主変圧器の事故と軽ガス運転に関する問題

1. 事故記録 (2019年3月19日)

2019年3月19日の16時13分、監視バックグラウンドで第3主変圧器の軽ガス動作が報告されました。電力変圧器運転規程 (DL/T572-2010) に基づき、運用保守 (O&M) 職員は第3主変圧器の現場状況を確認しました。

現場での確認：第3主変圧器のWBH非電気保護パネルが変圧器本体のB相軽ガス動作を報告し、リセットが効果的ではありませんでした。O&M職員は第3主変圧器のB相ガス継電器とガスサンプリングボックスを検査し、変圧器本体の鉄心およびクランプ接地電流の試験を行いました。

16時36分、変電所監視バックグラウンドで第3主変圧器の重ガス動作トリップが報告され、B相本体が火災に見舞われました。変圧器の固定フォームスプレー消火システムが正しく作動しました（信号画像あり）。

この事故に対する対策：

• 軽ガスからトリップへの変更計画の策定：技術改造案の編集を組織し、その後の停電計画を調整し、改造前のO&M措置を明確にします。

• 稼働中の変圧器の特別な検査と改造：故障原因に基づいて稼働中の変圧器に対して対象となる検査を行い、改造措置を策定します。

2. 軽ガスアラーム処理プロセス

電力変圧器運転規程 (DL/T572-2010) では、変圧器のガス継電器には軽ガスと重ガスの2組の接点を設けることを規定しています。通常の運転中、軽ガスはアラームモード、重ガスはトリップモードに設定されます。変圧器の軽ガスアラームの一般的な処理プロセスは以下の通りです：

• ガス保護信号が作動した場合、直ちに変圧器を検査し、それが空気の蓄積、油位の低下、二次回路の故障、または変圧器内部の故障によるものであるかを確認します。

• ガス継電器にガスがある場合、ガス量を記録し、ガスの色と可燃性を観察し、ガスと油のサンプルをクロマトグラフィー分析のために採取します。

• ガス継電器内のガスが無色、無臭、不燃性であり、クロマトグラフィー分析でそれが空気であることが判明した場合、変圧器は運転を続けることができますが、空気の取り込み欠陥は迅速に解消する必要があります。

• ガスが可燃性であるか、溶解ガス分析 (DGA) の結果が異常である場合は、変圧器を停止するかどうかを総合的に判断します。

新しい防事故措置 (9.2.3.6) によると：「変圧器が1日に2回連続して軽ガスアラームを発生させた場合、直ちに停電検査を申請する。強制油循環構造を持たず、油排出窒素注入装置がない変圧器（リアクター）については、本体の軽ガスアラームが発生したら直ちに停電検査を申請する。」

新規投入された変圧器や油処理を受けた変圧器は、初期運転中に軽ガスアラームを発生しやすい。負圧部での油漏れにより強制油循環変圧器は空気の取り込みに敏感であり、油排出窒素注入装置を持つ変圧器では、油排出パイプラインにガスが閉じ込められることもあり、これらのシナリオは軽ガスアラームを引き起こす可能性がある。変圧器の運転中に少量のガスが放出されるのは正常だが、24時間以内に2回連続して軽ガスアラームが発生した場合は深刻な故障の可能性がある。

3. 変圧器の軽ガスアラームに関する統計分析

事例1：変電所での軽ガスアラーム (2015年7月7日)

故障現象：変電所監視バックグラウンドで「第3主変圧器本体非電気保護アラーム」と「C相本体軽ガスアラーム」が表示されました。原因：現場検査では、第3主変圧器のC相ガス継電器の油位が低く (ガス量が300mlを超えていた；軽ガスアラーム設定：270±10ml) (A相とB相は満タン) ありました。検査結果と専門会議に基づき、故障は金属製の異物によるもので、これは輸送/設置中に導入されたもの (製造過程からのものではない) と判断されました。処置：故障した変圧器は撤去され、予備相に置き換えられました。変電所に整備工場が建設され、メーカーによる現場修理が行われ、修理済みの変圧器は予備相として保管されました。

事例2：変電所での軽ガスアラーム (2015年9月30日)

故障現象：監視バックグラウンドで「第2主変圧器C相圧力急上昇アラーム」、「重ガストリップ信号」、「軽ガスアラーム信号」が報告されました。電気保護動作はありませんでした。原因：設計事務所とメーカー間のコミュニケーション不足により、ブッシングトップ端子に過度なストレスがかかりました。ブッシングは密封設計が弱く、ブッシング電流導管の上部の負圧ゾーンで密封不良により空気/水を取り込んでしまいました。リードTコネクタと高圧ブッシング間の最大水平オフセットが5.61mに達し、長期的な横方向の張力により端子とカバーが変形し、密封不良と高圧巻線内の空気/水の取り込みによる内部放電が発生しました。処置：故障した変圧器は撤去され、予備相に置き換えられました。2016年に整備工場を建設し、現場修理が完了し、変圧器は予備相として保管されました。

事例3：変電所での軽ガスアラーム (2018年6月18日)

故障現象：変電所の第1主変圧器A相軽ガスアラーム。原因：油とガスのサンプリング試験では、非可燃性ガスと正常な油データが示されました。当日、ガス継電器を開放し、信号が即座にリセットされました。継電器内のガスの長期的な追跡では新たなガスはなく、長期間の空気蓄積によるアラームであることが確認されました。

ケース4：試運転中の軽ガス警報

故障現象：第3主変圧器のC相軽ガス警報が試運転中に発生。原因：変圧器の油流リレーからの油漏れ；施工単位が交換後にガスを完全に排出しなかったため。変圧器内にはアセチレンは検出されなかった。処置：変圧器からガスを排出する。

ケース5：変電所での軽ガス警報（2018年11月20日）

故障現象：06:24:55に、ある変電所のOWSバックグラウンドで「ある側のコンバータ変圧器のB相軽ガス警報」が報告された。06:40:57には「ある側のコンバータ変圧器のB相重ガス保護」が報告され、01B/02Bコンバータ変圧器の三相遮断機がトリップした。原因：油枕のバルーン破裂。油がバルーンに入り、急激な温度低下により油満タンのバルーンが沈み、油パイプラインが塞がれてガスが閉じ込められ、ガスリレーが動作した。バルーンは長期待機と低温による加速老化により破裂した。処置：現場調査によりバルーンの裂け目が確認され（油枕内のほとんどすべての油がバルーンに入った）。バルーンを交換し、コンバータ変圧器の運転を再開した。

ケース6：電力会社での軽ガス警報（2017年1月2日）

故障現象：ある電力会社の直流二極性が冷たい待機状態にあり、20:37にPole 1 YYCコンバータ変圧器の軽ガス警報が報告され、その後20:42に重ガストリップが発生した。原因：現場調査でPole 1 Y/Y C相コンバータ変圧器のNo. 4冷却サイクル油ポンプからの油漏れが見つかった。ポンプの電源を切り、両端のバルブを閉じたことで漏れは止まった。根本的な原因は、ボルトとポンプエンドカバーのフランジの材料品質が悪く、深刻な腐食、ボルトの折損、ポンプ体のずれ、大量の油漏れにつながった。処置：Pole 1 YYCコンバータ変圧器の4つの潜水油ポンプを交換し、油を補充し、メンテナンステストを行った。同時に、他の13台のコンバータ変圧器（予備含む2台）の52個の潜水油ポンプのボルト構造を交換または改良した。

4. 軽ガスの警報またはトリップ設定に関する説明

4.1 ガスリレーの紹介

ガスリレーは、内部変圧器故障による油分解や油の湧き上がりによって生成されるガスを検出し、軽ガス（警報）または重ガス（トリップ）の接点をトリガーする。

• 軽ガス：軽微な故障（例：過負荷加熱、コアの局所加熱、磁気漏れによるタンク加熱）を反映。分解ガスがリレーのガス収集室に上昇し、油レベルが下がって軽ガスリードスイッチが作動して警報を送る。さらに油レベルが下がると重ガスがトリガーされる。

• 重ガス：重大な故障（例：ブッシング接地、巻線間短絡）を反映。急速に生成されたガスが油を押し、バンパに衝突し、マグネットを通じて重ガスリードスイッチが作動して変圧器をトリップさせる。

4.2 軽ガスを警報に設定する理由

• UHV AC変圧器：各主変圧器および電圧調整変圧器には1つのガスリレーのみがあり、ブッシングライザーはガス収集管を通じて本体リレーに接続されている。軽ガス警報接点は1つだけで、通常運転時には警報モード（重ガスはトリップ）に設定される。

• コンバータ変圧器：1つのガスリレー（シーメンス技術）または7つ以上のガスリレー（ABB技術）を装備している。軽ガスは通常運転時には警報モード（重ガスはトリップ）に設定される。

コンバータ変圧器のガスリレーには1つまたは2つの軽ガス警報接点しかなく、リレーボックスへの水の侵入、オイルクロマトグラフィーからのキャリアガスがタンクに入る、または体の密封不良による空気の取り込みなどにより誤報が発生しやすい。「3つのうち2つ」の防誤報措置がないため、軽ガスをトリップに設定すると、誤報によりDCモノポール（単一バルブグループ）のトリップが発生し、1500MW以上の電力を失い、電力網の安定性を脅かす可能性がある。また、軽ガスは重ガスが作動する前に軽微な故障（例：軽度のコア/絶縁体の加熱）に対する応答ウィンドウを提供し、設備の稼働率を向上させる。したがって、「18大電力網事故防止対策」と「電力変圧器運転規程」（DL/T572-2010）では、軽ガスは警報に設定するように規定されている。

誤動作事例：

• 2003年：コンバータ変圧器の平滑リアクトルのガスリレーへの水の侵入により、バイポーラルブロックが発生し、1281MWを失った。

• 2019年：コンバータ変圧器のガスリレーの接点回路の故障により一時的な停電が発生した。

4.3 UHV変圧器の軽ガスをトリップに変更する提案

UHV変圧器の突然の故障が人員の安全を脅かすリスクを考慮し、UHV変圧器の軽ガス動作を警報からトリップに変更することを提案する。その理由は以下の通り：

• 重大な故障の早期対応：突然の重大な故障時には、重ガスよりも先に軽ガスが作動する可能性がある。軽ガスでのトリップにより、故障変圧器を迅速に隔離し、主要な設備損傷や人的被害を防ぐことができる。（例：2016年：複数の軽ガス警報後、UHV並列リアクトルが爆発した；2017年：コンバータ変圧器のブッシング故障時に、軽ガスが重ガスより32秒前に作動した。）

• 電力網の強靭性：強化された電力網は、一つのバルブグループまたは変圧器を失っても安定性に問題がない。

• 誤動作リスクの低減：非電気リレーの管理強化（例：雨よけの設置、定期的なサンプリング検査、回路の絶縁チェック）により、誤報が大幅に減少した。統計によると、変電所（5年間）と変電所（3年間）では軽ガスの誤動作は記録されておらず、6件の記録された動作は建設中のガス排出不足（設備故障ではない）によるものだった。

一時的な対策：UHV変圧器の不安定な運転中、コンバータ変圧器、主変圧器、電圧調整変圧器のすべての軽ガス接点（ブッシングライザー、タップチェンジャー、本体）をトリップモードに設定し、人員と設備の安全を確保する。

4.4 軽ガスからトリップへの変更実施計画

• コンバータ変圧器：DC制御単システム引き出しによりソフトウェアを修正し、軽ガス信号をトリップに変更する。修正後はトリップテストは不要（信号回路は年間で確認される）；計画停電中に実施（1日）。

• 交流変圧器：保護盤の配線を修正し、伝送試験を行う（1日）。