屋外電流変換器の故障率を減らす方法は何ですか

1. 研究理由と背景
1.1 電流変換器の重要性

電流変換器は、電流変換と電気的絶縁の役割を果たします。一次システムの大電流を比例した小さな二次電流に変換し、計測装置、リレー保護装置、自動装置に供給します。電力システムにおいて、電流変換器の役割は代替不可能であり、電力網の安全かつ安定した運転に直接重要な役割を果たしています。

1.2 屋外電流変換器の厳しい作業環境

屋外電流変換器は異常な電気的および自然環境に耐えることが多く、故障率が高くなる傾向があります。実際の条件により、電気的および自然環境の制御可能性は限られています。そのため、一次システムにおける接続の信頼性を確保し、環境に適応するためにはより一層の必要性があります。

1.3 屋外電流変換器の伝統的な技術の不完全さ

屋外電流変換器の端子頭部と銅バーとの接続では、接触面積が十分ではありません。長期の屋外運転中に、接続が良好で信頼性があるかどうかは、線路の負荷容量に直接影響します。小さな接触面積、不良な接触、過大な接触抵抗は発熱を引き起こします。これを早期に発見・処理しないと、端子頭部と接続された銅バーが焼損します。長期の過負荷や過度の高温は、屋外電流変換器自体を焼損させる可能性もあります。

2. 某電力局管轄下の変電所における電流変換器の故障状況

某電力局の管轄下には合計5つの屋外変電所があります。その中で、35kV変電所1と変電所2の10kV出線と主変圧器の低圧側には、LBZW - 10型の乾式屋外柱型電流変換器が33台あります。端子頭部はねじ式で、接続されるアルミニウム（銅）バーは上下のナットによってねじに固定されています。端子頭部と接続されたアルミニウム（銅）バーでの発熱、さらにはアルミニウムバーの溶融や電流変換器の損傷などの故障が何度も発生しています。

2008年、2009年、2010年の変電所1の主要一次設備の故障と欠陥の統計分析によると：電流変換器、主変圧器、遮断器、電圧変換器という5種類の主要一次設備の中で、電流変換器の故障比率は28%で最も高いです。これは、同じ運転条件下で他の設備よりも電流変換器が故障しやすいことを示しています。深堀りすると、これらの3年間の故障回数は時間と直接関係していることがわかります。具体的な詳細は以下の表に示されています。

表から直感的にわかるように、故障は5月から8月（特に6月）の洪水期に集中しています。3年間の平均月間故障回数は1.17回に達しており、線路の負荷が大きければ大きいほど電流変換器は故障しやすいことが示されています。

故障発生回数の深堀り分析では、主な故障要因は以下の通りです：2008年から2010年にかけて、電流変換器の接続部の故障により14回の故障が発生し、雷による打撃など他の要因により2回の故障が発生しました。2008年と2009年の2件の雷による直接損傷を除くと、他の故障点は端子頭部とアルミニウム（銅）バーの接続部です。

主な故障対処方法は以下の通りです：ねじの再締め付けと破損したナットやワッシャーの交換；破損したアルミニウムバーの交換；電流変換器の交換（端子頭部が破損し絶縁試験に不合格の場合）。しかし、これらの方法では根本的にこのような故障を排除することはできません。

3. 電流変換器の故障原因と対策の分析

分析の結果、屋外10kV電流変換器の故障には以下の4つの主な原因があると考えられます：

3.1 設備の理由

電流変換器自体の構造が不合理である。

3.2 人為的理由

メンテナンス担当者の技術レベルが高くなく、日常的なメンテナンスが十分に行われていない。

3.3 方法の問題

経験に基づいて故障を解決しており、対象となる方法が不足している。

3.4 リンク要素

電流変換器は長期間高負荷で動作し、変電所は湿潤な山岳地帯にあるため、接続部は腐食や酸化しやすい。

電流変換器自体の不合理な構造が主な原因であることが確認されました。ねじ式端子頭部と銅バーの接触面積が小さすぎることが、アルミニウムバーの溶融と電流変換器の熱損傷の主な原因です。屋外電流変換器の端子頭部と銅バーの接続状態を改善し、接触面積を増やし、接触抵抗を減らすことが改善方向となりました。当初、この目的を達成するために接続用ワイヤクランプの設計が想定されました。

4. 具体的な実施
4.1 クランプ規格の決定

変電所1の10kV屋外電流変換器の端子頭部のねじ外径（12mm、粗ねじ）に基づき、製造元からM - 12型の二穴ポールクランプワイヤクランプをカスタマイズしました。

4.2 試験設置と検証

改良されたワイヤクランプを部門のテストエリアの試験用電流変換器にGB - 2314 - 2008基準に適合して設置しました。これにより、端子頭部と密着し、接触面積を拡大することが確認されました。

4.3 変電所全体での試験適用

二穴銅ポールクランプワイヤクランプを電流変換器のねじにねじ込み、固定ねじを締め付けて接触面積と接続の堅牢性を確保し、接触抵抗を減らしました。変電所1全体で、屋外電流変換器の端子頭部と銅バーの接続状態を改善するための全変電所試験を行いました。

5. 効果検証

変電所1の全10kV屋外電流変換器の端子頭部に二穴ポールクランプワイヤクランプを設置し、実際の運用と観察・分析を半年間行った結果、以下の結論を得ました：

5.1 接触面積の改善

改善前、端子頭部と銅バーの接触面積は2.26cm²でした。改善後は15cm²になり、拡大率は563.7%に達しました。

5.2 接触抵抗の減少

ループ抵抗測定器で測定したところ、改善前の端子頭部がアルミニウムバーを直接固定する場合の接触抵抗は608μΩでした。改善後（二穴銅ポールクランプワイヤクランプで固定）は460μΩになり、減少率は24.3%に達しました。

5.3 温度の低下

同一負荷（150A）のもとで、改善前の赤外線画像温度計測値は52℃でしたが、改善後は46℃になり、温度低下率は11.5%でした。

5.4 故障率の低下

改善後の電流変換器を追跡調査した結果、洪水期（5月から8月）の故障統計では、改善前の故障回数は14回（月平均3.67回）、改善後の故障回数は1回（6月の雷によるもの）でした。洪水期の月平均故障回数は約1.17回から0.25回に減少しました。

改造後、雷による故障を除いて、発熱や焼損などの故障は発生していません。電流変換器の故障回数が主要一次設備全体の故障回数の比率は15%未満まで減少しました。変電所1の全10kV屋外電流変換器の端子頭部に改良された二穴銅ポールクランプワイヤクランプを設置することで、接触面積を増やし、接触抵抗を減らし、屋外電流変換器の故障率を成功裏に減少させました。

10kV線路が12時間停電し、電流200A、電価0.5元で計算すると、1回の停電削減につき約2万円以上の電費増加となります。10回で20万円以上となり、電力供給の信頼性向上だけでなく、企業にも大きな経済的利益をもたらします。