支柱絶縁子の放電故障を複数の方法に基づいて分析する
状況の概要
ある変電所の交流試運転期間中に、支柱絶縁体でフラッシュオーバー放電障害が発生しました。具体的な障害状況は以下の通りです。
500 kV交流開閉所のスイッチを閉じて母線に充電した際、母線のデュアルセットバス差動保護が動作し、スイッチがトリップしました。障害相はB相で、障害電流は5,760 Aでした。ガス室内のSF₆ガスのガス成分分析を行った結果、SO₂の含量は5.3 μL/L（基準値は2 μL/L）でした。
支柱絶縁体の構造
ガス室には三本の支柱絶縁体、粒子トラップ、引き出し板などが含まれています。図1に示すように、組立時にまず三本の支柱絶縁体と粒子トラップをボルトで金属製の引き出し板に固定します。シールドカバーは絶縁体中央の金属挿入部にボルトで取り付けられ、挿入部はキャストによって絶縁体に接合されます。組立後、引き出し板のボルトを通じてパイプ母線フランジに固定されます。絶縁体の主材料はエポキシ樹脂、粒子トラップは合金製、リミットパッドは絶縁材料です。
支柱絶縁体の主な機能は内部導体を支持することであり、ガス室の隔離機能はありません。設備が正常に動作している場合、支柱絶縁体は一定のガス圧力下で均等にストレスがかかります（図2参照）。一方、三本の支柱絶縁体の電界分布は非常に不均一であり、金属挿入部とエポキシ樹脂の間の界面での電界強度は比較的高くなります。この不均一な分布により、三本の支柱絶縁体で局所的な電荷蓄積が起こりやすくなります。運転中に異物や他の状況が発生した場合、フラッシュオーバー放電が発生する可能性があります。
外観寸法の再測定
故障した支柱絶縁体は工場に戻され、寸法の再測定と外観検査が行われました。故障した母線用の支柱絶縁体は軽く拭き、マーク部分は研磨されました。支柱絶縁体の表面は完全で、目に見える裂け目、気泡、その他の異常は見つかりませんでした。
図面を参照して、支柱絶縁体、粒子トラップ、シールドカバー、引き出し板などの複数の重要な寸法を再測定しました。これは、支柱絶縁体の三脚間距離、周囲直径、角度など複数の寸法を再測定することを含んでいます。すべての寸法が合格しました。
染色浸透検査
支柱絶縁体に対して染色浸透検査が行われました。清掃と研磨後に検査が行われました。清掃剤を紙に噴霧し、その後、絶縁体表面の浸透液をきれいに拭き取りました。慎重な検査の結果、浸透液の漏れは見つからず、染色浸透検査では異常は見つかりませんでした。
X線および工業CT検査
支柱絶縁体に対してX線検査が行われました。支柱絶縁体は360°回転させて検査され、結合不良、気泡、裂け目などの欠陥は見つかりませんでした。
支柱絶縁体に対して工業CT検査が行われました。内部の絶縁材料は一般的に均一であり、空洞、裂け目、不純物などの欠陥は見つかりませんでした。低電圧端子挿入部とエポキシ樹脂の間、または中心筒とエポキシ樹脂の間には結合不良は見られませんでした。
機械性能試験
支柱絶縁体に対して機械性能試験が行われました。これには圧力試験（12 kN、30分間保圧）、ねじり試験（15 kN、30分間保圧）が含まれます。支柱絶縁体の表面に異常、裂け目、損傷がないか確認しました。機械性能試験では異常は見つかりませんでした。
絶縁性能試験
支柱絶縁体は新しい粒子トラップと現場から戻ってきた粒子トラップ（研磨後）を使用して母線試験状態に組み立てられ、内部に0.5 MPaのSF₆ガスが充填されました。
まず、工場耐電圧試験方法による評価が行われました：商用周波数耐電圧（1分間740 kV - 5分間381 kV）、雷衝撃（±1675 kV、各3回）；次に、現場耐電圧試験方法による評価が行われました：商用周波数耐電圧（5分間318 kV - 3分間550 kV - 1分間740 kV - 45分間381 kV）。すべての試験結果は正常で、放電や異常は見られませんでした。
障害再現試験
上記の支柱絶縁体の分析に基づいて、支柱絶縁体の設計および製造段階で障害問題は見つかりませんでした。設置段階での支柱絶縁体表面の異物がフラッシュオーバー放電を引き起こした可能性が高いと判断されました。さらに事故原因を確認するために、異物の隠れる場所や潤滑油の非使用状況を考慮し、様々な作業条件での再現試験が行われました。これには以下が含まれます：支柱絶縁体に1/3の潤滑油を塗布（放電なし）、支柱絶縁体に1/2の潤滑油を塗布（放電なし）、支柱絶縁体に2/3の潤滑油を塗布（放電なし）、支柱絶縁体に1/3の潤滑油を塗布し塵を吹き付ける（塵を支柱絶縁体に付着させても放電なし）など。
上記の作業条件での再現試験結果に基づいて、単一源の潤滑油汚染または金属異物が絶縁体の表面フラッシュオーバー破壊を引き起こす可能性は低いことが結論付けられました。商用周波数電圧で破壊された絶縁体では、中央挿入部と地電位挿入部に明らかな焼け跡が見られました。雷衝撃電圧で破壊された絶縁体では、中央挿入部に焼け跡があり、これは現場の障害現象と類似しています。
