H59/H61変圧器の故障分析と保護措置

1. 農業用H59/H61油浸配電変圧器の損傷原因

1.1 絶縁損傷
農村の電力供給では一般的に380/220V混合システムが使用されている。単相負荷の割合が高いことから、H59/H61油浸配電変圧器はしばしば著しい三相負荷不平衡状態で運転される。多くの場合、三相負荷不平衡の程度が運転規程で許容される限界を大きく上回っており、巻線絶縁の早期老化、劣化および最終的な破壊を引き起こし、焼損に至る。

H59/H61油浸配電変圧器が長期間の過負荷、低圧側ライン故障、または急激な大負荷増加に見舞われた際、低圧側に保護装置が設置されておらず、かつ高圧側のドロップアウトフューズが適切に（あるいは全く）作動しない場合、変圧器は定格電流を大幅に超える故障電流（時には定格の数倍）を長時間強制的に流すことになる。これにより温度が急激に上昇し、絶縁の老化が加速され、最終的に巻線が焼損する。

長期間の運転後、H59/H61油浸配電変圧器のゴムビーズやガスケットなどの密封部品は老化・ひび割れを起こし、効力を失う。これを検知して適時に交換しなければ、油漏れおよび油面低下が生じる。空気中の湿気が大量に絶縁油に侵入し、その誘電強度が著しく低下する。重度の油不足状態では、タップチェンジャーが空気に露出し、湿気を吸収して放電または短絡を起こし、変圧器の焼損につながる。

不十分な製造工程—例えば巻線層間の完全でないワニス含浸（または低品質の絶縁ワニス）、不十分な乾燥処理、巻線接合部溶接の信頼性不足など—により、H59/H61油浸配電変圧器には隠れた絶縁欠陥が残る。また、起動時または保守時に低品質の絶縁油が補充された場合、または水分や汚染物質が油中に混入して油質が劣化し、絶縁強度が低下する。長期的にはこれが絶縁破壊およびH59/H61油浸配電変圧器の焼損を引き起こす。

1.2 過電圧
雷保護接地抵抗が所定の基準を満たしていない。初期には適合していたとしても、時間の経過とともに接地システムの鋼材部分の腐食、酸化、切断または溶接不良により、接地抵抗が劇的に増加し、落雷時に変圧器が損傷する。

雷保護構成の不備がよく見られる：多くの農村用H59/H61油浸配電変圧器は高圧側にのみ一組の高圧サージアレスタが装備されている。農村電力システムはほぼすべてYyn0結線変圧器を使用しているため、落雷により順方向および逆方向変換過電圧が誘導される。低圧側にサージアレスタがなければ、これらの過電圧により変圧器損傷のリスクが大幅に高まる。

農村の10kV電力システムではフェロ共振の発生確率が比較的高い。共振過電圧発生時、H59/H61油浸配電変圧器の一次側電流が急激に増大し、巻線の焼損やブッシングのフラッシュオーバー、さらには爆発を引き起こす可能性がある。

1.3 厳しい運転条件
夏季の高温期やH59/H61油浸配電変圧器が連続過負荷で運転される場合、油温が過度に上昇する。これは放熱性能を著しく損ない、絶縁の老化、劣化および破損を加速させ、最終的に変圧器の寿命を短縮する。

1.4 タップチェンジャー操作の不適切さまたは品質不良
農村の電力負荷は分散しており、季節変動が大きく、ピークとバレーの差が大きく、低圧線路も長いため、電圧変動が顕著である。このため、農村の電気技術者は頻繁にH59/H61油浸配電変圧器のタップチェンジャーを手動で調整する。しかし、これらの調整のほとんどは規定手順に従わず、調整後に各相の直流抵抗値を測定・比較せずに再通電を行うことがほとんどである。その結果、多くの変圧器でタップチェンジャー位置が不適切であったり接触不良が生じたりし、接触抵抗が急激に増加してタップチェンジャーが焼損する。

品質の低いタップチェンジャー—固定接点と可動接点間の接触不十分、または外部の位置表示器と内部実際位置との不一致—は、通電後に放電または短絡を引き起こし、タップチェンジャーの破壊または巻線全体の損傷につながる。

1.5 変圧器鉄心の接地問題
H59/H61油浸配電変圧器自体の品質上の問題により、ケイ素鋼板の層間絶縁ワニスが時間の経過とともに老化したり、他の理由で早期に劣化したりすることにより、鉄心の多点接地が発生し、損傷を引き起こす。

1.6 長期間の過負荷運転
農村経済の発展に伴い、電力需要は劇的に増加した。しかし、新たなH59/H61油浸配電変圧器が timely に設置されておらず、既存設備も高容量モデルに更新されていない。その結果、現在の変圧器は慢性的な過負荷状態で運転されている。さらに農村地域では単相負荷の割合が高いため三相平衡負荷が実現できず、ある一相が長期的に重度の過負荷となり、中性線電流が許容限界を大幅に超過する。このような状況が最終的にH59/H61油浸配電変圧器の焼損を招く。

2. 対策
関連する規則によると、H59/H61油浸配電トランスフォーマーはすべて、雷、ショートサーキット、過負荷に対する3つの基本的な保護装置を備える必要があります。雷保護には高圧側と低圧側の両方に避雷器を設置し、酸化亜鉛（ZnO）避雷器が推奨されます。ショートサーキットと過負荷保護は別々に考慮する必要があります：内部ショートサーキットに対する主な保護として高圧ドロップアウトヒューズを使用し、過負荷および低圧線ショートサーキットは低圧側に設置された低圧回路遮断器またはヒューズによって処理されるべきです。

運転中は定期的にクランプメーターを使用して三相負荷電流を測定し、不均衡が規制範囲内に収まっているか確認しなければなりません。不均衡が許容値を超えた場合、直ちに負荷再分配を行い、規制範囲内に戻す必要があります。

H59/H61油浸配電トランスフォーマーの定期点検は規則に基づいて実施され、油色、油量、油温が正常であるかをチェックし、油漏れがないかを確認します。絶縁子表面にはフラッシュオーバーや放電痕がないかを調べます。異常が見つかった場合は直ちに対処しなければなりません。トランスフォーマーの外観、特に絶縁子は定期的に清掃し、汚れや汚染物質を取り除く必要があります。

毎年の雷雨シーズン前に、高圧および低圧避雷器と接地導体は徹底的に点検する必要があります。適合しない避雷器は交換する必要があります。接地導体は断線、不良溶接、割れなどがなければなりません。アルミニウム線を使用することは禁じられており、代わりに直径10～12mmの丸鋼または30×3mmの平鋼を使用する必要があります。

接地抵抗は乾燥した冬の天候中に年間一度測定する必要があります（少なくとも1週間連続で晴れた後）。適合しない接地システムは修正する必要があります。トランスフォーマーの端子スタッドを高圧側および低圧側の空中導体に接続する際は、銅-アルミニウム移行コネクタまたは銅-アルミニウム設備用クランプを使用する必要があります。接続前にこれらのコネクタの接触面は0番目のサンドペーパーで研磨し、適切な量の導電性グリースを塗布する必要があります。

H59/H61油浸配電トランスフォーマーのタップチェンジャ操作は規則に厳格に従う必要があります。調整後すぐに再送電することはできません。代わりに、操作前後の各相の直流抵抗をウェットストーンブリッジを使用して比較する必要があります。大きな変化がない場合、操作後の相間およびライン間の直流抵抗値を比較します：相間差は4%未満、ライン間差は2%未満でなければなりません。これらの基準を満たしていない場合は、原因を特定し修正する必要があります。これらの要件を満たした後、H59/H61油浸配電トランスフォーマーはサービスに戻すことができます。