불평형 충전용량의 의한 GPT 철공진 분석 및 예방대책

Abstract

전력계통에서 PT의 비선형적 유도용량과 계통의 충전용량의 값이 같아지거나 비슷해져서 발생하는 철공진은 다양한 원인으로 전력계통에서 지속적으로 발생하는 문제점이며 설비에 큰 악영향을 미치기 때문에 전력산업 기술자들에게 오랫동안 꾸준히 해결법을 요구하고 있다. 특히 345kV M.Tr 3차측 GPT에서 발생하는 철공진의 원인을 해소하고자 개선된 포화전압을 적용한 GPT를 설치하여 인덕턴스(L)의 비선형성을 제거하거나 추가 커패시터(C)를 345kV M.Tr 3차측에 설치하여 철공진이 발생하는 계통조건을 제거하는 노력이 있었으며 어느 정도 효과를 거두고 있다. 그러나 여전히 철공진에 의한 고장발생과 전력설비 소손은 꾸준히 일어나고 있으며 추가적인 원인에 대한 분석과 해결방법 제시되어야 한다. 이에 본 연구보고서는 사전연구에서 다루지 않은 불평형 충전용량()이 철공진에 미치는 영향에 대해 연구하고 해결방법을 제시하였다. 분석한 사례는 345kV M.Tr 3차측 케이블 긍장의 차이로 인한 충전용량의 차이로 발생하는 상시 영상과전압에 대한 사례와 345kV M.Tr 3차측 개폐장치 비동기 개방 시 방전전류로 인한 불평형 충전용량이 영상과전압과 철공진을 일으킨 사례이다. 사전연구에서 반영하지 않은 케이블 긍장 차이에 의한 충전용량, 전력설비(M.Tr, GPT)의 선간(phase to phase), 상-대지 간(phase to ground) 충전용량을 현장 실측하여 EMTP Modeling을 설계하는데 반영하였으며 실제 파형과 모의 파형의 유사성을 비교하고 계산된 상승전압과 모의된 상승전압의 크기 비교하는 검증과정을 거쳐서 Modeling의 신뢰도를 확보하였다. 검증된 EMTP Modeling을 통해서 345kV M.Tr 3차측 개폐장치의 비동기 개방으로 인한 불평형 충전용량을 해소하는 방안으로 GPT 2,3차측 제한저항을 설치하여 불평형충전용량을 일으키는 방전전류의 귀로를 형성하는 방법을 제시하였다. 제한저항을 설치하였을 때의 효과를 저항의 크기, 투입시간, 방전전류의 크기 등 다양한 변수를 고려하여 모의하였으며 최적의 제한저항의 크기와 투입시기를 제시하였다. 이 결과를 실계통에 적용하여 개폐장치 개방 시 영상과전압과 철공진이 해소됨을 실증하였으며 전사적으로 적용할 예정이다. 본 연구결과는 전력계통 설계 전 EMTP 해석을 통해 철공진을 예방하는 시간이 많이 걸리며 복잡한 방법을 대체하여 일반적으로 적용할 수 있는 방법을 제시함으로 전력산업에 많은 이점을 가져다줄 것으로 생각한다.

In the power system, ferro-resonance caused by the same or similar values ​​of the non-linear inductance of the PT and the charging capacity of the system is a problem that continuously occurs in the power system for various reasons and has a great adverse effect on the facilities. There has been a long and steady demand for solutions from industrial engineers. In particular, in order to solve the cause of ferro-resonance occurring in the 345kV M.Tr tertiary GPT, a GPT with an improved saturation voltage is installed to remove the non-linearity of the inductance (L), or an additional capacitor (C) is added to the 345kV M.Tr tertiary side. Efforts have been made to remove the system condition in which ferro-resonance occurs by installing it. However, power facility damage due to ferro resonance are still occurring, and additional causes should be analyzed and solutions should be presented. Therefore, this report studied the effect of unbalanced charging capacity() on ferro-resonance, which was not dealt with in previous studies, and suggested a solution. The analyzed cases are the case of overvoltage caused by the difference in the charging capacity due to the difference in the length of the 345kV M.Tr tertiary side cable and the unbalanced charging capacity due to the discharge current during asynchronous opening of the 345kV M.Tr tertiary side circuit-breaker results in overvoltage and ferro-resonance. Design EMTP modeling by measuring the charging capacity due to differences in cable length, which was not reflected in the previous study, and the phase to phase and phase to ground charging capacity of power facilities (M.Tr, GPT). The reliability of EMTP modeling was inspected through the verification process of comparing the similarity between the real and simulated waveforms and comparing the magnitudes of the calculated over-voltage and the simulated over-voltage. As a method to solve the unbalanced charge capacity caused by the asynchronous opening of the 345kV M.Tr tertiary circuir-Breaker through verified EMTP modeling, the limit resistors are installed in GPT secondary and tertiary to form a return path of the discharge current that causes the unbalanced charge capacity was presented. The effect of installing the limit resistor was simulated by considering various variables such as the size of the resistor, the input time, and the size of the discharge current, and the optimal size and input timing of the limit resistor were suggested. By applying this result to the real system, it has been demonstrated that overvoltage and ferro-resonance are resolved when the circuit-breaker is opened, and this solution will be applied company-wide. The result of this study is that it takes a lot of time to prevent ferro-resonance through EMTP analysis before power system design, and it is expected to bring many advantages to the power industry by suggesting a method that can be applied in general by replacing the complicated method.