부분방전 진단기술 현황 및 발전소 적용사례부분방전 진단기술 현황 및 발전소 적용사례

2013. 11. 01

한수원 설비기술처

박성민 선임전문원박성민 선임전문원

발 표 순 서

부분방전 개요I

III

IV

IEC 60270II

진단 기법

원전 진단 사례

1

IV

11

결 론V

원전 진단 사례

부분방전 개요I

2

22

1. 부분방전의 정의

�� 부분방전부분방전, Partial Discharge, PD, Partial Discharge, PD

�� Electric discharge that do not completely bridge the electrodesElectric discharge that do not completely bridge the electrodes

(PD Detection in High(PD Detection in High--Voltage Equipment, Voltage Equipment, KreugerKreuger, Delft , Delft 공대공대))

�� Localized Localized electrical discharge that only partially bridges the electrical discharge that only partially bridges the

insulationinsulation between conductors (IEC 60270)between conductors (IEC 60270)

실리콘절연물

3

침전극평판전극

유리병

2. 부분방전의 종류

Internal

PD

Internal

PD

� Void� Electrical

종종 류류

� 절연물 내부 Void에서 발생-. 고체절연체 내부의 지속적인 PD는

특특 징징

External

PD

External

PD

PDPD Tree

� Corona� Surface� Floating

방전채널(Treeing) 형성

� 비균질 기체 절연계에서 발생� 이종 절연물들의 경계면에서 발생� 전계 중 도전성 물질과 전극사이에서 발생

4<Void> <Tree> <Corona> <Surface>

3. 부분방전은 왜 발생?

�� 전계집중전계집중 & & 절연내력절연내력 저하의저하의 조합조합

전력케이블 단면

5< 돌기(좌)와 공극(우)에서의 전계집중 >

3. 부분방전은 왜 발생?

Uz

U1(t)

Ut(t)

A

εrε0CP/2 CP/2

2CS

CF

U'1(t)-Uz

t

UL

-UL

I1(t)

A

CS

R

Is(t)

I2(t)I3(t)

B

2CS

6< 보이드를 내포한 절연물의 전기등가회로(좌)와 전압,전류 파형(우) >

FCUq .1

∆=

t

B

CP

CF

R1

SI1(t)

Ut

U1

4. 왜, 부분방전 진단이 필요?

7

< Corona Discharge >

4. 왜, 부분방전 진단이 필요?

8

< Surface Discharge >

5. 부분방전 발생 형태

커플링 캐패시터, HFCT 및 UHF 센서

Electromagnetic SignalElectromagnetic Signal

음향 및 광센서

음향음향, , 빛빛, , 열열, , 화학작용을화학작용을 동반동반

9

IEC 60270II

10

1010

1. 개요

�� IECIEC 60270 60270 제목제목�� High Voltage Test Techniques High Voltage Test Techniques -- Partial Discharge MeasurementsPartial Discharge Measurements

�� 특징특징�� 특징특징�� 커플링커플링 캐패시터캐패시터 이용이용 : : 수십수십kHzkHz에서에서 수백수백kHzkHz의의 저주파저주파 대역대역

--. . 쉴드룸에서는쉴드룸에서는 문제문제 없음없음 : : 인정시험인정시험 등에등에 적용적용

�� 현장과현장과 같은같은 노이즈노이즈 심한심한 곳곳 : PD : PD 신호가신호가 노이즈에노이즈에 묻혀묻혀 측정이측정이 곤란곤란

--. S/N. S/N비비(Signal(Signal--Noise)Noise)가가 큰큰 고주파고주파 대역에서대역에서 측정측정

--. HFPD(High Frequency Partial Discharge). HFPD(High Frequency Partial Discharge)의의 도입도입

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2. 측정 주파수 대역 및 회로

�� 측정측정 주파수주파수 대역대역

�� 30kHz ≤ f30kHz ≤ f11 ≤ 100kHz, f≤ 100kHz, f22 ≤ 500kHz≤ 500kHz, , 100kHz ≤ 100kHz ≤ △△f ≤ 400kHzf ≤ 400kHz

커플링 캐패시터

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측정대상PD 측정시스템

전류신호 → 전압신호

진단 기법III

13

1313

1. PRPD(Phase Resolved PD)

�� 각각 상별상별 부분방전부분방전 패턴패턴 분석분석�� 방전의방전의 종류종류((내부방전내부방전, , 코로나방전코로나방전, , 표면방전표면방전))에에 따라따라 패턴이패턴이 다름다름

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< 고압측 코로나 방전 > < 접지측 코로나 방전 >

1. PRPD(Phase Resolved PD)

< 접지측 코로나 방전 > < 보이드 방전 1 >

15< 보이드 방전 2 >< 표면 방전 >

2. 3PARD

�� Three Phase Amplitude Relation DiagramThree Phase Amplitude Relation Diagram

�� 33상의상의 방전방전 크기와크기와 위상차를위상차를 기반으로기반으로 클러스터클러스터 형성형성

�� 클러스터별로클러스터별로 PRPD PRPD 분석분석�� 클러스터별로클러스터별로 PRPD PRPD 분석분석

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Micro void 패턴

3. TF Map

�� TimeTime--Frequency MapFrequency Map

�� 각각 부분방전부분방전 펄스의펄스의 지속지속 시간을시간을 XX축으로축으로,, FFT FFT 결과의결과의 주요주요 주파수주파수

값을값을 YY축으로축으로 22차원차원 MapMap에에 클러스터클러스터 형성형성값을값을 YY축으로축으로 22차원차원 MapMap에에 클러스터클러스터 형성형성

�� 클러스터별로클러스터별로 PRPD PRPD 분석분석

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클러스터 B

원전 진단 사례IV

18

1818

1. 부분방전 진단장비

�� 스캔형스캔형 부분방전부분방전 진단장비진단장비�� 전력설비의전력설비의 표면을표면을 스캔하여스캔하여 발생하는발생하는 부분방전부분방전 신호신호 검출검출

�� 기존기존 고정형고정형 센서센서 방식은방식은 노이즈노이즈 유입으로유입으로 부분방전부분방전 여부의여부의 판정판정�� 기존기존 고정형고정형 센서센서 방식은방식은 노이즈노이즈 유입으로유입으로 부분방전부분방전 여부의여부의 판정판정

및및 부분방전부분방전 발생발생 위치위치 탐색에탐색에 한계가한계가 있음있음

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2. A호기 주변압기 저압부싱

�� 아세틸렌아세틸렌 가스가스 검출검출((당시당시 기준치기준치 이하이하))�� 부분방전부분방전 진단진단 결과결과 방전방전 신호신호 검출검출

--. . 저압부싱저압부싱 옆옆 하단부하단부 140pC, 140pC, 기타기타 부위는부위는 30pC 30pC 미만미만--. . 저압부싱저압부싱 옆옆 하단부하단부 140pC, 140pC, 기타기타 부위는부위는 30pC 30pC 미만미만

�� 내부점검을내부점검을 통해통해 저압부싱저압부싱 측에서측에서 아크아크 및및 과열개소과열개소 확인확인

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2. A호기 주변압기 저압부싱

�� 내부점검내부점검 결과결과

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3. B호기 22kV 상분리모선(IPB)

�� IPB IPB 예방진단예방진단 수행을수행을 위해위해 부분방전부분방전 측정측정

�� 소내보조변압기소내보조변압기 22대대, , 여자변압기여자변압기 11대가대가 IPBIPB로로 연결연결�� 소내보조변압기소내보조변압기 22대대, , 여자변압기여자변압기 11대의대의 고압전극은고압전극은 IPBIPB로로 연결되고연결되고�� 소내보조변압기소내보조변압기 22대대, , 여자변압기여자변압기 11대의대의 고압전극은고압전극은 IPBIPB로로 연결되고연결되고

접지측은접지측은 EnclosureEnclosure 및및 H H 빔을빔을 통해통해 전체가전체가 연결된연결된 복합설비복합설비

�� 부분방전부분방전 신호가신호가 모든모든 측정개소에서측정개소에서 검출검출

--. . 복합설비의복합설비의 특성에특성에 의해의해 방전방전 소소의소소의 신호가신호가 타타 개소로개소로 전파됨전파됨

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3. B호기 22kV 상분리모선

�� IPB IPB 지지애자에서지지애자에서 부분방전부분방전 발생발생 확인확인�� 소내보조변압기소내보조변압기 부싱과부싱과 IPB IPB 연결부연결부

�� 지지애자지지애자 금속부의금속부의 Floating PotentialFloating Potential에에 의한의한 부분방전부분방전�� 지지애자지지애자 금속부의금속부의 Floating PotentialFloating Potential에에 의한의한 부분방전부분방전

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3. B호기 22kV 상분리모선

�� 부분방전에부분방전에 의한의한 탄화탄화 흔적흔적

�� Floating PotentialFloating Potential에에 의한의한 부분방전부분방전 발생발생 실험실실험실 시험시험

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결 론V

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2525

�� 부분방전은부분방전은 전력설비전력설비 절연물의절연물의 미소미소 결함을결함을 검출할검출할 수수

있는있는 최적의최적의 기술임기술임

결 론

�� 부분방전량부분방전량((pCpC) ) 보다는보다는 경향관리가경향관리가 중요함중요함

�� 부분방전량부분방전량 추이추이, , 부분방전부분방전 펄스의펄스의 개수개수 및및 정부극성간정부극성간 간격간격 변화변화

�� 스캔형스캔형 부분방전부분방전 진단진단 기술의기술의 성능성능 검증검증

�� 기존기존 고정형고정형 센서센서 방식의방식의 한계를한계를 보완보완

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�� 부분방전부분방전 진단진단 결과에결과에 따른따른 Step Plan Step Plan 수립수립 필요필요

�� 전력설비별전력설비별 진단진단 결과가결과가 다소다소 상이하므로상이하므로 설비에설비에 적합한적합한 진단진단

절차서절차서 또는또는 매뉴얼매뉴얼 작성작성

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