를 저부하 수치 릴레이로 대체할 때 발생하는 중요하고도 반직관적인 결과를 확인할 수 있습니다:

$ALF_{effective} = ALF_{rated} \times \frac{R_{CT} + R_{부담,정격}}{R_{CT} + R_{부담,실제}}$

Rct = 2Ω, 정격 부하 = 15VA(1A에서 15Ω)인 CT 정격 5P20의 경우:

• 5VA(5Ω)의 오리지널 전자기계식 릴레이 사용: ALF_effective = 20 × (2+15)/(2+5) = 48.6
• 0.1 VA(0.1Ω)의 새로운 수치 릴레이 사용: ALF_effective = 20 × (2+15)/(2+0.1) = 161.9

기존 계전기에서 ALF 48.6으로 작동하던 CT는 이제 새 계전기에서 ALF 161.9로 작동하며, 이는 CT의 과도 동작을 예측할 수 없고 2차 파형에 수치 계전기의 푸리에 필터가 제대로 처리할 수 없는 심각한 왜곡이 있을 수 있는 고장 조건에서 여기 곡선의 무릎 지점보다 훨씬 높은 수치입니다.

보호 체계 업그레이드 중 가장 위험한 CT 측정 실수는 무엇인가요?

보호 체계 업그레이드 CT 측정 실수는 설계 단계에서 발생한 사양 실수로 인해 설치가 시작되기 전에 호환되지 않는 경우와 업그레이드 실행 중에 발생한 시운전 실수로 인해 올바르게 지정된 시스템에 오류가 발생하는 두 가지 범주로 나뉩니다.

사양 실수 1: 새로운 부담으로 ALF를 재평가하지 않고 기존 CT를 수락하는 경우

가장 흔하고 가장 위험한 사양 실수입니다. 보호 엔지니어가 새 계전기를 지정하고 새 계전기 설정을 계산한 다음 기존 CT 비율이 변경되지 않았음을 확인한 다음 새 계전기의 부담으로 유효 ALF를 다시 계산하지 않고 기존 CT를 수락합니다.

결과적으로 CT는 이전 계전기에서와 새 계전기에서 여기 특성에서 극적으로 다른 지점에서 작동합니다. 위에서 설명한 저부하 수치 계전기의 경우, CT가 고장 조건에서 무릎 지점 이상으로 작동하여 2차 전류 파형이 심각하게 왜곡될 수 있으며, 수치 계전기의 푸리에 필터가 기본 페이저를 올바르게 추출할 수 없는 큰 DC 오프셋 구성 요소와 고조파 콘텐츠가 포함될 수 있습니다. 릴레이가 작동하지 않거나 잘못된 타이밍으로 작동하거나 기본 주파수 고장 전류가 아닌 왜곡된 파형 구성 요소로 작동합니다.

사양 실수 2: 보호 기능 간 CT 코어 불일치

고압 CT에는 일반적으로 보호 및 측정 기능을 위한 별도의 코어, 때로는 다른 보호 기능을 위한 별도의 코어 등 여러 개의 코어가 포함되어 있습니다. 보호 체계를 업그레이드하는 동안, 예를 들어 이전에 과전류 보호 전용이었던 코어를 새로운 차동 보호 기능에 사용하는 등 CT 코어를 재할당하는 것이 일반적입니다.

코어 재할당 실수: 차동 보호에는 보호 장비의 양쪽에서 동일한 비율 오차와 위상 변위를 가진 일치하는 CT 코어가 필요합니다. 이전에 과전류 보호에 최적화된 코어(ALF가 높고 여기 특성이 다른)를 차동 방식의 한쪽에 사용하고 다른 쪽에는 표준 측정 코어를 사용하면 정상 부하 조건에서 영구적인 차동 전류가 발생하여 계전기가 이를 억제하거나 내부 오류로 잘못 해석할 수 있습니다.

사양 실수 3: 업그레이드 중 CT 잔존 이력 무시

고장 발생 이력이 있는 변전소에서 수년 동안 사용 중인 CT는 코어에 잔류 자속이 축적되어 있습니다. 자속은 B-H 곡선에서 CT의 작동 지점을 이동시켜 자화 전류를 증가시키고 비율 오차를 증가시키며 유효 ALF를 명판 값 아래로 감소시킵니다.

계전기 교체를 위한 표준 시운전 절차에는 CT 자화 및 비율 정확도 검증이 포함되지 않기 때문에 보호 체계 업그레이드 중에는 기존 CT의 잔류 자속 상태가 평가되지 않습니다. 새 계전기는 누적된 자속으로 인해 명판 ALF의 60-70%에서 작동할 수 있는 CT에 대해 시운전되며, 이 경우 새 계전기의 보호 알고리즘이 예상하는 것보다 더 일찍 CT가 포화 상태가 될 수 있습니다.

사양 실수 4: 새 케이블 라우팅에 대한 잘못된 2차 부담 계산

보호 체계 업그레이드에는 보호 계전기를 스위치 기어에 인접한 로컬 패널에서 원격 제어실의 중앙 집중식 보호 패널로 또는 패널 장착형 계전기에서 터미널 위치가 다른 랙 장착형 수치 계전기로 재배치하는 경우가 종종 있습니다. 각 재배치는 2차 케이블 길이를 변경하여 2차 회로 저항을 변경하므로 총 2차 부하가 변경되고 따라서 유효 ALF가 변경됩니다.

비교: 결과 심각도에 따른 CT 측정 실수 비교

실수 유형	탐지 방법	감지되지 않을 경우 결과	심각도
새로운 부담으로 ALF가 다시 계산되지 않음	여기 곡선 분석	장애 발생 중 CT 포화 - 보호 실패	중요
차동용 코어 재할당	기본 주입5 밸런스 테스트	영구적인 차동 전류 - 오작동	중요
잔존율 미평가	비율 테스트 + 자화	유효 ALF 감소 - 작동 지연	높음
새 케이블에 대한 부담금은 다시 계산되지 않습니다.	2차 부담 측정	ALF 감소 - 낮은 고장 전류에서의 포화 상태	높음
업그레이드 후 극성이 다시 확인되지 않음	1차 사출 극성 테스트	방향 릴레이 실패 - 잘못된 여행 결정	중요
탭 변경 후 CT 비율이 확인되지 않음	비율 측정	과전류/부족 전류 설정 오류 - 잘못된 픽업	높음

고객 사례 - 북아프리카의 시멘트 공장, 33kV 고압 변전소 업그레이드:
시멘트 공장의 보호 엔지니어가 버스바 고장으로 인해 33kV 배전반에 치명적인 손상이 발생하자 6개월 전에 보호 체계 업그레이드의 일환으로 설치한 버스바 보호 계전기로 제한했어야 하는 손상이 발생한 후 벱토 일렉트릭에 연락했습니다. 고장 후 조사 결과 모선 보호 계전기가 고장 당시 작동하지 않은 것으로 밝혀졌습니다. 업그레이드 프로젝트는 기존의 전기 기계식 과전류 계전기를 최신 수치형 모선 보호 계전기로 교체했지만, 새 계전기의 부담인 0.08VA에서 기존 CT의 유효 ALF를 다시 계산하지 않았습니다. Rct가 3Ω이고 정격 5P20인 기존 CT는 새 계전기의 부하에서 유효 ALF가 187로 무릎 지점을 훨씬 상회했습니다. 버스바 장애가 발생하는 동안 CT 2차 파형은 수치 계전기의 푸리에 필터가 작동 시간 내에 처리할 수 없는 큰 DC 오프셋 구성 요소로 인해 심각하게 왜곡되었습니다. 내부 감시 타이머가 측정 주기를 재설정하기 전에 계전기가 유효한 기본 주파수 페이저를 추출하지 못했습니다. CT를 저부담 수치 계전기 애플리케이션용으로 지정된 장치로 교체(실제 2차 부담에서 제어된 ALF가 30)한 결과 보호 실패가 해결되었습니다. 보호 엔지니어는 다음과 같이 말했습니다: “우리는 계전기를 최신 기술로 업그레이드했지만 결국 교체한 전자기계식 계전기보다 보호 성능이 더 나빴습니다. CT가 문제였는데, 비율은 변하지 않았기 때문에 전혀 고려하지 않았습니다.”

고압 보호 체계 업그레이드를 위해 CT 사양을 올바르게 재평가하는 방법은 무엇인가요?

보호 체계 업그레이드를 위한 올바른 CT 재평가를 위해서는 새로운 보호 체계와 호환되는 것으로 입증될 때까지 기존 CT를 검증되지 않은 구성 요소로 취급하는 구조화된 4단계 방법론이 필요합니다.

1단계: 새로운 릴레이 측정 요구 사항 정의하기

기존 CT를 평가하기 전에 새 릴레이의 CT 인터페이스 요구 사항을 완전히 특성화하세요:

• 정격 전류에서 2차 부담: 계전기 제조업체의 기술 사양 - 계전기의 정격 부하가 아닌 CT 2차 정격 전류에서 실제 입력 임피던스, 최신 수치 계전기는 정격 부하로 명시된 1-5 VA가 아닌 1A에서 0.025-0.1 VA를 표시함 -에서 얻습니다.
• 필수 CT 정확도 등급: 새 계전기에 클래스 P(5P 또는 10P) 또는 클래스 PX(무릎점 전압 및 자화 전류로 정의) CT가 필요한지 확인 - 많은 최신 차동 및 거리 보호 계전기는 기존 클래스 P CT가 충족하지 못할 수 있는 클래스 PX 요구 사항을 지정합니다.
• 일시적 치수 조정 계수(Ktd): 과도 성능 요구 사항이 지정된 계전기의 경우 계전기 사양에서 필요한 Ktd를 구하십시오. 이는 고장 전류의 처음 몇 주기 동안 올바른 계전기 작동에 필요한 최소 CT 과도 성능을 정의합니다.
• 측정 알고리즘: 릴레이가 RMS 측정, 기본 주파수 위상 추출 또는 피크 감지를 사용하는지 확인 - 각 알고리즘은 고장 조건에서 CT 2차 파형 왜곡에 대한 감도가 다릅니다.

2단계: 새로운 보조 부담금에서 유효 ALF 다시 계산하기

업그레이드된 보호 체계에서 각 기존 CT에 효과적인 ALF 공식을 적용하세요:

$ALF_{effective} = ALF_{rated} \times \frac{R_{CT} + R_{부담,정격}}{R_{CT} + R_{부담,실제}}$

Where:

• $R_{부담,실제}$ = 릴레이 입력 임피던스 + 2차측 케이블 저항(양쪽 도체) + 2차측 회로의 기타 직렬 임피던스.
• ALF_effective를 새 계전기의 필수 ALF와 비교 - ALF_effective가 필수 값을 3배 이상 초과하면 고장 조건에서 CT가 예측 불가능한 영역에서 작동할 수 있고, ALF_effective가 필수 값보다 낮으면 계전기가 올바른 보호 결정을 내리기 전에 CT가 포화됩니다.

3단계: 각 보호 기능에 대한 CT 코어 할당 확인

• 기존 CT 코어를 새로운 보호 기능에 매핑하세요: 업그레이드된 체계에서 각 보호 계전기 입력에 연결된 물리적 CT 코어를 문서화합니다.
• 핵심 정확도 등급이 보호 기능과 일치하는지 확인합니다: 보호 계전기용 보호 코어(5P, 10P, 클래스 PX), 수익 계량용 측정 코어(클래스 0.5, 클래스 1) - 업그레이드된 체계에서 보호 기능에 측정 코어를 사용하지 마십시오.
• 차동 CT 코어 매칭을 확인합니다: 변압기 또는 모선 차동 보호의 경우 보호 장비 양쪽의 CT 코어가 비율 오류와 위상 변위가 일치하는지 확인 - 두 CT에 대한 공장 테스트 인증서를 획득하고 비교합니다.

4단계: CT 상태 및 잔존 상태 평가하기

• 장애 이벤트 기록을 검토합니다: 지난 3~5년간의 보호 계전기 이벤트 기록을 확보하고, CT 1차측 전류가 정격 단시간 전류 50%를 초과한 모든 고장 이벤트(이러한 각 이벤트는 잠재적 잔류 전류 축적 이벤트)를 식별합니다.
• 여기 곡선 테스트를 수행합니다: 측정된 여기 곡선을 공장 테스트 인증서와 비교하여 니 포인트가 이동하거나 니 포인트에서 자화 전류가 증가하면 잔류 자속이 축적되었음을 확인합니다.
• 잔류가 확인되면 자화 제거를 수행합니다: 비율 정확도 검증 전 자화 제거 - 잔류성 영향을 받는 CT의 비율 테스트 결과는 CT의 실제 정확도 등급 성능을 대표하지 않습니다.
• 자화 후 비율 정확도 검증을 수행합니다: 업그레이드된 보호 체계에 대한 CT를 수락하기 전에 비율 오차 및 위상 변위가 정확도 등급 제한 내에 있는지 확인합니다.

애플리케이션 시나리오

• 전기 기계식 과전류 릴레이에서 수치 과전류 릴레이로 업그레이드: 새로운 릴레이 부담에서 유효 ALF 재계산, ALF_효과가 필요한 ALF의 2~5배 이내인지 확인, 잔류 이력 평가, 1차 주입 극성 재검증 의무화
• 기존 CT 설치에 변압기 차동 보호 기능 추가: CT 코어 클래스 PX 호환성 확인, 차동 회로 밸런스 1차측 주입 테스트 수행, HV 및 LV CT 쌍의 정합 비율 오류 확인
• 전송 피더의 거리 보호 업그레이드: 계전기 사양에 대한 클래스 PX 니 포인트 전압 확인, 원격 계전기 패널로의 새로운 케이블 라우팅을 포함한 2차 부담 재계산, Ktd 준수 확인
• 버스바 보호 기능 추가: 모든 버스바 CT 코어의 특성이 일치하는지 확인, 고장 통과 조건에 대한 안정성 계수 계산, 통전 전 1차 주입 안정성 검증 의무화

라이브 보호 체계 업그레이드 프로젝트 중 안전한 CT 측정 검증을 실행하는 방법은 무엇인가요?

안전한 CT 측정 검증 단계

1. 릴레이 연결이 끊어지기 전에 CT 보조 회로를 단락시킵니다: 기존 릴레이에서 CT 2차 회로를 분리하기 전에 CT 2차 단자 또는 테스트 단자 블록에서 단락 링크를 적용하십시오 - 1차 전류에서 CT 2차 개방 회로는 치명적인 고전압을 생성하므로 릴레이 단자 분리 전에 반드시 단락을 수행해야 합니다.
2. 부하가 걸린 상태에서 단락 링크 무결성을 확인합니다: 단락 링크를 적용한 후 클램프 전류계를 사용하여 단락 링크를 통해 2차 전류가 흐르는지 확인합니다. 단락 링크가 연결된 것처럼 보이지만 접촉이 느슨하면 잠재적인 개방 회로 위험입니다.
3. 릴레이 연결 전에 비율 및 극성 확인을 수행합니다: 새 릴레이가 설치되었지만 아직 CT 2차 회로에 연결되지 않은 상태에서 1차 주입 비율 및 극성 확인을 수행하여 CT가 올바른 방향으로 올바른 2차 전류를 전달하고 있는지 확인한 후 새 릴레이에 연결합니다.
4. 새 릴레이를 연결하여 2차 부담을 확인합니다: 새 계전기가 연결된 상태에서 총 2차 회로 부하 측정, CT 정격 부하와 비교, 효과적인 ALF 계산이 측정된 부하와 일치하는지 확인합니다.
5. 단락 링크를 제거하기 전에 기능 보호 테스트를 수행합니다: 새 릴레이가 연결되고 CT 2차 회로가 완료된 상태에서 릴레이의 2차 주입 기능 테스트를 수행하여 1차 회로 단락 링크를 제거하고 서비스를 재개하기 전에 올바른 작동, 올바른 타이밍 및 올바른 출력 접점 작동을 확인합니다.

보호 체계 업그레이드 중 흔히 발생하는 안전 실수

• 릴레이 재연결이 완료되기 전에 CT 보조 단락 링크를 제거합니다: 가장 위험한 시운전 실수 - 1차측 전류가 흐르는 동안 CT 2차측이 잠시라도 개방된 상태로 있으면 개방 단자에서 고전압 위험이 발생하므로 완전한 2차측 회로가 연속적인 것으로 확인될 때까지 단락 링크를 유지합니다.
• CT 2차 회로 연속성을 확인하지 않고 2차 사출 테스트를 수행합니다: 2차 주입은 릴레이를 단독으로 테스트하며 CT 2차 회로 무결성에 대한 정보를 제공하지 않으며, 2차 주입 통과 결과는 1차 주입 검증 없이 CT 2차 단락 링크의 제거를 승인하지 않습니다.
• 보호 체계 업그레이드 후 극성 재확인 생략: 새로운 케이블, 새로운 터미널 블록, 새로운 릴레이 단자 할당 등 CT 2차 회로를 수정하면 극성 반전 가능성이 발생하므로 이전 시운전 기록에서 가정하지 말고 모든 보호 체계 수정 후 1차 주입을 통해 극성을 다시 확인해야 합니다.
• 단계별 장애 테스트 없이 업그레이드된 보호 체계를 활성화합니다: 네트워크 작동 조건이 허용하는 경우, 제어된 조건에서 보호 회로에 의도적으로 고장 조건을 생성하는 단계적 고장 테스트는 실제 고장 전류 조건에서 CT 성능을 포함한 전체 보호 체계를 검증하는 유일한 방법입니다.

결론

보호 체계 업그레이드는 계전기 테스트에는 보이지 않고, 표준 시운전 절차에는 보이지 않으며, 명판 검사에는 보이지 않는 CT 측정 비호환성을 발생시키지만, 변전소에서 업그레이드 후 첫 번째 실제 오류가 발생할 때 보호 시스템이 올바르게 작동하지 않는 것을 완전히 확인할 수 있습니다. 이러한 고장을 일으키는 실수는 일관되고 예측 가능하며 완전히 예방할 수 있습니다. 새 계전기의 부담에 따른 유효 ALF 재계산 실패, 새로운 보호 기능에 대한 CT 코어 할당 재평가 실패, 수년간의 서비스 기간 동안 축적된 CT 잔류를 평가 및 수정하지 못함, 2차 회로 수정 후 극성 및 비율 정확도를 재확인하지 못함 등입니다. 고압 보호 체계 업그레이드에서 CT는 재평가 없이 이전 체계에서 계승할 수 있는 수동 구성 요소가 아니라 새로운 계전기와의 호환성을 계산, 테스트 및 1차 주입 검증을 통해 입증해야 업그레이드된 보호 체계가 변전소와 그 안에서 일하는 인력을 보호할 수 있다고 신뢰할 수 있는 능동 측정 장치입니다.

보호 체계 업그레이드 시 발생하는 CT 측정 실수에 대한 FAQ

1. 보호 2차 회로의 총 저항에 대한 자세한 분석. ↩

2. 장애 조건에서 CT 성능을 정의하는 기술 파라미터입니다. ↩

3. 변류기 정확도 및 성능에 대한 공식 국제 표준입니다. ↩

4. 차등 방식에 맞는 CT 코어 매칭에 대한 종합 가이드입니다. ↩

5. 보호 체계 무결성 검증을 위한 산업 안전 표준. ↩