配電変圧器の故障率が高い原因と解決策

1. 農業用配電変圧器の故障原因

(1) 絶縁破損

農村での電力供給は通常、380/220V混合供給システムを利用します。単相負荷の割合が高いことから、配電変圧器はしばしば三相負荷のバランスが大きく崩れた状態で動作します。多くの場合、この不均衡は規格で定められた許容範囲を超えており、これにより変圧器巻線の絶縁が早期に劣化し、最終的に焼損します。

配電変圧器が長時間過負荷状態である場合や低圧側の線路障害、または突然の大きな負荷増加が発生すると、保護装置が不足しているためダメージが発生することがあります。低圧側に保護装置がない場合や高圧側の落下式ヒューズが適切に作動しない（または全く作動しない）場合、変圧器は定格値を超える電流（時には数倍の電流）を流すことになり、温度が急激に上昇し、絶縁の劣化が加速し、巻線が焼損します。

長期使用により、ゴムビーズやガスケットなどのシール部品が劣化し、ひび割れや機能不全を起こします。これらがすぐに検出され交換されない場合、油漏れと油量の低下が発生します。大気中の湿気が絶縁油に大量に侵入し、絶縁強度が大幅に低下します。深刻な油不足の場合、タップチェンジャーが空気に露出し、水分を吸収し放電や短絡が発生し、変圧器が焼損します。

製造上の欠陥も故障の一因となります。生産プロセスが十分でない、巻線層のバーニッシュ浸漬が不十分（または品質の悪い絶縁バーニッシュ）、乾燥が不十分、巻線接続の溶接が信頼性に欠けるなど、絶縁の脆弱性を作り出す可能性があります。さらに、メンテナンス中に品質の低い絶縁油を使用したり、修理中に湿気や雑質が混入したりすると、油の品質と絶縁強度が低下し、最終的に絶縁が破壊され変圧器が故障します。

(2) 過電圧

接地抵抗値が要件を満たしていないため、雷保護が失敗することがあります。初期には適合していたとしても、鋼の腐食、酸化、折損、または不良な溶接により、接地系が劣化し、接地抵抗が大幅に増加して変圧器が雷による損傷を受けやすくなります。

雷保護の設定が不適切なことも一般的です。多くの農業用配電変圧器では、高圧側のみに避雷器が設置されています。農村の電力供給では主にYyn0接続の変圧器が使用されるため、雷による正および逆変換過電圧が発生します。低圧側に避雷器がない場合、これらの過電圧による変圧器の損傷リスクが大幅に高まります。

農村の10kV電力システムでは、鉄磁共鳴が頻繁に発生します。共鳴過電圧イベント中、配電変圧器の一次電流が大幅に増加し、巻線が焼損したり、ブッシング闪络や爆発が発生する可能性があります。

(3) 劣悪な運転条件

夏の高温期や変圧器が長期間過負荷状態で動作する場合、油温が異常に上昇します。これにより放熱が大幅に影響を受け、絶縁の劣化と故障が加速し、変圧器の寿命が大幅に短縮されます。

(4) タップチェンジャーの不適切な操作または品質不良

農村の電力消費は、負荷が分散し、季節性が強く、ピークと谷の差が大きく、低圧線が長く電圧降下が大きいことから、電圧変動が大きくなります。これにより、農村の電気技師が頻繁に変圧器のタップチェンジャーを調整します。これらの調整は多くの場合、適切な手順に従っておらず、直流抵抗値を測定・比較せずに再稼働させています。結果として、タップチェンジャーの位置が不適切、接触不良、接触抵抗の増加、タップチェンジャーの焼損により、多くの変圧器が故障します。

品質の悪いタップチェンジャーでは静的および動的接触が不十分であったり、位置表示器が一致しなかったり（外部の表示と内部の実際の位置が異なる）場合、通電後に放電や短絡事故が発生し、タップチェンジャーまたは全体の巻線が損傷します。

(5) 変圧器コアの接地問題

配電変圧器の品質問題により、長期運転中にシリコン鋼板間の絶縁バーニッシュが早期に劣化し、多点接地が発生し変圧器が故障します。

(6) 長期的な過負荷運転

農村の経済発展により、電力需要が大幅に増加しました。しかし、新しい変圧器の追加や大容量の変圧器への置き換えが十分に行われていないため、既存の変圧器は長期間過負荷状態で動作しています。また、農村では単相負荷の割合が高く、三相負荷のバランスを取るのが困難であり、特定のフェーズが長期的に過負荷となり、中性線の電流が許容値を超えることがあります。これらの条件により、最終的に変圧器が焼損します。

2. 対策

関連規格によれば、すべての配電変圧器には以下の3つの基本的な保護が必要です：雷保護、短絡保護、過負荷保護。

雷保護については、変圧器の高圧側と低圧側の両方に避雷器を設置し、特に酸化亜鉛避雷器が推奨されます。

ショートサーキットと過負荷保護は別々に考慮する必要があります。高圧側のドロップアウトフューズは主に変圧器内部のショートサーキット故障を保護し、過負荷状態や低圧線路のショートサーキットは低圧側に設置された低圧遮断器またはフューズによって処理されるべきです。

運転中に、フェーズ負荷電流はクランプメーターを使用して定期的に監視し、三相負荷の不均衡が許容範囲内に留まっていることを確認する必要があります。過度な不均衡が検出された場合は、直ちに負荷再配分を行い、不均衡を標準範囲内に戻す必要があります。

定められたスケジュールに従って配電変圧器の定期的な点検と試験を行うことが不可欠です。点検者は油色、油位、温度が正常であるかを確認し、油漏れがないかをチェックする必要があります。絶縁子表面にはフラッシュオーバーまたは放電痕がないかを調べる必要があります。異常が見つかった場合は直ちに対処する必要があります。また、変圧器の外側を定期的に清掃し、絶縁子その他の表面から汚れや汚染物質を取り除くことも推奨されます。

毎年の雷雨シーズン前に、高圧および低圧のサージアレスタと接地リードの徹底的な点検を行う必要があります。適合しないアレスタは交換しなければなりません。接地リードは断線、不良な溶接、または破損がないか確認する必要があります。アルミニウム導体は接地リードとして使用してはならず、代わりに直径10-12mmの鋼棒または30×3mmの平鋼帯が推奨されます。

接地抵抗は冬季の良好な天候下（少なくとも1週間連続で晴れた天候）で年1回測定する必要があります。適合しない接地システムは改善しなければなりません。

変圧器端子と高圧および低圧側の架空線導体との接続には、銅アルミニウム遷移部品または銅アルミニウム設備用クランプを使用する必要があります。接続前にこれらの部品の表面は細かい砂紙で磨き、適量の導電性グリースを塗布する必要があります。

変圧器のタップチェンジャーを操作する際は、手順を厳格に遵守する必要があります。調整後すぐに変圧器を運用に戻すべきではありません。代わりに、操作前後に各相の直流抵抗値をブリッジで測定し比較する必要があります。顕著な変化がない場合、操作後の相間およびライン間の直流抵抗値を比較し、相間差が4%以下、ライン間差が2%未満であることを確認する必要があります。これらの基準を満たしていない場合は、原因を特定し修正する必要があります。これらの要件を満たした後でなければ、変圧器を運用に戻すべきではありません。