トランスの故障診断とノイズ低減方法

中国経済の急速な発展に伴い、電力産業も規模を拡大し、変圧器の設備容量と単位容量に対する要求が高まっています。この記事では、変圧器の構造、雷保護、故障、および騒音について簡単に紹介します。

変圧器は一般的に使用される電気機器で、交流電力を変換することができます。これは一つの形式の電気エネルギー（交流電流と電圧）を別の形式の電気エネルギー（同じ周波数の交流電流と電圧）に変換することができます。実際の応用では、変圧器の主な機能は電圧レベルを変更して、電力送電をより便利にすることです。

出力電圧と入力電圧の比に基づいて、変圧器は降圧または昇圧変圧器に分類されます。電圧比が1未満の変圧器は降圧変圧器と呼ばれ、主な機能はさまざまな電気機器に必要な電圧を供給し、ユーザーが適切な電圧を受け取れるようにすることです。電圧比が1を超える変圧器は昇圧変圧器と呼ばれ、主に送電コストを削減し、送電中の電力損失を最小限に抑え、送電距離を延ばす機能を持っています。

変圧器の構造
中・大容量の電力変圧器では、密封された油タンクが設けられ、変圧器油が満たされています。変圧器の巻線とコアは油に浸漬され、より良い放熱が達成されます。絶縁ブッシングを使用して巻線を引き出し、外部回路に接続します。変圧器は主に以下の部品から構成されています：電圧調整装置、本体、出力端子装置、油タンク、保護装置、冷却装置。電圧調整装置は負荷時と非負荷時のタップチェンジャーに分けられ、基本的にタップスイッチの一種です；本体はリード、コア、絶縁構造、巻線から構成されます；出力端子装置には低電圧と高電圧のブッシングが含まれます；油タンクはアクセサリー（油サンプリングバルブ、銘板、排水バルブ、接地ボルト、車輪を含む）と主タンク体（タンク底、壁、カバーを含む）からなります；保護装置には乾燥剤呼吸器、ガスリレー、エキスパンションタンク、オイルフロートリレー、オイルレベルインジケーター、温度センサー、安全弁が含まれます；冷却装置はクーラーとラジエータから構成されます。

変圧器の騒音と軽減対策
変圧器は運転中にしばしば音を発生させますが、主に電磁力による本体の振動や磁場下でのシリコン鋼板の磁縮現象、ファンや冷却システムのブロワーによるノイズが原因です。人間の聴覚系は特定の振動周波数内でのみ音を感知できます；周波数が16 Hzから2000 Hzの間であれば聞こえます。これ以上の超音波やこれ以下の次音波は感知できません。ノイズはコアから空気、巻線、クランプ構造へと伝播します—これが電力変圧器のノイズの主要な伝播経路です。コアのシリコン鋼板の磁束密度を低下させ、磁縮現象を最小限に抑えることでノイズを軽減できます。しかし、磁束密度を下げるとコアサイズとシリコン鋼板の枚数が増え、コストが上昇します。コストを増やさずにノイズを軽減するためには、ダンピング部品を追加することが効果的です。例えば、低電圧巻線とコアの間にゴム製のフィットするスペーサーを配置することで、巻線を締め付け、クッション性を与えることができます。このダンピング構造は、その伝播中にノイズを軽減するのに役立ちます。

変圧器の雷保護
中国では毎年多くの変圧器が落雷により損傷しています。関連当局によると、損傷した10 kV配電変圧器のうち4%～10%は雷によるものです。不適切な接地リード接続と変圧器避雷器の誤った設置が雷による損傷の主な原因です。主な問題点は次の通りです：高電圧側と低電圧側の避雷器、および変圧器の中性点の別々の接地；リードが長すぎたり、接地導体の断面積が小さすぎる場合；低電圧側に避雷器がない場合；高電圧側の避雷器の支持構造を接地導体として使用している場合；避雷器に対する予防試験が行われていない場合。

変圧器の故障
変圧器において以下のような変化が起こった場合、その実際の運転状況に基づいて故障分析を行うことができます：事故による停電や出力短絡などの現象が発生したがまだ分解されていない場合；運転中に異常現象が発生し、オペレータが変圧器を停止して検査またはテストを行わなければならない場合；予防試験、メンテナンス受入、または通常の停電条件での試運転時に、一つ以上のパラメータ値が標準限界を超えた場合。これらのいずれかの状況が実際に発生した場合、変圧器は直ちに関連する検査とテストを受けるべきです。

故障の存在を判断する手順：

• まず、故障の可能性を確認し、それが明らか（見える）故障か隠れた（潜在的な）故障かを判断します。

• 次に、故障の性質を特定します—油に関する故障か固体絶縁故障か、熱故障か電気故障か。

• 第三に、故障パワー、飽和によるリレー動作までの時間、深刻度、進行傾向、ホットスポット温度、油中のガス飽和度などが、故障の存在を判断する一般的な指標です。

• 第四に、適切な方法で事象に対処します。事象後でも変圧器が運転できる場合は、運転中に安全措置と監視方法の調整が必要かどうか、内部検査または修理が必要かどうかを決定します。

変圧器の故障には様々な原因があり、複数の方法で分類できます。例えば、回路タイプによっては油回路故障、磁気回路故障、電気回路故障に分類できます。現在、最も頻繁かつ深刻な変圧器の故障は出力短絡で、これにより放電故障も引き起こされることがあります。変圧器の短絡故障とは、変圧器内の相間短絡、リードまたは巻線の接地故障、出力短絡を指します。

このような故障により多くの事故が発生しています。例えば、変圧器の低電圧出力で短絡が発生すると、影響を受けた巻線の交換が必要になることが多いです；重度の場合、すべての巻線の交換が必要になり、大きな経済的損失と結果を招きます。変圧器の短絡は真剣に考慮すべきです。例えば、変圧器（110 kV、31.5 MVA、モデルSFS2E8-31500/110）で短絡事故が発生し、主変圧器の三側スイッチのトリップと重ガス保護の起動が伴いました。

変圧器を工場に戻して修理した後、フード取り外し時の検査で次のように判明しました：基礎と上部コアの両方に錆（事故時の雨による）；C相の中間電圧巻線の重度の変形、C相の高電圧巻線の崩壊、クリンプレートのずれによる低電圧と中間電圧巻線間の短絡；B相の中間電圧および低電圧巻線の重度の変形；C相の低電圧巻線の二箇所での焼け切り；巻線間の多数の微細な銅粒子と銅ビーズ。主な原因は次の通りでした：絶縁構造の絶縁強度不足；クリンプレートの位置ずれ、パッドの欠如、ゆるいずれ；巻線の緩み。

放電は主に変圧器の絶縁を損傷します。これは二つの側面で現れます：第一に、放電によって生成される活性ガス—塩素酸化物、オゾン、熱—は一定の条件下で化学反応を引き起こし、局所的な絶縁腐食、誘電損失の増加、最終的には熱破壊を引き起こします。第二に、放電粒子が直接絶縁を衝突し、局所的な絶縁損傷を引き起こし、徐々に拡大して最終的に破壊します。

例えば、変圧器（63 MVA、220 kV）で1.5倍電圧での放電が発生し、聞き取れる放電音と最大4000～5000 pCの放電レベルが観測されました。巻線間試験電圧を1.0倍に下げ、ライン末端試験法を1.5倍電圧サポートに変更すると、放電音がなくなり、放電レベルが急激に1000 pC以下に低下しました。分解検査では、絶縁角環沿いに樹状の放電痕跡が見つかり、主に絶縁材料の品質不良が原因でした。

固体絶縁表面に部分放電が発生した場合、特に電場強度の法線成分と接線成分が存在する場合、最も深刻な事故が発生します。絶縁材料が不良である場所や電場が集中している場所—例えば巻線間、高電圧巻線の静電シールドリード間、相間障壁間、高電圧リード—で部分放電故障が発生する可能性があります。

変圧器は電子回路や電力システムで広く使用される電気機器です。電力利用、分配、送電における重要な設備であり、不可欠な役割を果たしています。そのため、実際の応用では変圧器にさらに注意を払う必要があります。