特高圧油浸リアクターの絶縁欠陥と耐電圧試験方法

1 超高圧油浸リアクターの絶縁欠陥の調査

高電圧油充填リアクターの運転中に直面する主な課題は、絶縁不良、鉄心の磁気漏れによる発熱、振動/騒音、および油漏れである。

1.1 絶縁不良

並列接続されたリアクターは、主電網の一次コイルに接続され使用開始後、長期間フルパワーで動作する。持続的な高電圧により動作温度が上昇し、コイルの絶縁材料と油の劣化が加速される。潜在的な故障：コイル対地絶縁の破壊、層間ショート回路。三相リアクターも相間絶縁の破壊リスクに直面している。

1.2 鉄心の磁気漏れによる発熱

エアギャップにより、リアクターの磁気漏れ密度はトランスフォーマーよりも大幅に高い。鉄心、ヨーク、コイル支持部の近くでは、漏れ強度はトランスフォーマーの数倍となる。シリコン鋼を通る漏れにより余分なエネルギー損失と局所的な過熱が生じ、特に鉄のヨークを垂直に横切る漏れ（例：クリンプアイアン、鋼板）の場合に顕著である。UHVグリッドでの油浸リアクターにとって大きな課題である。

1.3 振動と騒音

エアギャップにより、リアクターの磁気パスは独立した磁極を持つ領域に分割される。磁極の吸引力の変化により振動が生じる。鉄心、ガスケット、およびヨークフレームワークは機械共振を引き起こす可能性があり、リアクターの振動/騒音はトランスフォーマーよりも大きくなる。長期的な振動により、ガスリレーの誤作動、アルミニウムシートの亀裂、絶縁の摩耗、コアシートの緩み、コア制限装置の放電などの故障が発生する。騒音はコアの振動と密接に関連している。

1.4 油漏れ

油漏れは安定した運転を妨げ、環境汚染を引き起こし、安全上のリスクを高める。国内製および輸入製の油浸リアクターは一般的に油漏れを起こしやすく、製造業者のプロセス管理の不備や輸送/運転中の振動によって漏れが悪化する。

2 二つの耐電圧試験法の原理と特徴
2.1 直列共振耐電圧試験法

直列共振耐電圧試験法は、高電圧電気設備の絶縁検出に非常に効果的な手法である。特に超高圧変電所のリアクターの現場での絶縁評価において不可代替の有用性を示す。この技術は、特定の周波数でのリアクターのインダクタンスインピーダンスと補償コンデンサのキャパシタンスインピーダンスとの共鳴協力によって、小さな電源容量でも比較的高い試験電圧を生成することを主な特徴としている。その原理は図1に示されている。この方法の主な特徴は以下の通りである：

• 小さな試験容量。共鳴状態では、回路インピーダンスが最小になるため、実際必要な試験電源容量は全体の一部に過ぎず、試験電圧を生成するために必要な全電力よりもはるかに小さい。特に電源容量が制限されている環境での現場使用に適している。

• 高い出力電圧。共鳴条件下では、比較的低い周波数でも高試験要件を満たす電圧を電源が生成できる。これにより、超高圧リアクターの現場での絶縁評価の条件が整う。

• 良好な波形品質。直列共振試験では、固定電源周波数での安定した正弦波形の出力を確保し、高調波の影響を試験結果に及ぼすことを効果的に減らし、試験の正確性を確保する。

• 単純な試験装置。この試験に必要な装置は比較的単純で、主に可変周波数電源、励磁トランス、調整コンデンサなどから構成されており、現場での輸送と迅速な設置を容易にする。

• 高い安全性。直列共振試験中に試験サンプルが破壊されると、回路は直ちに共鳴状態を失い、電源出力電流が急激に減少するため、試験サンプルと試験装置への損傷を効果的に制限する。

要約すると、絶縁欠陥の調査は変電所リアクターの現場での絶縁評価に重要なデータを提供し、試験法の選択をガイドする。今後の研究では、現場評価技術を最適化し、高電圧油充填リアクターの絶縁状態評価の精度と信頼性を向上させる。

2.2 振動電圧耐電圧試験法

振動電圧耐電圧法は、電力システムの絶縁検出によく使用される手段であり、特に空芯リアクターのターン間耐電圧検出において独自の重要性を示す。この技術は、高周波振動電圧波形を試験対象に適用することで電圧を印加し、部分放電などの絶縁システムの欠陥を誘発し識別する。その原理は図2に示されている。電圧振動耐電圧試験の核心的な特徴と考慮すべき主要な要素は以下の通りである：

• 検出原理：この試験は高周波振動波形の特性に依存する。基準電圧と試験電圧下の試験サンプルの電流波形を比較することで、絶縁状態が理想的かどうかを評価する。波形の減衰率とゼロクロス点の変化は、絶縁品質を測定する主要なパラメータである。

• 試験波形：この方法によって生成される振動波形には多くの高周波成分が含まれており、その波頭時間は雷衝撃波頭よりもはるかに短く、設備の欠陥による部分放電信号を効率的に活性化することができる。

• 試験装置：電圧振動耐電圧試験に必要な装置には直流電源、充電コンデンサ、高電圧シリコン制御整流器、トリガーギャップ、波頭抵抗などが含まれる。構造は比較的複雑であり、現場試験環境に対して高い要求がある。

• 環境要因：電圧振動耐電圧試験は温度や湿度などの環境要因に対して非常に敏感である。試験結果の正確性を確保するためには、厳格に制御された条件下で実施する必要がある。

• ノイズ対策性能：電圧振動耐電圧試験は高電圧と振動周波数を生成するため、試験装置と試験システムの接地とシールド効果に対する要求が非常に厳しい。効果的なノイズ抑制措置が必要である。

• 制限：電圧振動耐電圧試験は超高圧リアクターの現場での応用において一定の制限がある。特に1000kVレベルのリアクターの試験では、既存の技術手段では高電圧と大容量の試験要件を満たすことが難しい。

3 二つの耐電圧試験法の比較

変電所の高電圧油充填リアクターの現場での絶縁性能評価において、一般的な技術には直列共振試験と振動電圧耐電圧試験がある。本研究では、これらの二つの方法について詳細な比較分析を行い、超高圧変電所リアクターの現場評価に適した解決策を見つけることを目指している。

• 装置要件：直列共振試験は可変周波数電源、励磁トランス、調整コンデンサに依存する。一方、振動電圧試験は直流電源、充電コンデンサ、高電圧シリコン制御整流器を必要とする。前者は装置が単純で小型であり、現場での操作が容易である。

• 試験条件：直列共振試験は温度や湿度などの要因に依存せず、現場環境に適応しやすい。一方、振動電圧試験は結果の正確性を確保するためにより厳しい環境要件を課す。

• 試験手順：直列共振試験は比較的単純で、可変周波数電源の周波数を調整することで共鳴を達成する。一方、振動電圧試験は電圧波形の生成と減衰を精密に制御する必要がある。

• 結果判定：直列共振試験は周波数調整により簡潔なプロセスを実現する。振動電圧試験は波形制御を必要とする。

• 安全性：両方の方法とも高い安全性を確保する。しかし、直列共振試験は試験サンプルが破壊された際に急速に電圧を低下させ、装置と試験セットアップへの損傷を最小限に抑えることができる。

試験装置、現場環境設定、試験手順、結果判定基準の詳細な比較を通じて、直列共振耐電圧試験は高電圧油充填リアクターの現場での絶縁評価に適していることが明らかになった。シンプルなセットアップ、強い適応性、明確な試験手順、容易に識別可能な結果、高い安全性が特徴である。一方、振動電圧試験はより厳しい環境要件、複雑なセットアップ、実際のリアクター応用における制限を示す。したがって、本研究では、変電所の高電圧油充填リアクターの現場での絶縁評価に直列共振耐電圧試験を優先することを推奨する。

4 結論

本論文ではまず、リアクターの典型的な絶縁欠陥と現場での絶縁評価技術を調査した。その後、二つのリアクター絶縁評価法について、直列共振耐電圧試験の基本原理と装置タイプ、ならびに振動電圧試験の関連標準、原理、検出論理を紹介した。試験装置、現場条件設定、試験手順、結果判定方法の四つの側面から長所と短所を比較し、直列共振法が変電所の高電圧油充填リアクターの現場での絶縁評価に適しているという結論に至った。