A Study on SCOTT Transformer Protection Relay Malfunction Case and Improvement Methodology

In Korean AC power railway substations, SCOTT winding transformers are under operation to have a single phase power supply together with a phase angle of $90^{\circ}$ on the secondary side of the main transformer. In the case of an internal fault of the transformer, the transformer protection relay should be cut off on the primary side, the transformer should be inoperative to the external fault of the transformer or to the normal train operation. Reducing the malfunction of the relay through an exact fault determination is very important for securing a stable power system and improving its reliability. The main transformers are protected using Buchholtz's relay and a differential relay as the internal fault detection devices, but there are some cases of the main transformer operation under the deactivation of this protection function due to a malfunction of the differential relay. In this paper, the characteristics of the SCOTT transformer and differential relay as well as the malfunctioning of the protection relays are presented. The modeling of the SCOTT transformer protection relay was accomplished by the power system analysis program and the Comtrade file from 'A substation', which was used as the input data for the fault wave, and the harmonics were analyzed to determine if the relay operates or not. In addition, an improvement plan for malfunctioning cases through wave form analysis is suggested.

스코트 변압기 보호계전기 오동작 사례분석 및 개선방안 고찰

본 국내 교류전철변전소에서는 주변압기 2차측의 위상각이 $90^{\circ}$인 단상 전원을 얻도록 한 스코트 결선 변압기를 설치 운용 하고 있다. 변압기 보호계전기는 내부에서 고장이 발생하는 경우 변압기 전단에서 전력을 차단시키고 변압기 외부 계통의 사고나 일반차량 운행의 경우에는 동작하지 않아야 한다. 정확한 고장의 판단으로 오동작을 줄이는 것이 전력계통을 안정적으로 유지하고 신뢰성을 향상시키는 측면에서 매우 중요하다. 주 변압기 내부 고장 검출장치로는 브흐홀쯔계전기와 비율차동계전기를 설치하여 변압기를 보호하고 있지만 비율차동계전기의 오동작으로 인해 보호기능을 비활성화 시켜놓은 상태로 운용하는 사례가 있다. 본 논문에서는 스코트 변압기의 특성과 비율차동계전기의 특성을 제시하고 보호계전기의 오동작 사례를 분석하였다. 이를 위해 전력계통 해석프로그램을 이용하여 스코트 변압기에 사용되는 비율차동계전기를 모델링하고 A변전소의 Comtrade 파일로 저장된 고장파형을 입력데이터로 사용하여 동작여부를 판단하여 고조파 분석을 수행하였다. 또한, 고장파형 분석을 통해 오동작 사례에 대한 개선 방안을 도출하고자 한다.