건식 변압기의 특성 및 응용

현재 중국에서 사용되는 건식 변압기는 대부분 3상 고체형 SC 시리즈로, SCB9 시리즈 3상 권선 변압기, SCB10 시리즈 3상 포일 변압기, SCB9 시리즈 3상 포일 변압기 등이 있습니다. 이 변압기들의 전압 범위는 일반적으로 6~35kV이며, 최대 용량은 25MVA에 이릅니다. 건식 변압기는 크게 함침형 건식 변압기와 수지형 건식 변압기 두 가지로 나뉩니다.

1. 함침식 건식 변압기

중국산 함침식 건식 변압기의 전선은 유리선으로 덮여 있으며, 패드는 해당 절연 재료로 열압착됩니다. 이러한 변압기는 내화성이 우수하여 주로 수력 발전소 및 고층 건물에 사용됩니다.

함침 페인트의 차이로 인해 변압기 절연은 B, F, H, C, 주 절연 및 수직 절연(권선 간 주 절연 및 권선과 코어 간 주 절연)으로 나뉩니다.

수직 절연은 변압기 권선의 서로 다른 전위를 갖는 지점 및 부분 사이의 절연을 의미하며, 주로 권선의 턴, 층 및 섹션 사이의 절연 성능을 포함합니다. 절연 매체로는 공기가 사용됩니다.

이러한 종류의 변압기는 수지형 건식 변압기보다 환경의 영향을 더 많이 받으며, 외관과 무게도 더 크고, 국내외에서 출력 성능이 저하되는 경향이 있습니다.

권선 양단에 밀봉 처리가 되어 있어 조수에 강하고 내화성이 뛰어나며 750℃의 개방 화기에서도 화재 방지가 가능한 비교적 신형 건식 변압기입니다. 1.2 수지 건식 변압기는 오늘날 국내 수지 주조 변압기의 주요 제품으로 다음과 같은 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 유형은 권선형 주조 변압기라고 하며, 고전압은 권선형 파단 실린더 주조 방식이고, 저전압은 권선형 실린더(또는 분할 실린더) 주조 방식입니다. (참고: 리첸, 산시성 전력 그룹 유한회사)

두 번째 유형은 포일 권선 주조 변압기라고 하며, 고전압은 분할 포일 권선 주조 방식이고, 저전압은 구리 포일(또는 알루미늄 포일) 권선 방식입니다. 주조 시에는 충전재를 사용합니다.

세 번째 유형은 고압 와이어 권선식 파단 실린더 주입형과 저압 구리 호일(또는 알루미늄 호일) 권선형으로 나뉘며, 주조 시 충전재를 사용하지 않습니다.

위의 세 가지 유형의 제품은 제조 및 성능 면에서 각기 다른 특징을 가지고 있으며, 현재 시장에서 일정 점유율을 차지하고 있습니다. 본 글에서는 권선형 변압기에 대해 중점적으로 논의하고자 합니다.

2. 권선 주조 변압기

2.1. 구조적 특징

산시성 바오지 제2발전소에 설치된 건식 변압기는 모두 권선식 주조 변압기로, 전압 등급은 6kV, 용량은 100kVA에서 1600kVA까지이며, 실내에 설치되어 있습니다.

본 제품의 고전압 및 저전압 권선은 구리선으로 제작되었으며, 유리섬유로 보강된 완전 권선 구조에 얇은 절연재를 사용하고, 무첨가 수지를 진공 상태에서 함침 주입한 후 특정 온도 경화 곡선에 따라 경화시킵니다.

고전압 권선은 특수 분할 원통형 구조를 채택하고, 저전압 권선은 전압 레벨에 따라 다층 원통형, 분할 원통형 또는 특수 분할 원통형을 채택합니다.

2.2 기술적 특징

2.2.1 변압기 고전압 권선의 충격 저항 와이어 권선 방식은 특수 단면 원통형 구조를 채택합니다. 이 구조는 일반적인 단면 보빈 권선과 일반 단면 원통형 권선의 장점을 모두 계승하면서 보빈 권선의 고전압 층 사이의 모순을 해결한 이상적인 권선 구조이며, 흔히 비공진 권선 구조라고 불립니다.

일반적인 분할 실린더와 비교하여 특수 분할 실린더는 층간 전압을 더욱 낮추고 전압 분포를 개선하며, 대기 과전압 및 작동 과전압을 견딜 수 있는 충격 강도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

충격 저항은 권선의 구조뿐만 아니라 권선의 주조 품질 및 절연 재료의 전기적 특성에도 영향을 받습니다.

제품의 권취가 완료된 후, 진공 상태에서 순수 수지를 주입하며, 충전제는 첨가하지 않으므로 수지의 유동성이 저하되지 않습니다.

또한 코일이 전선으로 감겨 있기 때문에 수지가 코일의 축 방향이나 방사 방향에 관계없이 코일 전체를 완전히 포화시킬 수 있으며 내부에 기포가 생기지 않습니다.

요약: 본 논문은 건식 변압기의 분류 및 특징을 소개하고, 특히 권선 주조 변압기의 구조적 특징, 기술적 특징, 냉각 시스템, 온도 제어 시스템 등을 중점적으로 다루어 건식 변압기의 발전 전망을 제시한다. 주요 키워드: 건식 변압기, 권선 주조 변압기, 분류.

수지와 유리 섬유로 구성된 고체 절연체로서, 우수한 충격 저항성을 가질 뿐만 아니라 국부 방전이 매우 적습니다.

2.2.2. 우수한 기계적 강도와 강력한 단락 저항성. 분할 원통형 권선의 경우, 진공 주입 후 수지가 권선의 층, 권선 사이, 권선 구간 사이에 한 번에 스며들 수 있습니다.

경화 후, 수지, 와이어 및 유리 섬유가 단단히 결합되어 강성이 뛰어난 구조를 형성합니다. 이러한 구조의 높은 강도와 ​​기계적 특성 덕분에 와이어 권선 주조 제품은 우수한 단락 저항성을 갖습니다.

경화 수지와 유리 섬유로 형성된 복합 절연 재료의 열팽창 계수는 (18~20)×10⁻⁶/K이고, 권선에 사용되는 구리의 열팽창 계수는 17×10⁻⁶/K로, 이 두 값이 거의 비슷합니다. 따라서 변압기 작동 중 열팽창 및 냉수축으로 인해 권선 도체와 절연 재료 사이에 발생하는 기계적 응력을 제거하여 균열 발생 현상을 근본적으로 방지합니다.

이 제품은 고압 및 저압으로 수지를 주입하여 제작하고 철심을 수지로 코팅하여 습기와 부식에 대한 저항성이 뛰어납니다. 공기 중 상대 습도가 100%인 환경에서도 장시간 작동할 수 있습니다.

순수 수지와 유리 섬유로 구성된 복합 절연체는 전기적 강도가 매우 높기 때문에 제품의 표면 절연 두께는 1.5~2mm에 불과하여 권선 표면의 방열 효율을 크게 향상시킵니다.

2.3. 냉각 시스템 및 보호 장치

건식 변압기는 자연 공기 냉각과 강제 공기 순환 냉각 방식을 사용합니다. 자연 공기 냉각은 정격 부하 조건에서 변압기의 정상 작동을 보장하기 위해 채택되었습니다. 바오지 2호 발전소에 사용되는 건식 변압기는 모두 방사형 팬을 이용한 강제 공기 냉각 방식을 사용합니다.

강제 공기 순환 냉각을 통해 800kVA 이하의 건식 변압기는 용량을 40%까지, 800kVA 이상의 건식 변압기는 용량을 50%까지 증가시킬 수 있으며, 연속 운전이 가능합니다.

건식 변압기는 일반적으로 IP00 보호 등급을 가지며, 보호 케이스 없이 실내에서 사용됩니다. 바오지 제2 발전소에서도 이러한 보호 방식을 사용하고 있으며, 사용자 요구에 따라 보호 케이스를 추가할 수도 있습니다.

IP20 하우징은 12mm 이상의 고체 이물질 유입을 방지하여 작동 부위를 보호합니다. IP23 보호 등급을 채택하면 IP20 보호 기능에 더해 물 튀김 방지 기능도 제공합니다.

2.4. 온도 제어 시스템

전력 변압기의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동 및 수명은 변압기 권선의 안전하고 신뢰할 수 있는 절연에 크게 좌우됩니다. 권선 온도가 절연 온도를 초과하는 것은 절연이 파괴되어 변압기가 정상적으로 작동하지 못하는 주요 원인 중 하나입니다.

SC 시리즈 권선 주조 변압기는 XMTB 자동 온도 제어 보호 시스템을 채택하고 있습니다. 저전압 권선 첫 번째 턴에 백금 열 저항 온도 측정 소자가 내장되어 있어 권선의 온도 상승을 자동으로 감지하고 3상 저전압 권선의 온도를 표시하며 열 보호 기능을 제공합니다.

주변 온도 및 부하 변화에 따라 권선이 한계 온도에 도달하면 온도 컨트롤러가 자동으로 신호를 보내 팬 시동(110℃), 팬 정지(90℃), 경보(120℃) 및 트립(145℃)을 제어하여 제품이 작동 중 안정적인 과부하 보호 기능을 갖도록 합니다.

SC3 시리즈 권선 주조 변압기는 변압기 권선의 온도 감지 및 제어를 위해 M&C의 특허 기술을 채택했으며, 권선의 온도를 직접 감지할 수 있는 온도 컨트롤러를 통해 변압기의 강제 공랭(AF) 제어, 과열 경보 및 과열 트립 기능을 구현합니다.

온도 제어기의 정상적인 디버깅 후, 변압기를 먼저 네트워크에 연결하여 운전하고, 그 후에 온도 제어기에 전원을 공급하여 운전합니다. 온도 제어기는 자동 제어 모드로 작동하며, 변압기의 온도 감지 및 보호 기능을 수행합니다. 권선 온도가 110℃를 초과하면 온도 제어기는 강제 냉각을 위해 팬을 작동시키고, 강제 냉각 중 권선 온도가 90℃ 이하로 떨어지면 팬을 정지시킵니다.

권선 온도가 더 상승하면 온도 제어기는 과열 경보(155℃)와 과열 트립 신호(170℃)를 발생시킵니다. 온도 제어기가 고장 나서 제거할 수 없는 경우, 온도 제어기를 제거하면 변압기는 계속 작동할 수 있으며, 변압기가 정상 작동 상태인지 모니터링하고 확인하기만 하면 됩니다.

3. 건식 변압기와 유입식 변압기의 비교

유입식 변압기의 상당한 장점과 저렴한 비용은 다른 변압기로 대체하기 어렵습니다. 현재는 물론 앞으로도 장기간 동안 일반적인 장소의 옥외 및 화재 방지 요구 사항을 충족하는 데에는 유입식 변압기가 여전히 주된 용도로 사용될 것입니다.

하지만 화재 방지 요건이 높은 곳에서는 건식 변압기 또는 불연성 액체 변압기가 사용됩니다. 건식 변압기는 유입식 변압기보다 과부하 용량이 더 높은데, 이는 주로 건식 변압기의 전류 밀도가 낮고, 열용량이 크며, 권선 시간 상수가 크기 때문입니다.

유입식 변압기와 비교했을 때, 건식 변압기는 절연 작동 조건이 향상됩니다. 유입식 변압기는 더 많은 곳에서 사용되고, 옥외 설치가 더 많습니다.

건식 변압기는 전원 공급 범위가 좁아 실내 설치에 더 적합합니다. 유입식 변압기에 비해 낙뢰 전압 진폭이 낮고 파동 속도가 느리며 낙뢰 발생 확률이 낮다는 단점이 있습니다.

건식 변압기는 종종 금속 산화물 피뢰기로 보호되는데, 이는 대기 과전압을 제한할 뿐만 아니라 내부 과전압도 제한합니다.