25MVA電弧炉変圧器における軽ガスアラームの故障分析と改善措置

ある会社の25 MVA電気炉変圧器は旧ソ連から輸入された設備です。これは各8.333 MVAの単相変圧器3台で構成され、接続群はD,d0です。一次電圧は10 kVで、二次電圧は140〜230.4 Vの範囲です。段切り替え方式は負荷有り段切り替えで、21段（第11、12、13段が1つの段として合算され、計23位置）あります。各相は独立して調整でき、溶鉱中にA相、B相、C相を個別に調整して三相電極間の電流バランスを維持することができます。

通常運転中にB相変圧器で2回の軽ガスアラームが発生しました。ガス排出後、電力供給が復旧し、運転は正常に戻りました。同時に油サンプルを採取しガスクロマトグラフィー分析を行った結果、異常はありませんでした。当時、問題は主に油管系の負圧部の漏れによる空気の侵入によるものと考えられていました。しかし、その後数日間、軽ガスアラームが頻繁に発生し、シフトあたり6〜7回に達しました。その後の油サンプリングとガスクロマトグラフィー分析では異常な結果が示されました。

1. 電気炉変圧器の軽ガス故障の解析

ガスクロマトグラフィー分析は油中に溶解したガスに基づいています。濃度が油の溶解限界を超えると自由ガスが生成されます。これらのガスの組成（μL/L）は内部障害の種類と深刻さと密接に関連しています。したがって、この方法は内部変圧器障害を早期に検出し、その位置と進行を継続的に監視することができます。

解析結果：総炭化水素およびアセチレンのレベルが許容限度を超えています。三比法コーディング規則によると、コードの組み合わせは1-0-1で、障害タイプはアーク放電を示しています。

2. コア引き上げ検査の結果と解析

2.1 コア引き上げ検査の結果

設備の隠れた危険を迅速に排除し、障害の拡大を防ぐため、コア引き上げ検査が行われました。検査の結果、障害は負荷有り段切り替え装置内の極性スイッチ接触部に発生しており、重度の過熱と焼損が確認されました。

2.2 極性スイッチ接触部の過熱と損傷の解析

2.2.1 接触部への長期間の過負荷電流

極性スイッチ接触部の定格電流は536 Aと計算されました。炉の頻繁な過負荷運転により、実際の電流はスイッチの定格容量を超えており、接触部の温度が上昇しました。この過熱により局所的なホットスポットが形成され、接触抵抗が増加し、「悪循環」が始まり、油分解、自由ガスの生成、そして軽ガスアラームが発生しました。

2.2.2 同一位置での長期運転

極性スイッチは本質的には選択スイッチであり、1〜10段と11〜23段の2つの位置があります。実際の運転では、炉の二次電圧は常に21〜23段で運転されており、スイッチ接触部が長期間同じ位置に留まっていたため、通常のワイピング作用が失われ、接触面の自己清掃ができませんでした。有機汚染物が蓄積し、安定した暗い絶縁膜が形成されました。この膜は徐々に電流伝導能力を低下させ、接触抵抗を増加させ、接触温度を上昇させました。温度の上昇により汚染物の堆積が加速され、「悪循環」が強化され、自由ガスの生成とガスアラームが発生しました。

3 改善措置

3.1 接触部の電流伝導能力の向上と接触抵抗の減少

頻繁な炉の過負荷に対応し、生産要件を満たすため、極性スイッチ接触部を再製造しました。実測に基づき、取り付け寸法を変更せずに、元の直線接触面の幅を2 mm広げて電流容量を高めました。元のクロムニッケル合金メッキをハードシルバーメッキに置き換え、メッキ厚を0.5 mm増やしました。これにより接触圧力が改善され、接触抵抗が減少し、導電性が向上しました。

3.2 極性スイッチの定期的な無負荷運転

長時間停止運転による抵抗増加を防ぐために、変圧器予防試験中に極性スイッチの追加の無負荷運転が含まれました。ユーザーには月に1回スイッチの無負荷運転を行うことが求められました。目的は機械的に接触面をワイピング・クリーニングし、堆積物を取り除き、接触抵抗を減少させることです。

4 結論

変圧器段切り替え接触部の過熱障害は安定運転に影響を与える主要な問題の一つです。障害の性質と位置をタイムリーかつ正確に特定することは対象となる是正措置にとって重要です。教訓を継続的に蓄積し、解析精度を向上させる必要があります。電気炉変圧器の軽ガスアラームについては、包括的な解析を通じて根本原因を特定し、効果的な措置を講じて隠れた危険を排除しました。2年以上の運転後、同様の異常は発生していません。この解決策により、変圧器の撤去、修理、予定外の停止による経済的損失を防ぎ、大きな経済的利益を達成しました。