GISバスバーの部分放電解析
CIS（ガス絶縁開閉器）は、ガス絶縁された密閉型の開閉装置を指します。バスバーは複数の装置が並列に接続される共通のパスです。CISでは、バスバー内部の空間は比較的小さですが、高電圧および大電流で動作します。局所放電が発生すると、相間絶縁に深刻な影響を与え、設備の安全かつ安定した動作に大きな脅威となります。この記事では、CISバスバーにおける局所放電故障の分析と解決策を提示し、CISバスバーボルトの改善された締結スキームを紹介します。
故障状況
ある変電所の220 kV CISは2016年12月20日に運転を開始しました。2017年3月、変電所でのライブ検出中に、運用メンテナンス担当者がバスバー上で明らかな非常に高い周波数（VHF）信号を検出し、バスバーに局所放電故障があると初步的に判断しました。
部分放電探知器（PDT-840MSモデル）を使用してライブ検出を行った際、運用メンテナンス担当者は第4主変圧器の220 kV側の204回路遮断器と220 kV新国線の225回路遮断器の間のバスバー内蔵センサー上に明らかなVHF信号を検出しました。信号は2つの明確で対称的なクラスタを示し、大量の放電量がありました。最大振幅は67 dBに達し、現場で異常な内部放電音が聞こえました。これは設備内の局所放電の存在を初步的に示しています。会社はメンテナンスセンターによる再測定を手配し、異常なVHF信号と超音波信号が同時に検出されました。
超音波検出では、連続モードでのピーク値は約120 mVで、一定の100 Hzの周波数相関があり、位相モードでの最大値は約70 mVでした。分析の結果、第4主変圧器の220 kV側の204回路遮断器区画と220 kV新国線の225回路遮断器区画間の2Bバスバー気室内部の相間絶縁体の振動によって浮遊放電が引き起こされたと判断されました。
故障原因の分析
故障バスバー区画の負荷統計と検査
220 kV新国線と第4主変圧器の204回路遮断器の負荷を統計的に分析しました。220 kV Bセクションバスバーの負荷には顕著な変化はなく、定格値を超えていませんでした。
メンテナンス担当者と製造業者の技術者は、局所放電が発生したバスバー区画の分解検査を行いました。このバスバーは長さ7 mで、内部には6つの相間絶縁支持があります。バスバーを分解した後、3つの緩んだボルトが見つかりました：最初の相間絶縁部品のV相、5番目の相間絶縁部品のV相、6番目の相間絶縁部品のW相。その中でも最初のボルトが最も緩んでおり、直接取り外すことができ、周囲には大量の埃がありました。
他の相間絶縁体の金属挿入部のねじ山には明らかな損傷はなく、絶縁体材料の表面には亀裂、傷、または異常な凹みはありませんでした。他の相間絶縁体の三相導体や他の接続点には異常はありませんでした。他の15の相間絶縁体と導体間の接続ボルトの締結トルクは規定の要件を満たしていました。
分析と検証
バスバーモジュール部品の品質とインストール。検査の結果、バスバーダクトシェルと導体の品質は、製造業者の図面の技術品質要件を満たしています。部品自体の直線性は図面の形状公差要件を満たしています。絶縁体とその金属グレーディング挿入部は、金型内で鋳造・固化して製造されています。工場組立プロセスでは、特殊な治具を使用して三相導体の相対的な空間位置を定位します。ただし、導体と絶縁体間の接続ボルトの締結トルクは、いくつかの場合で製造業者の要件を完全に満たしていません。
バスバーがライブ運転中に三相電流が対称であり、各相導体は同じ交流電動力を受けます。三相は空間的に対称に分布しています。バスバー導体は空洞導体であり、導体よりも曲げ強度が高いです。通常のインストールでは、運転中の電動力により三相導体は特定の固定角度位置に偏ることはありません。
機械的強度計算。製造業者は固定具の接続強度を計算し、ボルトの外側ねじと絶縁体挿入部の内側ねじとの接続長が現在の設計である16 mmより大きく、金属シムの厚さが少なくとも7 mm（現在は4 mm）に増加する必要があると決定しました。これにより、単一ボルト接続およびバスバー短絡時の10 kNの電動力下での機械的強度要件を満たすことができます。
型式試験。500 A/3 s熱安定性（短時間耐電流）試験、135 kA動的安定性（ピーク耐電流）試験、特に7 h/4000 Aのバスバー電流下での温度上昇試験の結果、試験後には明らかに機械的な緩みや異常な接続がありませんでした。これは、既存のバスバー導体の固定設計が型式試験条件では信頼できることを示しています。
原因確定
現場検査と理論的分析を通じて、この故障の主な原因は以下の通りと確定しました：製造業者の組立時のボルトの締結トルクが基準を満たしていないこと、ボルトの接続長とシムの厚さが運転要件を満たしていないことです。
対処スキーム
現場検査と理論的分析の結果に基づき、バスバーの信頼性のある動作を確保するための新しいボルト締結スキームが提案されました。
リング絶縁体の金属挿入部の内側ねじとネジ込み方式で接続される両端ネジを使用します（ネジの短い側）。ネジの外側ねじ面にロクタイト603接着剤No. 2を塗布します。24 mmのねじ長さの円周に約120°間隔で3つの縦長ストリップのロクタイト603接着剤を塗布し、ねじ込み後に全360°面が接着剤で被覆されるようにします。ボルトが完全に挿入された後、特別な清掃紙を使用して余分な接着剤を取り除きます。
自己ロック/緩み防止ナットを組み合わせて使用し、効果的にボルトの緩みを防ぎます。8 mm厚の一体型シム部品を採用します。
トルクレンチを使用してボルトを締結し、(70±7) N·mの範囲の上限である75 N·mの値を取ります。各ボルトのトルクが標準を満たしていることを確認するために、一人が作業を行い、もう一人がチェックを行うシステムを実施します。
締結が完了したら、真空掃除機、特別な清掃紙、アルコールを使用して締結部位と導体のキャビティ部位を徹底的に清掃します。
現場対処
両端ボルトを使用してボルトの締結力を強化し、自己ロックナットを使用して通常運転中の電動力によるボルトの緩みを防ぎます。製造業者は、上記のスキームに基づいてこのGISバスバーのボルト改造作業を行い、改造後の結果は良好でした。
