大規模水力発電機組の高圧リアクターにおけるガス濃度分析

1.高電圧リアクターのガス生成と分析原理

高電圧リアクターは、絶縁油と絶縁紙を使用して絶縁しています。正常な運転中に局所的な過熱や放電（例：鉄心/巻線の問題、ターン間ショート）が発生すると、絶縁クラックが生じて炭化水素（メタンなど）、CO、CO₂、H₂)などのガスが生成されます。これらのガスは内部絶縁状態を反映し、リアルタイム監視が可能です。

密閉型充油リアクターでは、絶縁の劣化と油の酸化により(CO)/(CO₂)が継続的に生成されます。蓄積により濃度が時間とともに上昇するため、純粋な(CO)/(CO₂)の増加だけでは故障を判断できません。しかし、ガス生成速度（平均日間ガス生成量）は正常な劣化と故障を区別するのに役立ちます：

ここで：γ_a = 絶対ガス生成速度 (mL/d); (C_i,2)/(C_i,1) = 第二回/第一回サンプリング時のガス濃度 (μL/L); Δ_t = 実際の運転間隔 (d); m = 全油量 (t); ρ = 油密度 (t/m³)。

1.2 高電圧リアクターのガス濃度分析方法

定期的な油クロマトグラフィー試験により、長期にわたって油-ガス濃度を追跡し、絶縁の劣化/悪化を示します。三相リアクターのデータを科学的に分析します。連続的な監視とガス生成速度の計算により、絶縁状態を正確に特定し、故障を事前に警告することができます。

2. 実際のケース

ある発電所の高電圧リアクター（型番：BKD - 16700/550 - 66）の定期点検中に、COの三相濃度は1089.08 μL/L (A)、1152.71 μL/L (B)、1338.24 μL/L (C)でした。CO₂の三相データは4955.73 μL/L (A)、5431.25 μL/L (B)、6736.33 μL/L (C)でした。いくつかの値が警報閾値（CO: 850 μL/L; CO₂: 5000 μL/L）を超えていました。通常の紙絶縁の劣化と故障によるクラックの両方がCO/CO₂を生成します。固体絶縁の劣化は油中の溶解CO/CO₂に反映されますが、明確な境界やパターンはありません。これらの警報レベルの濃度が正常かどうかを判断するために、過去の溶解ガス試験報告書を分析し、ガス生成の傾向を確認し、リアクターの現在の状態を評価しました。

2.1 リアクター油中のCO & CO₂生成速度分析

COの年間絶対生成速度は表1に、傾向は図1に示されています。CO₂の年間生成速度は表2に、傾向は図2に示されています。

2.2 ある発電所の高電圧リアクターの油中のガス増加比の分析

DL/T722標準の第10.3節で示されているCOとCO₂の判断基準によると、設備の固体絶縁材料の劣化を疑う場合、一般的にはCO2/CO > 7であり、故障が固体絶縁材料に関与していると疑われる場合はCO₂/CO < 3です。

長年のデータに対して計算を行った結果、3未満または7以上のものはなく、成長トレンドに急激な変化はありませんでした。これは、固体材料に関与する故障や劣化がないことを示しています。CO₂/COガスのオフラインデータの比率の曲線は図3に示されています。

変圧器油中の溶解ガスの解析と判断ガイドライン(DL/T722)に基づいて、長年にわたるCO₂とCOの増加率およびガス生成速度は、標準範囲内に維持されています。固体絶縁の故障や劣化現象は発生していません（CO₂の絶対ガス生成速度の基準は200 mL/d、COの基準は100 mL/d）。

2.3 データ分析

• ガス含有量のトレンド
  運転開始以来、リアクター内のCO/CO₂は全体的に上昇傾向にあります。変動は測定誤差や温度変化によるもので、急激なスパイクは発生せず、ガス生成曲線の勾配は安定しています。

• CO生成速度
  年間絶対CO生成速度（運転開始以来6〜22 mL/d）は「減少→増加→減少→増加」のパターンを示し、徐々に平坦化しています。DL/T722によれば、速度は100 mL/dの警報値以下に留まっています。COの低溶解性と温度による揮発性（持続的な増加なし）から、故障は存在しません。

• CO₂生成速度
  年間絶対CO₂生成速度（運転開始以来40〜100 mL/d）は年々減少し、平坦化の傾向にあります。DL/T722 - 2014によれば、速度は200 mL/dの警報値以下に留まっています。初期の高い生成量は正常運転に一致し、持続的な増加（温度による揮発性）がないことから、故障は存在しません。

• CO₂/CO比率
  オフラインCO₂/CO比率（運転開始以来4〜7）はDL/T722 - 2014（10.2.3.1：固体絶縁の故障にはCO₂/COの増加を用いる）に一致しています。年間増加率（4〜6、図3）は3〜7の範囲内に留まり、固体絶縁の故障や劣化は存在しません。

• 高電圧絶縁
  最新の試験結果は以下の通りです：

• 絶縁抵抗 &ge; 200 G&Omega;;

• 巻線tan&delta; < 0.6 (&le;歴史的値の30%増加); 電容量の変化 &le; 3%;

• 直流抵抗の差：三相平均の<2%（中性リードなしの場合：平均の<1%）; 歴史的値との比較で&le;2%。

すべてのデータはDL/T 596 - 2021の要件を満たしています。

5年以上（油ろ過なし）の間、CO/CO₂濃度は閉鎖環境での蓄積と高い動作温度（最大66&deg;C）により急速に上昇しました。これは油と絶縁の酸化/クラックを加速しましたが、内部故障や絶縁の劣化は存在しません。

3. 提案

特徴的なガスの分析により、故障や劣化を特定し、対象的なメンテナンスを行うことで、電力網の安定性を確保できます。長期的なリアクターの運用・保守には以下の提案があります：

• リアクター本体や油貯蔵槽のシールをチェックし、ガス含有量の緩やかな増加に対応します。必要に応じて交換します。

• 油サンプルクロマトグラフィーを強化し、フーフラール/窒素-酸素含量（ろ過前）を測定して油と紙の酸化を評価します。

• 油ろ過を行い、ろ過後のサンプルを追跡します。

• 過負荷、短期間の電流急増、異常な油温の急上昇を監視します。