LW12-500 死接地遮断器の欠陥分析と処理

紹介

LW12-500タンク型SF₆遮断器は国内の高圧遮断器です。運転時間が増えるにつれて、本体と操作機構の頻繁な故障が電力網の安全かつ安定した運転に大きな影響を与え、供給の信頼性を低下させ、遮断器の維持費用を年々上昇させる要因となっています。この論文では、LW12-500タンク型SF₆遮断器の一般的な欠陥と故障に対処するための予防および対策を提案し、設備の隠れた問題を完全に排除し、電力網の運転レベルを向上させる目的があります。

設備概要

LW12-500タンク型SF₆遮断器は、絶縁および消弧媒体としてSF₆ガスを使用しています。操作機構は純粋な油圧式を採用しており、油圧機構の主要部品は日立から輸入されています。遮断器は二重ブレーキ構造で、主ブレーキの両端に並列コンデンサーが設置されています。並列コンデンサーは日本の村田製作所によって提供されています。

設備の使用状況

国家電力網システム内にはまだ多くのLW12-500タンク型SF₆遮断器が稼働しています。2014年末時点で、冀北公司では33台の同種類の遮断器が稼働しており、そのうち14台には閉鎖抵抗が装備され、稼働時間は10年以上でした。

設備の故障状況

• 2002年9月、ある変電所のLW12-500タンク型SF₆遮断器のB相で単相接地障害が発生しました。5031号機と5032号機のB相が跳ねました。5032号機のB相は再閉合に成功しましたが、5031号機のB相は再閉合に失敗しました。調査により、圧力スイッチの調整ナットが緩んでいたため、閉鎖ロック圧力値が変化し、遮断器が再閉合できなくなったことが分かりました。

• 2004年4月から6月までの通常の設備メンテナンスと事前試験中、ある変電所のLW12-500タンク型SF₆遮断器5053号機、5043号機、5012号機で開閉拒否現象が見られました。調査結果、操作機構内の油圧オイルの劣化によりバルブ体の動きが悪かったことが原因だと分かりました。

• 2004年6月、ある変電所のLW12-500タンク型SF₆遮断器5052号機のC相で、消弧室内の圧力シリンダーの銀メッキ層の剥離によりタンク内部で放電障害が発生しました。

• 2005年6月、ある変電所がLW12-500タンク型SF₆遮断器5043号機に対して通常の停電開閉操作を行った際、B相操作機構の開放電磁石下の開放トリップラッチの回転軸ピンが折れ、B相の遮断器が分離しなくなりました。同時に、開放回路内の直列抵抗が損傷して脱線しました。調査後、損傷したラッチ、開放コイル、および開放直列抵抗を交換し、設備を再稼働させました。

• 2005年6月、ある変電所の2番目の母線が送電された際、LW12-500タンク型SF₆遮断器5053号機のC相が閉じた直後に跳ねました。調査により、ストライカーロッドの変形により1段階目の開放弁がリセットできず、遮断器が連続的に跳ねることが分かりました。ストライカーロッドを交換することで正常に戻りました。

• 2006年5月、ある送電線の連続的な跳ねる障害により、LW12-500タンク型SF₆遮断器5012号機のB相の閉鎖コイルが焼けました。調査により、B相の閉鎖ラッチが詰まって長時間充電し続けたことが原因でコイルが焼けたことが分かりました。

• 2007年7月、ある変電所のLW12-500タンク型SF₆遮断器5031号機のB相のタンク内で運転中に内部放電障害が発生しました。原因は、バッシング内の導電棒の塗装工程（手動ブラシ）が不良だったためです。不均一なブラッシングにより、刷毛の毛などの異物が導電棒に付着し、刷毛の毛がシールドに落ちてシールドとタンクの内壁間に放電が発生しました。

• 2007年11月、3番目の変電所での障害時に、LW12-500タンク型SF₆遮断器5013号機で複数回の開閉障害が発生し、事故が拡大しました。

• 2009年2月、LW12-500タンク型SF₆遮断器5012号機の停電メンテナンス後の保護動作試験中、C相が閉じませんでした。調査により、機構内の閉鎖ラッチとバックルを接続するシャフトが不自由であり、ラッチとバックルが解放されずにC相が閉じなかったことが分かりました。

• 2009年6月、大規模メンテナンス後の送電中に、LW12-500タンク型SF₆遮断器5021号機のA相で内部フラッシュオーバーが発生しました。障害はシールドアセンブリの鋭い角とタンク内部の清掃不足によるものでした。

• 2012年3月、LW12-500タンク型SF₆遮断器5053号機のA相が開いた後、最初に遮断器間で絶縁破壊が発生し、その後接地障害に発展しました。調査により、遮断器間の並列コンデンサープレートの劣化により、破壊後にコンデンサーが破裂し、シールドとタンク間で放電が発生することが分かりました。

• 2013年1月、LW12-500タンク型SF₆遮断器5043号機のB相が開いた後、遮断器間で再び絶縁破壊が発生し、その後接地障害に発展しました。A相の遮断器間の12秒間のアークはバス差動保護によってクリアされましたが、接地障害に発展する前に阻止されました。障害は遮断器間の並列コンデンサープレートの劣化によるもので、コンデンサーの破壊と破裂によりシールドとタンク間で放電が発生しました。

主要な欠陥

• 初期生産ロットでは、バッシング内の導電棒の絶縁塗装（手動ブラシプロセス）が不良で、ブラシの毛が付着したり、塗装が剥離したりするなど、内部絶縁放電の潜在的な危険がありました。

• タンク内部表面の絶縁塗装作業が不良で、剥離や剥げやすいことから、内部絶縁放電のリスクがありました。タンク内のグレーディングシールドの加工と組み立てが不良で、鋭い角や突起がありました。

• 消弧室の圧力シリンダーの内部表面の銀メッキ層が剥離や剥げやすい。

• 可動接触部と固定接触部の位置合わせが不良であるか、接触ばねの品質が低いため、アーク接触指やノズルが破片化して脱落します。

• 遮断器間の並列コンデンサープレートの劣化により、絶縁破壊のリスクがあります。

• 機構の加熱および密封システムの設計が不合理で、季節の移り変わり時に複数の遮断器で超高油圧警報が発生しました。

• 油圧機構の頻繁な故障、特にシールと蓄圧器の高い故障率により、機構の信頼性が低下しました：

• 油圧機構の一次弁の加工不良により、「開閉後の即時再閉合」または「連続的な跳ねる」が複数回発生しました。

• 油圧オイルの重度の劣化により、頻繁な加圧とオイル漏れが発生しました。

• 材料や加工品質が不良なため、操作機構の一部の金属部品（例えばラッチ）の強度が不足し、破断や変形しやすい。

• 蓄圧器の品質問題により、長期間の運転後に予荷重圧力が低下し、運転要件を満たせない複数の装置がありました。

改造措置

LW12-500遮断器に対する実施されたメンテナンス措置は以下の通りです：

• バッシング内の導電棒を先進的な絶縁コーティング技術を採用した新しいタイプに交換。

• タンク内部の徹底的な点検とメンテナンス：内部塗装層、閉鎖抵抗アセンブリ、圧力シリンダーの銀メッキ層（剥離/剥げている場合は交換）、可動/固定接触部の位置合わせ調整に重点を置いています。

• 操作機構の点検とメンテナンス：バルブシステム、蓄圧器、作動シリンダー、油圧ポンプ、および油圧オイルの全交換。

• 遮断器間の並列コンデンサープレートを日本村田製作所製の改良プロセス部品に交換。

改善提案

• 電力網の安全性と安定性を確保するため、LW12型遮断器の適時メンテナンスは重要です。しかし、スペアパーツの供給と技術サービスの課題、さらに長期的な生産終了とスペアパーツの入手困難さにより、メンテナンスが難しく、単位あたりの修理コストが新規購入に近づいています。安全性、経済性、技術的進歩を考慮すると、LW12-500タンク型SF₆遮断器の全面的な交換が推奨されます。

• 廃棄される前に、LW12型遮断器の運転条件監視とメンテナンスを強化すること。超音波部分放電検出やSF₆ガスクロマトグラフィ分析などの先進技術を定期的に使用して、運転電圧下での内部絶縁状態を評価し、検出周期を短縮し、絶縁劣化の傾向をタイムリーに追跡します。これにより、運転中の突然の内部絶縁障害を防止するための対策を講じることができます。