500kV SF₆タンク回路遮断器絶縁引き棒の放電故障原因分析と処置
絶縁引き棒は、ガス遮断装置（GIS）の重要な絶縁および伝送部品であり、機械的および電気的な特性において高い信頼性が求められます。通常、絶縁引き棒は故障することはほとんどありませんが、一度故障すると、遮断器に深刻な影響を及ぼす可能性があります。
ある発電所の550kV遮断器は、単断点水平配置で、モデルは550SR-K、油圧操作機構を持っています。遮断容量は63kA、定格電圧は550kV、定格電流は4000A、定格遮断電流は63kA、定格雷衝撃耐電圧は1675kV、定格切替衝撃耐電圧は1300kV、定格周波数耐電圧は740kVです。遮断器の絶縁棒はエポキシ樹脂製で、厚さは15mm、幅は40mm、密度は1.1-1.25g/cm³です。
故障過程
ある水力発電所では、第4主変圧器への送電再開の準備をしていました。発電所の主要な電気配線は図1に示されています。上位コンピュータが最初に5032遮断器を開き、その後5031遮断器を開きました。上位コンピュータは「TV回路開放警報」や「5031遮断器保護装置異常」などの信号を報告しました。現場での調査では、5031遮断器の保護装置と安全制御装置の両方にTV回路開放警報がありました。上位コンピュータの検査では、5032と5031遮断器のTゾーンにある電圧変換器について、Uab= 0、Uca = 306kV、Ubc = 305kVでした。現場での実際の検査では、5032と5031遮断器の両方が開位置にありました。
メンテナンス担当者は、5032と5031遮断器のTゾーンにある電圧変換器本体の端子箱で、C相の二次巻線電圧を55V、A相とB相の二次巻線電圧を0Vと測定しました。これにより、5031遮断器のC相に故障があると初步的に判断されました。
現場調査状況
故障発生後、発電所は直ちに現場で故障点を探し、故障原因の分析を行いました。また、省レベルの調整センターに連絡し、5031遮断器をメンテナンス状態に切り替えました。遮断器メーカーの担当者が現場に到着し、5031遮断器の操作機構を再度検査しました。機構の操作棒の位置は正常な「開」状態で、機構には異常が見られませんでした（図2）。これは、遮断器内部の問題によって故障が起きたと初步的に判断されました。
遮断器の閉じ抵抗は接地抵抗よりもはるかに小さいため、遮断器の実際の内部状態が閉位置である場合、この遮断器の接地抵抗は他の二相よりも著しく低くなります。遮断器の両側の接地分離スイッチを開けずに、三相5031遮断器の接地抵抗を測定しました。測定結果は以下の通りです：A相は273.3 μΩ、B相は245.8 μΩ、C相は256.0 μΩ。C相には異常データは検出されませんでした。
5031遮断器がメンテナンス状態に移行した後、5031C相遮断器のガス回収プロセスが始まり、カバーを開けて検査する準備が整いました。5031C相遮断器の上フランジを取り外しました。検査では、この遮断器の動静接点は正常な開位置にあり、遮断器全体の構造は完全で、異物や明確な放電痕跡は見つかりませんでした。マルチメーターを使用して、遮断器の動静接点間の接触抵抗を測定したところ、0.6 Ω（正常範囲内）であり、動静接点と絶縁引き棒との間に電気的な接続はなかったことが確認されました（図3）。
上フランジと遮断器の下アクセスホールを再度取り外して検査したところ、ガス室内に明確な焼けた臭いが感じられました。ガス室の底と底の爆発防止膜の場所には茶褐色の粉状の物質が見られました（図4）。
5031C相遮断器に対して手動のゆっくりとした閉じテストを行いました。閉じ動作は正常で、異常現象は観察されませんでした。手動のゆっくりとした閉じテストが完了した後、遮断器本体の外観を再度検査しました。遮断器の絶縁引き棒に2つの放電痕跡が見つかりました。そのうちの1つは明らかに割れていました（図5）。絶縁引き棒の表面には追跡痕跡があり、これらは絶縁引き棒全体に広がっていました。
絶縁引き棒を検査し、新たな放電点がないことを確認した後、5031C相遮断器に対して手動のゆっくりとした開きテストを行いました。開き動作は正常でした。開きが完了した後、絶縁引き棒を再度検査しましたが、新たな放電点は見つかりませんでした。ボアスコープを使用して遮断器内部を徹底的に検査しましたが、他の異常現象は見つかりませんでした。
故障原因分析
故障した絶縁引き棒を取り外し、観察および測定しました。引き棒は長さ570mm、幅40mm、厚さ15mmでした。全体の絶縁引き棒には2つの明確な放電焼け跡があり、それぞれ端から182mmと315mmの位置にありました。そのうちの1つには約53mmの亀裂がありました。絶縁引き棒全体の表面には、引き棒の両端の内側穴を結ぶ明確な追跡チャネルがありました。
故障した絶縁引き棒の絶縁を測定しました。マルチメーターで測定したところ、両端の隣接する穴間の絶縁は正常でした。両端の内側穴間の絶縁は1.583MΩでした。絶縁抵抗計で測定したところ、電圧1010Vでの抵抗値は643kΩで、両端の外側穴間の絶縁は電圧5259Vで1.52TΩでした。正常な絶縁引き棒の場合、電圧5259Vでの両端の内側穴間の絶縁は5.26TΩ以上でした。
上記の検査結果に基づいて、5031C相遮断器の絶縁引き棒の絶縁が貫通しており、比較的低い電圧条件下で導電性を示していることが判明しました。
5031C相遮断器の絶縁引き棒を切断して検査したところ、引き棒の両端以外は空気孔が見えず、引き棒内の追跡チャネル沿いに長い空気孔が見られました（図6）。
全体的な破壊；第二に、絶縁引き棒の材料配合または硬化時間が関連要件を満たしていなかったため、絶縁引き棒の異なる部分の絶縁強度が均一でない状態となりました。強い電界下では、絶縁が低い部分が最初に貫通し、その後他の低絶縁部分も次々と貫通し、最終的に絶縁引き棒全体が破壊される結果となりました。
対処措置
一般的な対処
5031C相遮断器の故障原因を確定した後、発電所はC相遮断器の絶縁引き棒の交換を手配しました。交換が完了した後、ガス室を真空化し、定格圧力0.45MPaまでガスを充填し、24時間放置しました。その後、ガス室内の水分量測定、閉じ抵抗チェック、特性試験、ガス漏れ検知などの通常試験を行いました。通常試験が合格した後、5031遮断器の開閉状態で交流耐電圧試験と部分放電試験を行いました。アクセサリーを再装着し、送電再開の申請を行いました。
交流耐電圧試験と部分放電試験
試験電圧は予備線3Eから供給されました。試験前には、5031遮断器と5032遮断器の両側にあるすべての電流変換器（TA）の三相二次回路を本体で短絡し接地しました。また、予備線3EのすべてのTAの二次回路も本体で短絡し接地し、試験範囲内の電圧変換器を撤去しました。5031遮断器が閉じ状態と開き状態で、それぞれ交流耐電圧試験と部分放電試験を行いました。
発電所の500kV GIS設備の最高運転電圧、相電圧、工場試験電圧、最大現場耐電圧、持続時間。
図7に示すように、閉じ耐電圧試験と部分放電試験の順序は以下の通りです：GISは電圧で5分間老化・浄化され、母線は電圧で3分間老化・浄化されました。その後、交流耐電圧試験は電圧まで上昇し、60秒間維持されました。その後、電圧は急速にに低下し、5031遮断器のガス室の部分放電を3分間測定しました。試験後、電圧は急速に0kVに低下しました。
図8に示すように、開路耐電圧試験と部分放電測定の試験手順は以下の通りです：試験電圧は均一にまで上昇し、60秒間維持されました。耐電圧試験が完了した後、電圧は急速にに低下し、5031遮断器のガス室の部分放電を測定しました。試験後、電圧は急速に0kVに低下しました。
結論
500kV SF₆タンク型遮断器の絶縁引き棒の品質は、遮断器の安全性と電力網の保安にとって非常に重要です。機器メーカーは厳格な品質管理を行うべきです。機器組立前に、絶縁引き棒に対して部分放電試験を行い、必要に応じて探傷検査などの方法で材料検査を行うことができます。遮断器が運用開始された後、定期的に非常高周波や超音波検査などの方法で部分放電検出作業を行うべきです。同時に、遮断器のメンテナンスと組み合わせてオフライン部分放電検出を行うことも重要です。部分放電レベルに異常がある遮断器については、SF₆ガス分解生成物の分析を併せて行い、SF₆遮断器の絶縁健康状態を早期に診断し、設備の故障を防ぎ、電力網の安全かつ安定した運用を確保することが重要です。
