変電所におけるメンテナンスフリー変圧器ブリーザの応用

現在、変圧器では伝統的なタイプのブリーザが広く使用されています。シリカゲルの吸湿能力は、運転・保守担当者がシリカゲルビーズの色の変化を視覚的に観察して判断しています。人的な主観的判断が決定的な役割を果たしています。変圧器のブリーザ内のシリカゲルの色が2/3以上変化した場合には交換することが明確に規定されていますが、特定の色変化段階での吸着能力の減少量を正確に定量的に決定する方法はありません。

また、運転・保守担当者の技術レベルには大きな差があり、視覚的な識別にも大きなばらつきがあります。一部のメーカーおよび個人は、シリカゲルによるフィルタリング後の空気中の水分含量を検出したり、シリカゲルの重量をリアルタイムでモニタリングしたりする関連研究を行っています。組み込みコンピュータを使用して制御、検出、データ送信を行い、自動的に加熱しシリカゲルから水分を取り除きます。

1.現行技術状況の分析
1.1 外国機関による変圧器ブリーザの研究
長年にわたり、海外の学術研究と実際の応用に基づいて、シリカゲル吸収後の空気中の水分含量を検出することは、最も一般的で広範かつ効果的な方法として考えられています。しかし、この方法でもシリカゲルの水分飽和度を直接定量することはできず、間接的な手段を通じて吸着能力が低下し脱水処理が必要であることを定性的に示すだけです。

MR社は現在、この問題に対処する類似製品を提供しており、湿度センシング原理を使用してシリカゲルの湿潤度を評価します（非表示型の白色シリカゲルを使用）。その欠点には、飽和湿度（凝縮して水滴になる）にさらされると湿度センサーが故障しやすくなること、白色シリカゲルではユーザーが視覚的に吸湿効果を確認できないこと、脱水・再生プロセスが確認できないことがあります。

ABBも同様のソリューションを提供しており、二重管構造を特徴としています。動作中に電磁弁が一方の管をタンクの呼吸チャネルに接続し、もう一方の管は脱水・再生を行う。しかし、その大きさ、重量、コストが大きく、既存の従来型ブリーザの現場での改造には適していない。

1.2 国内機関による変圧器ブリーザの研究
国内のいくつかの企業はメンテナンスフリーのブリーザを開発しています。これらの装置はオンライン計量測定を使用してシリカゲルの水分飽和モデルを確立し、時間ベースの加熱脱水を行います。ファジィ制御理論を適用することで理想的な空気乾燥と科学的な脱水を達成します。ブリーザアクセサリーが変圧器の寿命に匹敵するように、耐久性のある軍用グレードのマイクロプロセッサとVxWorksオペレーティングシステム、そして非常に安定したセンシングおよびアクチュエーション部品を使用しています。これにより、変圧器のブリーザのメンテナンスフリー運転が実現され、現場作業の効率と安全性が大幅に向上し、電力供給システムの信頼性が高まります。

1.3 伝統的なブリーザの置き換えに関する2つの見解
現在、電力産業内で主変圧器のブリーザのシリカゲルの交換がブッホルツ（ガス）保護に及ぼす影響について統一された合意は存在しません。一般に、シリカゲルの交換中には重ガス保護を「トリップ」から「アラーム」モードに切り替えることが求められていますが、交換後の保護の再設定については大きな意見の相違があります。

一つの見解は、ブリーザのシリカゲルの交換がガス保護の誤トリップを引き起こす可能性があるため、交換後は変圧器を24時間試運転（重ガス保護をアラームモードに設定）し、その後トリップモードに戻すべきだというものです。

もう一つの見解は、シリカゲルの交換が完了すれば重ガス保護には影響がないため、すぐにトリップモードに戻すべきだというものです。

現在ある電力会社では以下の手順を採用しています：交換前にディスパッチの承認を得て重ガス保護リンクをトリップから信号モードに切り替え、完了後再度ディスパッチの承認を得てトリップモードに戻します。リンクを再接続する前に、重ガス保護リンクの一端が-110Vを持ち、他端が無電圧であることを確認します。

1.4 変圧器ブリーザの現在の適用状況
現在、電力会社では取り外し可能な有機ガラス容器と取り外し不可能な容器の2種類のブリーザを使用しています。取り外し可能なブリーザの場合、交換プロセスでは操作者が手続きやねじトルクに対して高い精度を要求されます。そうでなければ、有機ガラスが簡単に損傷します。全体のプロセスは時間がかかり、繰り返しの交換はしばしば接合部の密封不良を引き起こし、未ろ過の湿った空気がタンクに入り変圧器油の水分侵入を引き起こす可能性があります。

取り外し不可能なブリーザはこれらの問題を回避しますが、別の問題があります：小さな充填口のために交換時にシリカゲルがこぼれ出し、環境汚染を引き起こします。

同社の64の変電所で、2015年にはシリカゲルの交換が178回行われ、合計541kgとなりました。雨季には湿度が高いため交換頻度が大幅に増加し、多くの人力と物資が必要となります。山岳地帯では、雨季中に道路崩壊や落石などのリスクが輸送の危険性をさらに増大させます。

2. メンテナンスフリー変圧器ブリーザの動作原理
JY-MXSシリーズのメンテナンスフリーのブリーザは、油浸変圧器のタンクに設置されます。負荷や周囲温度の変化により変圧器油が膨張または収縮すると、タンク内のガスはメンテナンスフリーのブリーザ内部の乾燥剤を通って、空気中の塵と水分を取り除き、変圧器油の絶縁強度を維持します。

長時間使用後、乾燥剤が湿った場合、ブリーザーは自動的に加熱機能を起動して水分を取り除きます。システムは主にフィルターキャニスター、ガラス管、主軸、ロードセル（重量センサー）、温度/湿度センサー、ヒーティングエレメント、制御ボード、シリカゲルで構成されています。

コンサーバータンクが空気を吸引すると、まず焼結金属製のフィルターメッシュを通って塵が除去されます。フィルター処理された空気は次に乾燥室を通過し、そこで乾燥剤によって完全に水分が吸収されます。

シリカゲルの水分飽和度は、ブリーザー内に設置されたロードセルによって測定されます。飽和度が予め設定された閾値を超えると、乾燥室内の炭素繊維ヒーターが起動して乾燥剤を乾燥させます。生成された蒸気は対流により外側に拡散し、金属メッシュを通過し、ガラス管で凝縮され、底部の金属フランジからブリーザーを出て行きます。

湿度センサーが故障した場合でも、制御ボックス内のタイマーコントローラーが予め設定された間隔で定期的な加熱を行うことで、真のメンテナンスフリー運転を実現します。

3. メンテナンスフリー変圧器ブリーザーの適用
電力会社は、地理的に異なる2つの110kV変電所（変電所Aと変電所B）のオンロードタップチェンジャー（OLTC）および第1主変圧器本体にJY-MXSシリーズのメンテナンスフリーブリーザーを設置しました。

1年以上の運転後：

• 変電所Aでは、第1主変圧器のOLTCおよび本体ブリーザーともにシリカゲルの交換は必要ありませんでした。一方、第2主変圧器では、本体ブリーザー5回（合計15kg）、OLTCブリーザー6回（合計6kg）の交換が必要でした。

• 変電所Bでは、第1主変圧器も同様に交換は必要ありませんでした。第2主変圧器では、本体ブリーザー3回（合計9kg）、OLTCブリーザー5回（合計5kg）の交換が必要でした。

運転データとスポットチェックの結果、メンテナンスフリーブリーザーのすべての機能が正常に動作していることが確認されました。シリカゲルが一定の飽和度に達すると、センサ信号に基づいてヒーターがすぐに起動してビーズを乾燥させます。さらに、過去6ヶ月の重量データを分析することで、コントローラーは吸湿パターンを確立し、重さベースと時間ベースの制御を組み合わせたハイブリッド戦略を実施しました。これにより、作業負荷が減少し、自動化が向上し、経済的および社会的利益が得られました。

4. 結論
要約すると、変電所のオンロードタップチェンジャーおよび主変圧器本体にメンテナンスフリーブリーザーを設置することで以下が可能となります：

• センサー駆動の加熱により飽和したシリカゲルを除湿する

• 通信機能による遠隔リアルタイム監視

• 自己診断機能により保守が容易になる

これらの特徴は、メンテナンスフリーブリーザーが従来のシステムを完全に置き換え、変圧器の吸湿ニーズを効果的に解決し、真のメンテナンスフリー運転を実現できることを示しています。さらに、シリカゲルの交換が不要となるため、交換後の重ガス保護設定に関する長年の議論も解決されます。

メンテナンスフリーブリーザーを使用することで、電力会社はアクセサリーの状態をオンラインで監視し、設備のリアルタイム状況を取得し、障害発生前に予防措置を講じることができます。これにより、潜在的なリスクが存在する状態で変圧器がフルロードで動作することを防ぎます。これは、従来のブリーザーがオンライン監視をサポートできないというギャップを埋めています。

また、大幅に労働コストと定期点検費用を削減し、廃棄物のリサイクルを促進し、小さなアクセサリーの故障が原因となる重大な事故のリスクを軽減します。これにより、より効果的かつ科学的なメンテナンス活動のスケジューリングが可能となり、不必要な支出を排除し、持続的かつ安全な変圧器の運転を確保し、最終的には生産性、効率性、安全性、環境保護の目標を達成することができます。