電力変圧器の縦差動保護の運転中に遭遇する一般的な故障は何ですか

トランスの縦差動保護：一般的な問題と解決策

トランスの縦差動保護は、すべてのコンポーネント差動保護の中で最も複雑です。運転中に誤動作が時々発生します。1997年の華北電力網の統計によると、220 kV以上のトランスで18回の誤動作があり、そのうち5回が縦差動保護によるもので、約3分の1を占めています。誤動作や動作不良の原因には、運転、メンテナンス、管理に関連する問題、ならびに製造、設置、設計上の問題があります。この記事では、一般的な現場での問題と実用的な対策方法を分析します。

1. トランスのインラッシュ電流によるアンバランス電流

通常運転中、励磁電流は供給側だけで流れ、差動保護にアンバランス電流を生じさせます。通常、励磁電流は定格電流の3%〜8%であり、大型トランスでは通常1%未満です。外部障害時には、電圧降下により励磁電流が減少し、その影響が最小限に抑えられます。しかし、無負荷トランスの通電時や外部障害後の電圧回復時には、定格電流の6〜8倍に達する大きなインラッシュ電流が発生することがあります。

このインラッシュには、主に非周期成分と高次高調波（主に二次高調波）が含まれており、電流波形の不連続性（死角）を示します。

縦差動保護における対策方法：

(1) 高速飽和電流変換器を備えたBCH型リレー：
外部障害時には、非周期成分が高いため、高速飽和変換器のコアが急速に飽和し、アンバランス電流がリレーコイルに伝わることを防ぎ、誤動作を避けることができます。内部障害時には、初期には非周期成分が存在しますが、約2サイクル後に消失し、その後は周期的な障害電流のみが流れ、感度の高いリレー動作が可能になります。

(2) 二次高調波制御を使用するマイクロプロセッサベースのリレー：
ほとんどの現代のデジタルリレーは、二次高調波ブロックを使用してインラッシュと内部障害を区別します。外部障害クリアランス時の誤動作がある場合：

• 相ごとの（「AND」）制御から最大相（「OR」）制御モードに切り替え。

• 二次高調波制御比を10%〜12%に減らす。

• 障害クリアランス後に五次高調波成分も高い大容量システムでは、五次高調波制御を追加する。

• 双方向差動保護を装備したトランスでは、波形対称性原理を使用してインラッシュを識別することを検討する—この方法は単独の高調波制御よりも感度が高く信頼性が高い。

2. CT二次回路の配線誤り

誤動作の繰り返される原因の一つは、電流変換器（CT）二次端子の極性逆転です。これは、教育不足、設計図からの逸脱、または不十分な試験チェックによるものです。

予防措置：
新しい設置後、定期的な試験後、または二次回路の変更後に縦差動保護を運用する前に、トランスを負荷状態にして以下のチェックを行う必要があります：

• 差動ループのアンバランス電圧を高インピーダンスボルトメーターで測定し、規格の範囲内であることを確認する。

• すべての側の二次電流の大きさと位相角を測定する。

• 六角ベクトル図を作成し、同じ相の電流のベクトル和がゼロまたはほぼゼロであることを確認して、正しい配線を確認する。

これらの確認が完了した後、保護を正式に運用するべきです。

3. 二次回路の接触不良またはオープン回路

CT二次回路の接続不良やオープン回路による誤動作は毎年発生しています。

推奨事項：

• 運転中の差動電流のリアルタイム監視を強化する。

• リレー設置/試験後または大型トランスの大規模オーバーホール後、すべてのCT二次接続を点検する。

• 端子ねじを締め、バネワッシャーや防振クリップを使用する。

• 重要な用途では、差動二次配線に二重ケーブルを使用してオープン回路リスクを軽減する。

4. 差動保護二次回路の接地問題

いくつかのサイトでは、保護盤と開閉所端子箱にそれぞれ接地ポイントを持つことで事故防止措置に違反しています。特に雷や近くの溶接時に、接地電位差が誘導され、偽の差動電流が発生し、誤動作を引き起こす可能性があります。

解決策：
一点接地を厳格に実施する。唯一の信頼できる接地点は保護盤内に設置すべきです。

5. CT二次ケーブルの絶縁劣化

CT二次ケーブルの絶縁故障—しばしば不良な施工手法によるもの—もまた誤動作の一因です。一般的な原因には以下があります：

• ケーブル敷設時のケーブルシースの損傷、

• 長さが不足している場合の二つのケーブルの継ぎ手、

• ケーブルが入っているままケーブル導管を溶接し、熱的損傷を与える。

これらは保護の信頼性に対する隠れたリスクを生み出します。

予防措置：

• 主要設備のメンテナンス時に、各芯間および芯対地間の絶縁抵抗を1000 Vメガオームメーターで定期的に試験し、規格要件を満たすこと。

• 端子の露出したワイヤ端部を可能な限り短く保ち、振動による偶発的な接地または相間ショートを防ぐ。

6. 縦差動保護用の電流変換器の選択

差動保護には異なる電圧レベルのCTが使用され、比率やモデルが異なり、一時特性の不一致が誤動作や動作不良の潜在的な原因となります。

• 500 kV側：一時性能クラス（TPクラス）のCTを使用し、ギャップコアにより残留磁束が飽和磁束の10%未満に制限され、一時応答が大幅に改善されます。

• 220 kV以下：通常、PクラスのCTを使用し、これがエアギャップを持たず、残留磁束が高く、一時性能が劣ります。

選択ガイドライン：TPクラスのCTは優れた技術性能を提供しますが、コストが高く、特に低電圧側では密閉バスダクトへの設置が困難です。したがって、特別なシステム要件がない限り、PクラスのCTが実際の運用ニーズを満たす場合は、不要なコストと設置の難しさを避けるためにPクラスのCTを選択することが望ましいです。

さらに、二次ケーブルの断面積は十分である必要があります：

• 長距離ケーブルでは、負荷を最小限に抑え、精度を確保するために、≧4 mm²の導体サイズを使用する。