35 kV屋外真空遮断器の故障原因分析と対処
障害現象
2020年6月23日、220kV変電所の35kV給電盤でホットスタンバイ状態にあった場所で障害が発生しました。この障害により、第2主変圧器の低電圧バックアップ保護の第1段階第1時間制限電圧抑制過電流保護と350母線連絡保護の第2段階過電流保護が動作しました。その結果、第2主変圧器に対応する低電圧側の352回路遮断器と350母線連絡回路遮断器がトリップし、変電所の35kV第I母線の電圧が失われました。
事故前の35kVシステムは単一母線分割接続方式を採用していました。2つの母線セクション間に専用の母線連絡回路遮断器が設置されていました。障害が発生した35kV第I母線上には合計3本の出力線と2つのコンデンサバンクがありました。障害が発生した場所はホットスタンバイ状態であり、保護機能はアクティブになっていませんでした。残りの場所は稼働しており、母線連絡回路遮断器は閉位置にありました。
原因分析
変電所の350母線連絡盤と第2主変圧器盤の保護装置からのメッセージレポートとオシログラムを検討したところ、障害発生初期はB相とC相間の相間障害として現れ、その後3相短絡障害に発展しました。具体的には、第2主変圧器の低電圧側の障害波形図（スクリーンショット）が図1に示されています。
故障した回路遮断器を検査した結果、障害発生後、真空回路遮断器のA相ブッシングが破損し、B相とC相の支柱絶縁子が重度に焼け焦げて損傷し、回路遮断器のリードワイヤーが不同程度で断裂していることがわかりました。母線接続母線、壁貫通絶縁子、または回路遮断器の母線側の分離スイッチでは電気放電の兆候は見られませんでした。一次設備の損傷状況は現場で確認され、図2に示されています。
以下に、回路遮断器の故障原因について詳しく分析します。
回路遮断器の品質に関連する理由
問題の回路遮断器はLW8-35A（T）型です。これは2007年12月に現場で設置・調整され、2008年3月に運転開始されました。現在、同型の真空回路遮断器は11基あり、すべて屋外に配置されています。この型の回路遮断器の機構を現場で検査した結果、支柱絶縁子に程度の差はありますが放電痕跡が見つかりました。変電所の故障記録器をチェックしたところ、障害発生前に35kV母線電圧が頻繁に制限値を超えてトリップしていたことが確認されました。この頻繁な制限値超えは、この型の回路遮断器の支柱絶縁子に放電痕跡があることを強く確認しています。
変電所内の同型の他の10基の回路遮断器の支柱絶縁子に対して耐電圧試験を行いました。そのうち9基は合格しましたが、1基のみ試験規格を満たしていませんでした。故障した場所を再び試験したところ、耐電圧試験に合格しました。したがって、回路遮断器の品質が障害の原因である可能性は基本的に排除できます。
回路遮断器の運用とメンテナンスに関連する理由
この220kV変電所は都市部と農村部の境界にあり、採石場に隣接しており、周辺には比較的深刻な塵埃汚染の問題があります。現場での検査では、故障した回路遮断器の支柱絶縁子表面に大量の塵埃が堆積していることが確認されました。汚染環境下では、支柱絶縁子の絶縁性能が低下します。
この変電所の35kVシステムの出力線に接続されているユーザーの重要性から、停電を行うのが困難でした。そのため、回路遮断器の検査とメンテナンスが適時に実施できていませんでした。回路遮断器の支柱絶縁子のフラッシュオーバーボルトは、汚染度が増すにつれて低下します。時間とともに蓄積される効果により、フラッシュオーバーボルトが動作電圧を下回り、電気放電が発生しました。障害当日、当地域では雨天が続き、大気中の湿度が高まり、この過程がさらに悪化しました。したがって、これは汚染によるフラッシュオーバーによって引き起こされた事故であると判断できます。
障害対処
故障した回路遮断器は交換されました。現場での調整後、新しい回路遮断器の試験データは出荷技術文書で指定された要件を満たしていました。現在、回路遮断器は安定して動作しています。
停電を行い、変電所内の同型の回路遮断器を検査しました。汚染物質を清掃し、絶縁塗装を再度行いました。各回路遮断器に対して包括的な検査、メンテナンス、特性試験を行い、他の問題点については適時に是正措置を講じました。現在、変電所内の他の10基の同型の屋外回路遮断器は安定して動作しています。
次のステップでは、このような地域の屋外回路遮断器に対して包括的な検査と技術改造を行い、ガス絶縁開閉装置（GIS）設備に集中的に交換することで、深刻な塵埃汚染地域における汚染によるフラッシュオーバー事故を根本的に防止します。
予防措置
設計部門は設計レベルを向上させ、設計構造を最適化し、深刻な大気汚染地域における回路遮断器の絶縁性能を高めるべきです（例えばシェルターの建設やGIS設備の使用など）。
機器製造部門は機器の品質管理を厳格に行い、機器製造、組立、調整プロセスの各工程の技術要件を真摯に実施すべきです。
運用保守部門は機器の日常的な保守と検査に努めるべきです。特に変電所の保護信号、特に故障記録器の頻繁な動作信号に重要な注意を払うべきです。問題を慎重に調査・分析し、信号の背後に隠された機器の実際の動作状況を把握し、機器の評価と分析を適時に実施すべきです。
機器管理部門は新機器のグリッドへの導入時の受け入れ作業を行い、機器の日常管理を強化し、供給電力の信頼性を向上させるべきです。
