주 변압기에 대한 부하 전환기를 선택하는 방법은?

유틸리티 회사의 프로젝트 책임 엔지니어가 전체 지역의 33 kV 배전 버스를 조절할 수 있는 132/33 kV 전압의 40 MVA 용량의 주 변압기에 대한 사양을 수립하고 있습니다. 변압기의 설계 과정은 거의 완료되었지만, 회의에서 제기된 한 가지 문제는 온로드 탭 체인저에 관한 것으로, 이에 대한 많은 질문이 있었습니다. 다양한 제조업체의 기술적 관점에서 평가가 준비되었지만, 그들의 비용은 30%만큼 차이가 날 수 있으며, 유지보수 간격은 3배 차이가 나고, 다양한 설계 간의 서비스 메트릭은 데이터 시트에서 사용할 수 없습니다. 엔지니어는 온로드 탭 체인저의 활용이 변압기의 30년 운영 비용에 중요하다는 것을 이해하고 있습니다.

이 기사의 목표는 주 변압기의 온로드 탭 체인저 선택에 대한 정보를 제공하는 것으로, 여기에는 탭 범위, 단계 크기, 전류 및 단계 전압 정격, 저항형과 진공형의 차이, 비용 및 공급업체에 전송해야 할 사양이 포함됩니다.

답변: 온로드 탭 체인저 장치는 변압기가 부하 상태일 때 권선의 탭을 조정하여 전압을 공급 중단 없이 조절하는 데 사용됩니다. 10 MVA – 60 MVA 유닛의 경우, 가능한 설정 범위는 각각 약 ± 8 × 1.25% 또는 ± 6 × 2.5%입니다. OLTC 장치는 변압기의 최대 연속 정격과 동일한 통과 전류로 정격되며, 단계 전압은 권선의 전압과 같습니다.

온로드 탭 체인저란 무엇인가?

온로드 탭 체인저(OLTC)는 전력이 사용 중일 때 조정 코일의 탭 연결을 변경하는 전력 변압기에서 발견되는 모터 제어 장치입니다. 이는 탭을 증가시키거나 감소시켜 변환 비율과 출력 전위차를 변경함으로써 이루어지며, 이는 OLTC가 변화하는 부하 및 소스 조건에서 지속적인 전압 조절 과정에서 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다.

전류가 흐르는 동안 지속적으로 모든 작업을 수행하는 장치인 OLTC는 정밀 기기이며, 이는 스위칭이 특정 조건에서 이루어져야 함을 의미하며, OLTC가 마모되기 전에 스위칭 과정이 수천 번 발생해야 합니다.

주 변압기가 왜 하나 필요할까?

변압기는 송전 시스템과 배전 시스템 사이에 설치됩니다. 변압기의 양쪽은 수요 변화에 따라 하루 종일 부하 변동을 경험할 수 있으며, 그리드 구성에 따라 송전 전압도 변할 수 있습니다. 예를 들어, 해당 변압기의 용량이 40 MVA일 때, 임피던스 강하만 해도 6-12% 사이일 수 있습니다. 따라서 전부하 또는 무부하의 경우, 규정은 변압기 자체의 전압 강하에 몇 퍼센트 영향을 미칠 수 있습니다. 게다가, 33 kV 버스가 정상 전압보다 5-8% 낮아질 위험이 있으며, 이는 지역 규정에 따라 허용되지 않습니다.

요구되는 전압 변동을 허용 가능한 범위 내에서 유지하기 위해, OLTC는 일반적으로 자동 전압 조정기(AVR)와 결합됩니다.

OLTC가 중단 없이 전환하는 방법

OLTC는 두 단계로 설계되었습니다. 선택기는 이미 활성 탭을 통해 연결된 권선으로 새로운 탭 포인트를 기계적으로 찾습니다. 따라서 선택기 작동은 전류 값이 0인 상태에서 발생하는 것으로 간주됩니다. 그 후, 원주 탭에서 새로운 탭으로 전류를 이동시키는 다이버터 스위치의 시간이 옵니다. 전환 임피던스는 선택기와 다이버터 스위치 사이에 배치되어 전류 흐름이 중단되지 않도록 합니다.

저항 다이버터의 설계는 전류가 그 사이에 배치된 하나 또는 두 개의 전환 저항을 통해 이동하도록 작동합니다. 저항 값은 과정 중 전류 흐름이 최소값으로 제한되도록 선택됩니다.

저항형 OLTC vs. 진공형 OLTC vs. 리액터형 OLTC

새로운 주 변압기에 관해서는 일반적으로 저항형 또는 진공형 중에서 선택할 수 있습니다. 저항형은 오랫동안 사용되어 왔으며 초기 비용이 가장 낮습니다. 그러나 진공형은 유지보수 간격이 길고 오일 교체 요구 사항이 적기 때문에 초기 비용이 더 높습니다. 이는 오일 교체가 현장 방문과 다운타임을 필요로 하는 무인 변전소의 경우 중요한 고려 사항이 될 수 있습니다.

탭 범위 및 단계 크기 선택

탭 범위는 전압 제어의 계산입니다. 이 과정은 여러 단계로 구성됩니다.

• 실제 전압 변동을 측정합니다. 전부하 상태에서 1차 측의 전압과 버스의 전압을 측정합니다; 실제 그리드에서 경량 및 전부하 조건 간에 ±3-8% 변동할 수 있습니다.
• 변압기 임피던스의 감소를 추가합니다. 최대 용량에서 10-40 MVA의 전력을 가진 변압기의 조정은 4-8%에 도달하며, 탭은 소스의 변화와 내부 감소를 모두 고려해야 합니다.
• 단계의 크기를 결정합니다. 일반적으로 1.25% 단계는 적절한 조정이 있는 대형 변압기에 사용되며, 소형 변압기는 2.5% 단계로 작동합니다.
• 범위를 설정합니다. ±8×1.25% 탭 범위는 16단계에서 ±10%를 제공하며, ±6×2.5% 탭 범위는 12단계를 사용하여 ±15%를 생성합니다. 10MVA에서 60MVA 사이의 대부분의 변압기에 대해 첫 번째 범위가 표준으로 선택됩니다.
• 릴레이의 도움으로 한 단계에서 버스 전압을 제공하는 AVR에 대해 생각해 보십시오. 시간 지연을 통해 헌팅을 피할 수 있으며, 단계 수는 언급된 요구 사항을 충족해야 합니다.

결론적으로, 잘못된 추정은 결과를 초래할 수 있습니다: 범위가 좁으면 변압기가 최악의 조건에서 전압을 유지할 수 없으며, 범위가 너무 넓으면 OLTC 또는 그 조정 권선에 대한 추가 비용이 필요함을 의미합니다.

전류 및 단계 전압 정격 이해하기

통과 전류는 변압기의 가장 높은 지속 전류와 과부하 계수를 포함해야 하며, 20% 과부하 계약의 경우 OLTC 정격도 이를 반영해야 합니다. 다시 말해, 단계 전압은 매우 중요합니다. 높은 단계 전압은 낮은 단계 전압의 높은 전류보다 다이버터에 훨씬 더 많은 스트레스를 의미합니다. 이는 스위칭 용량 시험 중 공급업체에 의해 검증됩니다.

관계를 시각화하는 데 도움을 드리기 위해, 귀하가 지정하는 변압기와 관련된 다음 크기 참조를 제공합니다.

정격을 설정한 후, 사양이 모든 요구 사항을 상세한 언어로 구분하는 것이 필수적입니다. 최소한 RFQ는 다음 항목을 명확하게 지정해야 합니다:

• 탭 범위 및 단계: 명확하게 지정해야 하며, 예: ±8×1.25% (17단계) HV 권선에서.
• 정격 통과 전류: 최대 지속 전류는 무엇인지, 과부하 작동을 포함합니다.
• 단계 전압: 탭 간의 최대 전압.
• 유형: 저항기 또는 진공형, 터렛 장착 설계(헤드형) 또는 탱크 내 장치.
• 모터 구동: 전압(110/220 DC 또는 AC), 토크 제한, 로컬 또는 원격 작동, AVR 인터페이스.
• 모니터링: 위치 표시, 작동 시간 카운터, 오일 수준 및 OLTC 공간의 압력 모니터링.
• 표준 및 유형 시험: IEC 60214-1에 따른 유형 시험, 북미에 기반한 프로젝트의 경우 IEEE C57.131.
• 예비 부품 및 서비스: 제조업체에서 제공하는 예비 부품 및 서비스.

자주 무시되는 두 가지 가장 중요한 사양 포인트가 있습니다. 첫째, 과부하 기준으로, OLTC는 변압기의 과부하 용량에 대해 정격되어야 하며 정격 지속 용량에 대해서만 정격되어서는 안 됩니다. 둘째, AVR 인터페이스 및 통신 프로토콜로, 이는 탭 체인저가 변전소 자동화 시스템의 일부가 될 수 있는지 또는 고립된 수동 방식으로 작동할 것인지를 보여줍니다.

변압기 크기 및 용도에 따른 OLTC

• 전력이 낮은 변압기(5 MVA 미만): 오일 침지 또는 오일 순환 변압기(OLTC)는 OLTC를 사용하지 않으며, 회로 내 탭은 상류 조정 장치에서 보완됩니다.
• 변전소 수준의 변압기(5~60 MVA): OLTC 설치를 위한 전력 범위; 직접 원인 시스템 기반 조정 장치가 사용되며, 조정된 버스에 대한 표준 잠정적 영향이 있습니다.
• 발전기 변압기; OELTC 옵션은 드물며; 발전기의 발전 용량에 따라 발전기 또는 그리드 수준에서 조정이 이루어집니다.
• 산업 수준의 변압기 (10~50 MVA): 이 수준에서도 OLTC 옵션이 제공되지만, 운영 변화가 빈번한 경우 진공형 OLTC가 선택됩니다.
• 용광로 변압기 및 정류기 변압기; 탭 조작의 빈도가 높아 진공형 OLTC가 운영에 적합합니다.

브랜드 및 가격 비교

MR 기술 또는 라이센스 디자인이 전 세계 거의 모든 주요 변압기에서 사용되고 있습니다. VACUTAP 시리즈의 진공 탭 체인저는 유지보수가 필요 없는 작동의 기준을 설정한 제품입니다. ABB, Siemens 및 Hitachi Energy는 자체 OLTC 기술 또는 파트너 OLTC 기술을 제공합니다. OLTC는 일반적으로 변압기 계약에서 명시된 항목이며, 선택은 변압기 제조업체의 능력과 프로젝트의 유지보수 철학에 따라 달라집니다. 장쑤 수비안 전력은 진공형을 포함하여 변압기에 테스트된 OLTC를 설치하는 제조업체 중 하나입니다. 추가 OLTC가 부착된 제품을 받는 대신, 구매자는 포탑, 구동 장치 및 AVR을 포함한 턴키 조립을 하나의 완전한 시스템으로 받습니다. 수비안의 효율적인 생산 및 가격 정책 덕분에 OLTC 변압기의 가격 범위는 유럽 제조업체의 유사 제품에 비해 약 40-60% 낮습니다. 그러나 선택한 브랜드에 관계없이 항상 계약서에 OLTC 유형을 명시하고 유형 시험 인증서를 확인해야 합니다.

단계별 선택 절차

• OLTC가 필요한지 평가합니다. 소스와 부하가 안정적이라면 수동 탭만 필요할 수 있지만, 전력 변압기의 경우 자동 조정이 거의 항상 필요합니다.
• 변압기의 내부 조정 및 전압 변동에 따라 탭 단계 크기와 범위를 결정합니다.
• 과부하가 있는 지속적인 작동 중에 사용할 수 있는 최대 전류를 기준으로 전류 용량을 결정합니다.
• 조정 권선의 탭 간 전압과 단계 전압을 재확인합니다.
• 예산, 적용 분야 및 스위칭 주파수에 따라 저항기 또는 진공을 사용할지 결정합니다.
• 포탑 또는 헤드 장착이 필요한지 확인하고, 올바른 전압과 제어를 보장하는 모터 구동 장치에 대해 결정합니다.
• 위치, 카운터, 오일 수준 및 통신 프로토콜을 포함한 자동 전압 조정기 통합 요구 사항을 나열합니다.
• IEC 60214-1에 따른 유형 시험 및 공정 시험 인증서가 준비되어 있는지 확인하고, 계약서에 OLTC의 명칭을 포함합니다.

운영, 모니터링 및 유지보수

OLTC 서비스의 필요성은 주로 OLTC의 종류와 스위칭 빈도에 의해 영향을 받습니다. 권장 사항은 다음과 같습니다:

• OLTC가 매달 몇 번 작동되었는지 추적합니다. 전력 변압기와 함께 사용되는 OLTC는 연간 1,000-10,000번 스위칭할 수 있으므로, 유지보수 간격은 운영 횟수를 기준으로 계산해야 하며, 연수 기준이 아닙니다.
• 저항 OLTC에서는 다이버터 설치 오일이 주 탱크의 오일과 별도로 고려되어야 하며, 스위칭 작업 중에 탄화되어 훨씬 더 빨리 열화됩니다; 제조업체가 지정한 간격에 따라 필터링하거나 교체하십시오 (~100,000 스위치).
• 진공 OLTC에서는 작동 중 오염이 발생하지 않으므로 간격이 훨씬 길어질 수 있습니다 (~300,000 스위치); 그럼에도 불구하고 메커니즘과 드라이브는 주요 트립마다 점검해야 합니다.
• 모터 드라이브의 토크, AVR 릴레이 스위치의 위치 및 위치 표시기의 위치는 매년 확인해야 합니다.
• 다이버터 오일의 온도와 압력을 모니터링하십시오; 온도의 급증은 접점의 결함이나 비정상적인 스위칭 프로세스를 나타냅니다.
• 작동 카운터를 기록하는 것은 가장 비용 효율적입니다. 이는 “5-7년마다 유지보수 수행”을 “100,000회 작동마다 유지보수 수행”으로 변경하여 바쁜 변압기에 상당한 차이를 의미합니다.

다양한 설계에 따라 필요한 유지보수는 크게 다릅니다. 두 가지 주요 유형의 OLTC는 지출을 기준으로 비교해야 합니다.

자주 묻는 질문

온로드 탭 체인저의 비용은 얼마입니까?

주요 변압기에 대해 어떤 탭 범위를 지정해야 합니까?

저항형과 진공형 온로드 탭 체인저의 차이는 무엇입니까?

OLTC는 얼마나 자주 유지보수가 필요합니까?

기존 변압기에 온로드 탭 체인저를 개조할 수 있습니까?

드물고 경제적으로도 드뭅니다. 조정 권선, 포탑 장착, 탱크 간격 및 냉각이 모두 OLTC에 적합해야 하며, 대부분의 고정 탭 변압기는 이를 위해 설계되지 않았습니다. 기존 장치에서 지속적인 조정이 필요하다면 별도의 전압 조정 변압기나 직렬 전압 조정기를 고려하십시오. 그렇지 않으면 설계 단계에서 OLTC를 지정하십시오.

참고 문헌

• IEC 60214-1 — 탭 체인저, 성능 요구 사항 및 시험 방법 — 유형 시험 및 정격을 다루는 핵심 OLTC 표준.
• IEC 60214-2 — 탭 체인저, 응용 가이드 — 범위, 단계 및 정격에 대한 선택 안내.
• IEEE C57.131 — 부하 탭 체인저에 대한 요구 사항 — 북미 OLTC 표준입니다.
• MR Reinhausen — 탭 체인저 포털 — 선도적인 OLTC 제조업체의 VACUTAP/OILTAP 문서 및 생애 주기 데이터.
• IEC 60076-1 — 전력 변압기, 일반 요구 사항 — 탭 체인저 통합 및 테스트를 위한 변압기 수준의 맥락.
• ABB 변압기 — 변압기 및 탭 체인저 통합에 대한 참고 자료입니다.

결론

주요 변압기에 대한 온로드 탭 체인저 선택은 사실에 기반한 과정입니다. 전압의 변동과 변압기의 조정이 범위를 결정하며, 변압기의 전류 및 스위칭 능력이 출력을 결정합니다. 모든 것이 올바르게 수행된다면, OLTC는 수년 동안 기능을 수행할 것입니다.

• 실제 전압 값과 내부 조정을 사용하여 탭 범위를 계산하십시오.
• 판에 있는 정격뿐만 아니라 과부하 성능에 따라 OLTC를 평가하십시오.
• 빈번한 스위칭이 필요하고 사람이 없을 때는 진공형을 선택하십시오.
• 성능 기록을 따르고, 카운터를 기록하며 계약에 첨부된 형식 시험 인증서를 보관하십시오.