35kV RMU バスバーの設置エラーによる故障分析

この記事では、35kVリングメインユニットのバスバー絶縁破壊故障の事例を紹介し、故障原因を分析し、解決策[3]を提案することで、新エネルギー発電所の建設と運転に参考となる情報を提供します。

1 事故概要

2023年3月17日、太陽光発電砂漠化対策プロジェクト現場で35kVリングメインユニット[4]の接地障害トリップ事故が報告されました。設備メーカーは技術専門家のチームを現場に派遣し、故障原因を調査しました。検査の結果、キャビネット上部の四路コネクタで接地破壊が発生していたことが分かりました。図1は事故現場のB相バスバーの状態を示しています。図1から明らかなように、B相バスバーには白い粉状の物質があり、これはバスバーの電気的破壊後に残された痕跡と推測されます。このシステムは通電運転開始から8日しか経っていませんでした。

現場での検査と試験により、施工チームが設備の設置および運転マニュアルの要求を厳格に遵守しなかったため、導体の接触不良と過熱が引き起こされ、これがバスバーの絶縁破壊を引き起こしたことが判明しました。

2 現場での試験と検査

2.1 絶縁試験

まず、外部からの電源供給を遮断して変電所全体を非電力化し、故障位置を特定しました。スイッチギアは導通状態（分離器閉、ブレーカー閉、接地スイッチ開）に調整されました。設備の出力端子におけるA相、B相、C相それぞれの絶縁抵抗を測定しました。試験の結果、A相とC相のメガオーム計の読みは無限大に近づき（良好な絶縁）、一方B相のメガオーム計の読みは5MΩ未満であり、設備のB相において絶縁性能が不良であることを示しました。これは、設備のB相のある位置で絶縁問題があることを最初に示唆しました。

2.2 障害記録検査

現場の障害記録は図2に示されています。図2から明らかに、障害発生時、35kVバスバーNo.1のA相とC相の電圧は線間電圧に上昇し、B相の電圧はほぼゼロに近づきました。

2.3 現場設備の視覚検査

Iセクションバスバーには9つのキャビネットがあります。設備の現地視覚検査により、B相バスバーに白い粉状の物質が見つかり、これはバスバーの電気的破壊後に残された痕跡と疑われます。これにより、Iセクションバスバーの1AH8キャビネットでバスバーの絶縁破壊事故が発生したことが確認されました。

2.4 故障位置の分解検査

B相バスバーの絶縁カバーを開けると、絶縁プラグが適切に固定されていないことが図3に示され、バスバーチルコンダクタセグメントがしっかりと押し付けられていないことが図4に示されました。

2.5 絶縁バスバーの二次分解検査

損傷したバスバーの四路コネクタを切断して分析しました。その結果、四路コネクタの内部構造は図5に示すように高温による激しい摩耗を示していました。導体領域近くの絶縁プラグも図6に示すように高温による激しい摩耗を示していました。

2.6 A相およびC相キャビネットトップの絶縁バスバーの検査

A相およびC相の残りの絶縁バスバーの検査により、それらの設置作業は正しく行われており、設備の導体の電流通過位置には色褪せや摩耗が観察されませんでした。

3 バスバー絶縁破壊原因の分析

3.1 故障範囲の確定

現場での設備に対する絶縁抵抗試験を行ったところ、A相とC相は絶縁試験に合格し、B相は不合格でした。さらに、現場の障害記録データから、B相バスバーが接地短絡を経験したことがわかりました。障害発生時、35kVバスバーNo.1のA相とC相の電圧は線間電圧に上昇し、B相の電圧はほぼゼロに近づきました。これは典型的な単相金属接地短絡障害（B相バスバーの絶縁破壊による接地）の特徴です。調査の結果、障害位置はIセクションバスバーの1AH8キャビネットのB相バスバー接続部であることが確認されました。

3.2 ゼロシーケンス電流とバスバーカレント値

障害発生後419ミリ秒で、接地トランスフォーマーのゼロシーケンス過電流保護が動作し、障害発生後452ミリ秒で障害電流が消失しました。接地トランスフォーマーのマイクロコンピュータを確認すると、ゼロシーケンス電流保護の動作が記録されており、図7に示されています。動作値は0.552A（ゼロシーケンスCT電流比100/1）で、これは障害記録値と一致しており、図8に示されています。

障害記録によれば、低圧分岐母線第1号の二次電流の実効値は0.5〜0.6Aでした。CTの電流比が2000/1だったため、当時のI母線の電流は1000〜1200Aに達していたと計算されました。

3.3 取り付け作業の影響

障害発生地点（キャビネット1AH8）のB相絶縁母線を分解検査したところ、B相の絶縁プラグが適切にロックおよび締め付けられておらず、これが四路コネクタ内のタイル導体がしっかりと押さえられていない原因となりました。これにより、主母線接続部での接触面積が減少し、この場所での抵抗が増加しました。

ここで：Rは回路抵抗（Ω）、ρは導体の比抵抗（Ω·m）、Lは導体の長さ（m）、Sは導体の断面積（m²）。式（1）から、接触面積が小さいほど設備の回路抵抗が大きくなることがわかります。式（2）によると、運転中に単位時間あたりに生成される熱量が増加します。放熱が発熱よりも少ない場合、熱がこの場所に継続的に蓄積されます。一定の程度（臨界点）に達すると、この場所の絶縁が損傷し、絶縁破壊が起こり、接地故障を引き起こします。

ここで：Qは熱量（J）、Iは電流（A）、Rは抵抗（Ω）、tは時間（s）。

要するに、高温により母線の絶縁性能が低下し、母線の絶縁破壊が引き起こされました。キャビネット1AH8からの四路コネクタを現場で取り外す際、そのナットとボルトは電気放電と高温による溶融により固着しており、分解できませんでした。図9参照。

4 障害処理と推奨事項

4.1 障害処理措置

関連材料、設備、ツールを準備し、現場作業許可手続きを完了し、現場で損傷した絶縁母線を交換します。例えば、三路絶縁ブッシング、四路絶縁ブッシング、絶縁直管などを交換し、高温により変色したF型ブッシングを交換し、関連テストを行い、最終的に電力供給を復旧します。

4.2 予防的な推奨事項

設備の設置前に、設備メーカーの技術者が現場施工チームのメンバーに対して専門的なトレーニングを行い、関連する注意事項を説明する必要があります。母線の設置時には、施工チームはメーカーの操作マニュアルに従って設置手順を厳格に遵守しなければなりません。現場設置が完了したら、トルクレンチを使用して確認し、母線の設置が適切に締め付けられていることを確認します。

設備設置が完了したら、現場テスト担当者は設備に対して回路抵抗テストおよび商用周波数耐電圧テストを行う必要があります。これらのテストは、問題を事前に特定し、事故の拡大を防ぐことができます。設備は受け入れ検査を通過した後のみ正式に運用開始できます。設備の運用中には、配電所は配電所室の時間空間分散検査戦略を考慮することで、潜在的な設備運用上の危険を早期に特定することができます。

5 結論

本稿では、35kV環状主装置の母線絶縁破壊障害について紹介し、現場障害調査、障害波形分析、障害原因分析を行いました。スイッチギアは、母線の絶縁層が破壊され、接地障害が発生し、保護動作トリップが起きたためトリップしました。この事件は、設置品質が設備の長期運用に大きな影響を与えることを示しています。

近年、中国の関連電力製品の品質とサービスは大幅に向上していますが、建設や設置の問題によって引き起こされる異常な発熱やさらには爆発などの事故は依然として時折発生しています。中国の電力産業の持続的な発展とともに、関連人員に対する専門的な訓練を強化することは、中国の電力産業の急速な発展にとって非常に重要です。