750kV変圧器の現場PDおよび誘導耐電圧試験：事例研究と提言

I. 序章

中国の官亭-蘭州東750kV送電・変電所デモンストレーションプロジェクトは2005年9月26日に正式に運転を開始しました。このプロジェクトには、蘭州東と官亭（それぞれ4つの750kV変圧器を備え、そのうち3つが三相変圧器バンクとして動作し、1つが予備）の2つの変電所と1つの送電線が含まれています。プロジェクトで使用された750kV変圧器は中国で独自に開発および製造されました。現場での試験中に、蘭州東変電所のA相主変圧器で過度な部分放電（PD）が検出されました。試験前後で合計12回のPD試験が実施されました。本論文では、この変圧器に関するPD試験に関連する基準、手順、データ、問題について分析し、将来の750kVおよび1000kV変圧器の現場試験を支援するための実用的なエンジニアリングの提案を行います。

II. 変圧器の基本パラメータ

蘭州東変電所の主変圧器は西安西電変圧器有限公司によって製造されました。主要なパラメータは以下の通りです：

• 型番: ODFPS-500000/750

• 定格電圧: 高圧750kV、中圧（±2.5%分接スイッチ付き）kV、低圧63kV

• 定格容量: 500/500/150 MVA

• 最大動作電圧: 800/363/72.5 kV

• 冷却方式: 強制油循環空冷（OFAF）

• 油重量: 84トン；総重量: 298トン

• 高圧巻線絶縁レベル: 全波インパルス1950kV、切波インパルス2100kV、短時間誘導耐電圧1550kV、商用周波数耐電圧860kV

III. 試験手順と基準

(A) 試験手順

GB1094.3-2003によれば、変圧器の部分放電試験手順はA、B、C、D、Eの5つの期間からなり、各期間には指定された適用電圧があります。C期間中のプレストレス電圧は1.7単位（pu）で定義され、ここで1 pu = Um/√3（Umは最大システム電圧）。この値はGB1094.3-1985で規定されているUmよりもやや低いです。蘭州東変圧器の場合、Um = 800kVなので、プレストレス電圧は785kVとなるべきです。

(B) 耐電圧要件

• 蘭州東変圧器の短時間誘導耐電圧は860kVです。中国国家電網公司の「750kV UHV電気設備の試運転試験基準」によれば、現場試験電圧は工場試験値の85%、つまり731kVであり、これは必要なプレストレス電圧1.7 pu（785kV）よりも少ない。

• プレストレス電圧と試運転耐電圧の間の矛盾を解決するために、関連する基準では、プレストレス電圧が工場耐電圧の85%を超える場合、実際のプレストレス電圧はユーザーとメーカーの間で合意されるべきと規定されています。「750kV主変圧器の技術仕様」では明確に、現場でのPD試験のプレストレス電圧は工場耐電圧の85%と規定されています。したがって、蘭州東変圧器の現場PD試験のプレストレス電圧は731kVに設定されました。PD測定と耐電圧試験は組み合わされ、耐電圧試験フェーズがPD試験のプレストレス段階として機能しました。

(C) 部分放電の受け入れ基準

1.5 puの試験電圧下で、変圧器の部分放電レベルは500 pC未満でなければなりません。

IV. 試験プロセス

2005年8月9日から2006年4月26日までの間に、蘭州東変電所のA相主変圧器に対して合計12回のPD試験が実施されました。主な試験情報は以下の通りです：

全体的に、A相主変圧器のMV巻線のPDレベルは運転開始前の範囲が600から910pCで、500pCの受入基準を超えていた。しかし、2006年4月26日の再テストでは、PDレベルが280pCに低下し、要求を満たした。

V. テスト分析

(A) 局部放電発生電圧 (PDIV) と消滅電圧 (PDEV)

• 定義の問題: GB7354-2003およびDL417-1991はPDIVとPDEVについて不正確な定義を提供している。例えば、「指定値」の定義が明確ではなく—一般的には500pCと仮定されるが、これは実際の適用において大きな矛盾を引き起こす。さらに、現場でのテスト中の背景ノイズはしばしば数十から数百ピコクーロンに達し、放電の明確な発生を見つけるのが困難となる。

• 事例観察: 兰州东A相变压器の12回のPDテストでは、PDレベルは電圧とともに徐々に増加し、明確なジャンプ（最大ステップ変化約200pC）が見られず、PDIVを明確に決定することは不可能だった。いくつかのテストでは、低電圧でも測定可能なPDがすでに存在し、PDIVが減少したかどうか評価するのが難しかった。また、最新の国標準GB1094.3-2003ではPDIVやPDEVについて言及されておらず、業界内での解釈と決定が一貫していない。

(B) 放電位置特定

• 一般的な方法の制限: 広く使用されている超音波PD位置特定法は、放電によって生成された超音波がタンク壁上のセンサーに到達するまでの時間差を検出する。しかし、この方法は技術が未熟であること、十分な放電エネルギー（センサーの感度範囲内）が必要であること、内部巻線からの超音波の多重反射と屈折による不正確な位置特定などの課題に直面している。

• 事例結果: 運転前テスト中、PD位置特定装置は放電位置の粗い推定しか提供しなかった。制御室監視システムは電圧によるPD変動を検出できず、結果の有用性が制限された。その後設置されたオンライン監視システムも2006年4月26日のテスト中に関連する変化を検出できなかった。したがって、PDレベルが低い場合、超音波位置特定結果は慎重に扱うべきである。

(C) 放電の深刻度

標準では1.5puで500pCの制限を規定しているが、実際には500pCと700pCの間には大きな違いはなく、同じ数量級に属する。さらに、PDが1000pC以下の場合、通常は変圧器内部に可視的な放電痕跡は見られず、現場での油排出検査では異常がほとんど見つからない。750kV変圧器（大規模で重い）を工場に戻して修理することは高いリスクを伴う。

VI. 提案

(A) 絶縁レベルの向上

兰州东変圧器の誘導耐電圧は比較的低い。国内での750kV変圧器製造の歴史が短く経験が限定的であり、現場でのPDテストの必要性を考慮すると、今後の750kV主変圧器には少なくとも900kVの誘導耐電圧を持つことが推奨される。

(B) 現場での運転開始PDテスト基準の緩和

海外ではPDテストは工場でのみ厳格に行われ、現場では繰り返されない。中国では、現場でのPDテストは必須の運転開始項目である。次の理由から、750kV変圧器の現場でのPDテストの受入基準を1000pC未満に緩和することが推奨される：

• 500〜1000pCのPDレベルを持つ変圧器は、保管または運転後に再テストするとPDが減少することがよくある（例：兰州东A相変圧器）。

• PDが1000pC未満の場合、通常は可視的な放電痕跡は見られず、現場での検査では問題がほとんど見つからず、工場への返送は高いリスクを伴う。

• 750kVおよび1000kV変圧器の現場でのPDテストは効果的に「準耐電圧テスト」である：

• 小さな電圧余裕：兰州东変圧器の場合、1.5pu（693kV、±3%の測定不確実性：672–714kV）でのPDテスト電圧は731kVの運転開始耐電圧に非常に近接しており、わずか2.4%の余裕しかない。将来の750kV変圧器の誘導耐電圧が900kVに引き上げられたとしても、765kVでの運転開始テストは限られた余裕しか残さない。同様に、1000kV変圧器の場合、PDテスト電圧（1.4pu = 889kV）は935kVの耐電圧に非常に近接している。

• 長い期間：標準的な耐電圧期間は約56秒（108Hzのテスト周波数）だが、完全なPDテストでは1.5puが最大65分間にわたって適用される。繰り返しのテストは累積的な絶縁損傷を引き起こし、変圧器の寿命に影響を与える可能性がある。

• 繰り返しの現場テストにより過剰なPDが許容レベルにまで減少するケースは少ない。むしろ、PDレベルが増加することがある（例：兰州东A相変圧器：2005年8月10日は700pC、2005年9月23日には910pCに増加）。

(C) PD発生電圧と消滅電圧の再定義

現行の標準ではPDIVとPDEVについて明確な定義が欠けており、テスト解釈を誤る可能性がある（兰州东の事例参照）。これらの用語を明示的な数値基準で再定義し、PDIVとPDEVが明確に観察できない場合のガイダンスを含めることが推奨される。

(D) 実践的な現場技術の研究強化

• 実際のトランスフォーマーのPDパターンを収集: 文献に記載されている最も一般的なPDパターンは、実際のトランスフォーマーの挙動とは異なる実験室シミュレーションからのものであることが多い。説明図だけでは現場作業の指針には不十分である。現実世界のPDパターンを収集し分析し、定性的な分析と局在化のために参考マニュアルにまとめることは重要である。

• ノイズ対策研究の進展: 現場でのPD測定における外部ノイズは大きな課題である。現在の測定システムは本物の放電とノイズを区別することができず、オペレータの経験に大きく依存している。ノイズ源と抑制方法に関するさらなる研究が必要である。

(E) 測定担当者の認証を要求する

PD測定は、通常の現場高圧試験の中で最も技術的に難易度が高く予測不可能なものである。しかし、誤判断はよく見られる。担当者は基本原理、機器配線、部品のマッチング、ノイズ除去、およびPDの局在化について体系的なトレーニングを受け、試験を行う前に認証を取得しなければならない。

(F) 試験機器の定期的な校正

GB7354-2003では、PD測定装置は年間少なくとも2回または大規模な修理後には校正しなければならないと明確に規定されている。実際には、この規定が厳格に守られることは少なく、数年間校正されずに使用される装置もあり、エラーが数十倍にも達することが記録されている。測定精度を確保するために、国家基準に基づく校正の厳格な遵守が推奨される。

(G) 必要に応じてオンライン監視を使用する

オンライン監視技術は大幅に改善されている。PDレベルが制限を超えていても致命的ではない750kVトランスフォーマーに対して、強化されたオンライン監視は合理的なアプローチである。PDだけでなく、温度、コアとクランプの接地電流、油クロマトグラフィーなどのパラメータも監視することで、トランスフォーマーの健康状態を包括的に評価できる。

VII. 結論と展望

• 結論: 既存の標準はPD発生電圧と消滅電圧の定義が不十分であり、現場試験の指針としての有用性が制限されている。蘭州東750kVトランスフォーマーの絶縁レベルは比較的低く、そのPD試験は実質的に「準耐電圧」試験となっている。フェーズAトランスフォーマーに対する12回の現場PD試験は、累積的な絶縁ストレスを引き起こした可能性がある。将来の750kVトランスフォーマーは、少なくとも900kVの絶縁レベルを持つべきである。

• 展望: 中国の1000kV AC超高圧送電の研究と計画が完了し、実証プロジェクトが建設中である。1000kVトランスフォーマーの絶縁余裕がさらに小さいことを考慮すると、現場での導入試験に関する研究を早期に開始し、実用的な応用に技術的な支援を提供すべきである。