GIS設置および試運転のための上位5つの重要なプロセス制御

本論文はGIS（ガス絶縁開閉装置）設備の利点と技術的特徴を概説し、現場での設置におけるいくつかの重要な品質管理ポイントおよびプロセス管理措置について詳しく説明しています。現場での耐電圧試験はGIS設備の全体的な品質と設置技術を部分的にしか反映できないことが強調されています。安全かつ円滑なGIS設備の運用開始を確保するためには、特に設置環境、吸着剤の取り扱い、ガス室の処理、ループ抵抗試験などの重要な領域において、全設置過程を通じて包括的な品質管理を強化することが必要です。

電力システムの発展に伴い、一次変電所設備の機械的および電気的性能に対する要求が高まっています。その結果、より高度な電気設備が変電所でますます採用されるようになっています。中でもガス絶縁金属閉鎖開閉装置（GIS）は多くの利点があり、その適用範囲が広がっています。したがって、GISの現場設置および調整は、変電所建設の中心的な側面となっています。

1. GIS設備の技術的特徣

• コンパクトな構造と小さな敷地面積

• 高い運転信頼性と優れた安全性

• 外部の悪影響の排除

• 短い設置期間

• メンテナンスが容易で長期間の点検間隔

2. GIS設置における主要なプロセス管理ポイントと管理措置

GIS設備の高集積度とコンパクトな設計により、現場設置時の些細な見落としも潜在的なリスクとなり、設備の故障や配電網の事故につながる可能性があります。複数のGIS変電所設置の経験に基づいて、以下の主要な側面について厳格な管理を行うことが設置および調整時に必要です。

2.1 設置環境の管理

SF₆ガスは湿気や不純物に対して非常に敏感であるため、現場での設置環境を厳しく管理する必要があります。設置中にガス室を開ける必要があるため、乾燥して晴れた天候で周囲湿度が80%未満の場合にのみ作業を行うべきです。ガス室を開けた後は、真空処理を継続的に行い、露出時間を最小限に抑えるべきです。屋外設置の場合、風速はビーフォート風力階級3以下であるべきです。必要に応じて、開けられたガス室の周囲に局所的な遮蔽措置を講じ、安全ゾーン内の塵埃発生を厳しく制御しなければなりません。設置エリアは清潔で整然とした状態を保つべきです。

作業者は緩い繊維の衣服や手袋を着用してはならず、髪はキャップで完全に覆い、マスクを着用するべきです。高温条件下では冷却措置を講じ、汗によってガス室内に湿気が入り込むことを防ぐべきです。

2.2 GISガス室における吸着剤の取り扱い

GISで使用される吸着剤は通常4A分子シーブであり、非導電性で誘電率が低く、塵埃がありません。強い吸着能力を持ち、高温やアークに耐えられる特性があります。吸着剤は200–300°Cの真空乾燥炉で12時間乾燥させるべきです。乾燥後すぐに取り出し、15分以内にガス室内に設置すべきです。吸着剤を設置したガス室は、空気に曝露する時間を最小限にするために、直ちに真空処理を開始すべきです。

設置前に吸着剤を計量し、記録して将来のメンテナンスに備えるべきです。検査時に重量が25%以上増加している場合は、水分吸収が著しいことを示しており、再生が必要です。消弧室からの吸着剤は再生できません。

2.3 ガス室の真空処理

ガス室の組み立て後直ちに真空処理を開始すべきです。接続パイプラインには逆止弁を設置し、停電時のポンプ油の逆流を防ぐために専門の人が監視すべきです。まず真空ポンプを起動し、正常に動作することを確認した後、すべてのパイプラインバルブを開きます。停止時にはバルブを閉じてからポンプを停止します。

内部の絶対圧力が133 Pa未満になったら、真空ポンプをさらに30分間動作させ、その後停止し、切り離します。停止後30分間待機し、絶対圧力を記録します。さらに5時間待機した後、再度圧力を読み取ります。PB – PA < 67 Paであれば、ガス室は良好に密封されていると判断できます。この密封試験に合格した後のみ、適格なSF₆ガスをガス室内に充填することができます。

真空処理中は、ディスク型絶縁子の一方が定格動作圧力下にある一方で他方が高真空状態となるような長時間の状況を避けるべきです。これは機械的な損傷を引き起こす可能性があります。必要に応じて、圧力のある側の圧力を定格値の50%以下に減らすべきです。

2.4 閉鎖部の接地

GISの内部レイアウトが密集しているため、導体間および導体と金属閉鎖部との間の電気的クリアランスは非常に小さいです。内部破壊が発生した場合、大容量の故障電流が接地導体を通じて接地グリッドに流れます。また、GISの閉鎖部は閉ループの金属材料でできているため、非対称系の故障により磁気誘導によって閉鎖部に大きな電圧が誘起され、設備の損傷や人員の危険を引き起こす可能性があります。

したがって、接地作業は高い基準を満たさなければなりません。GISを使用する変電所では、総接地抵抗を最小限に抑えるために銅製の接地グリッドを使用することをお勧めします。閉鎖部と接地グリッドとの間のすべての接続にも銅材を使用すべきです。ガス室間にディスク型絶縁子とゴムシールがあるため、閉鎖部間に銅製の結合バーを設置するべきです。これらの結合バーの断面積は主接地グリッドのものと一致させるべきです。

GISは多点接地方式を使用します。接地点の数と位置はメーカーおよび設計仕様に従うべきです。

2.5 主回路抵抗試験

主回路抵抗試験はGIS設置において重要です。これにより、モジュール間の接触接続の整合性だけでなく、主母線の正しい相位順序も確認できます。完全に密閉された開閉装置の場合、正しい相位と信頼性の高い接続は特に重要です。実際には、誤った相位または不適切な導体接続により再作業が行われることがあります。

メーカーは通常、内部接続の標準的な接触抵抗値を提供します。組み立て中にセグメントごとにループ抵抗を試験することで、不良な接触を早期に検出および修正することができます。各セクションの測定抵抗は、そのセクション内のすべての接続のメーカー指定値の合計を超えてはなりません。

完全に組み立てた後、全体のループ抵抗試験を行い、結果が理論計算値を超えてはなりません。

特別な注意：真空処理中のガス室ではループ抵抗試験を行ってはなりません。減圧条件下では、ガス室内の絶縁強度は非常に低く、数十ボルトでもディスク型絶縁子の表面放電が発生し、放電痕跡が弱い絶縁点となり、運転中に潜在的な故障源となる可能性があります。したがって、抵抗測定前に慎重にチェックを行い、真空処理中のガス室での試験を避けるべきです。

2.6 耐電圧試験

SF₆ガスの優れた絶縁特性により、GISはコンパクトな設計を実現できます。GISは接地されたアルミニウム合金製の閉鎖部を使用し、動作圧力下では内部導体間または導体と接地された閉鎖部間のギャップは非常に小さいです。工場での高レベルの事前組立により、重要な部品は事前に設置されて出荷されます。しかし、輸送中の部品の移動や、現場設置時の微細な不純物の混入により、内部電界分布が歪むことがあります。磁器絶縁装置とは異なり、GISの遮断器内にわずかなバリや粒子があるだけでも異常放電や破壊を引き起こす可能性があります。

したがって、現場での耐電圧試験は、GISの性能と設置品質を最終的に確認する手段となります。

受入試験規則によると、現場試験電圧は工場試験電圧の80%です。例えば、110 kVのGISの場合、主回路耐電圧試験電圧は工場試験電圧の80%：230 kV × 80% = 184 kVで、1分間適用します。試験は完全なガス充填後少なくとも24時間後に実施すべきです。避雷器および電圧変換器は試験に含めません。高圧送出ケーブルはGISに接続された後、一緒に試験を行うべきです。試験前に絶縁抵抗を測定し、満足のいく値であることを確認すべきです。

試験手順：定格動作電圧（63.5 kV）まで3 kV/sの速度で電圧を上げ、1–3分間保持して設備の状態を観察し、その後184 kVまで上げて1分間保持します。各相に対してこの手順を繰り返します。

耐電圧試験に合格したGISは運用可能ですが、この試験ではすべての潜在的な欠陥を検出することはできません。運用中、GISは商用周波数電圧だけでなく、雷電圧やスイッチング過電圧にも耐えなければなりません。SF₆ガスの破壊電界強度は電圧タイプによって異なります。同軸円筒電極系の場合、SF₆の50%破壊電圧は経験的に次のように表されます：

U₅₀ = (AP + B)μd

ここで：
P — ガス室の圧力
d — 電気クリアランス（mm）
μ — 電界利用係数
A, B — 電圧波形に依存する定数

したがって、破壊電圧は電圧タイプと極性によって異なります。異なる内部欠陥は異なる電圧波形に対して異なる感度を示します。商用周波数交流電圧は、SF₆中の湿気、不純物、または金属粒子による絶縁破壊には敏感ですが、表面の傷や導体表面の状態が悪いことにはそれほど敏感ではありません。

したがって、商用周波数耐電圧試験ではすべての内部欠陥を検出することはできません。設置過程でのプロセス管理の強化と全体的な設置品質の向上が、安全なGIS運用を確保する最も重要な措置です。

3. 結論

本論文は、GIS設備の現場設置および調整における主要なプロセスおよび品質管理ポイントを分析しました。現場での耐電圧試験はGISの全体的な品質と設置技術を部分的にしか反映できないことが示されました。より重要なのは、全ての設置過程を通じて厳格な管理を行い、手順と作業指示に完全に準拠することで、GIS設備を最初から安全かつ信頼性高く運用開始できることが強調されました。

この要約が電力建設業界の関係者にとって有用な参考資料となることを願っています。