高圧SF6サーキットブレーカーの運用保守における主要ポイントの簡単な分析

1 概要

正常条件下、回路遮断器は動作モードに応じて回路を接続または切断することができます。障害が発生した場合、二次保護信号に基づいて故障装置を迅速に切断したり、一時的な障害が解消された後で回路を接続して電力供給を復旧させることができます。そのため、制御と保護の両方の機能を持っています。現在、平頂山地域には100以上の変電所があります。各変電所では、各送電線、各受電側、および二重母線の接続に回路遮断器が必要です。高圧SF₆回路遮断器は、遮断能力が強力で、動作速度が速く、メンテナンスが容易で、安定性が高いなどの利点により、110 kVおよび220 kVの変電所で広く使用されています。

高圧回路遮断器は主に動触点、静触点、消弧室、導電部から構成されています。動触点と静触点は消弧室内に配置され、電流を遮断するために使用されます。静触点は固定され、動触点は操作機構によって駆動されて、回路遮断器が開閉操作を完了します。操作機構は伝達機構と絶縁引き棒を通じて動触点に接続されています。

現在、一般的に使用されている高圧SF₆回路遮断器の性能は比較的完全ですが、電力網の変化、外部環境、内部要因などにより、運転中に障害が発生する可能性があります。本稿では、220 kV変電所で使用される高圧SF₆回路遮断器を例に、その運転中の一般的な問題と対応策について簡単に説明します。

2 既存の問題の分析と運用・保守の要点

高圧SF₆回路遮断器の操作機構、伝達機構、消弧部、導電部などの複数の部品は、運転中に様々な障害が発生しやすいです。過去の平頂山地域の変電所の運転では、以下の事象が発生しています：

• SF₆ガス漏れにより高圧SF₆回路遮断器が強制的に停止した。

• 油圧機構の深刻な油漏れによりロックアウトが発生したり、バネ機構の異常によりエネルギー蓄積が失敗し、高圧SF₆回路遮断器が正常に電流を遮断できなくなった。

• 制御回路の断線など機構自体の問題により、回路遮断器が開閉要求を満たせなくなった。

• 磁器絶縁子の破損により高圧SF₆回路遮断器が損傷した。

• 導電問題による過熱により、高圧SF₆回路遮断器が正常に動作できなくなった。

• 外部環境の影響や絶縁部の損傷により、回路遮断器が不同程度の損傷を受け、正常な運転を維持できなくなった。

これらの問題は、高圧SF₆回路遮断器に不同程度の損傷を与え、正常な運転に影響を与える可能性があります。日常の点検と保守では、これらの高圧SF₆回路遮断器の部品に注意を払って点検することで、電力システムの供給信頼性を向上させることが重要です。以下では、上記の問題について個別に分析します。

2.1 消弧部

高圧SF₆回路遮断器は、電流ゼロクロス時のアーク再燃を効果的に防ぐため、十分な消弧能力と絶縁回復強度を持つ必要があります。高圧SF₆回路遮断器の消弧過程は消弧室内で行われ、主に動主触点、静主触点、動消弧触点、静消弧触点、大噴嘴、小噴嘴、圧縮シリンダー、ピストンから構成されています。具体的には：

• 主触点は、回路遮断器が正常に動作している間、電流を通過させます。

• 消弧触点は主触点と並列に接続され、その接触行程は主触点よりも大きいです。電流遮断または閉合時にすべてのアーク侵食を耐え、主触点の損傷を防ぎます。

• 噴嘴はジェットガスの流れ方向と速度を制限し、最適な消弧効果を達成します。

• ピストンは動触点が移動するときに圧縮シリンダー内のガスを圧縮し、シリンダー内のガス圧力を増加させて最適な消弧ガス圧に達します。

運転中、SF₆ガス漏れは回路遮断器の安定した運転に直接影響します。ガス圧力が閾値を下回ると、回路遮断器は低圧警報を発生させたり、ロックアウトされることがあります。この場合、障害が発生し、停電範囲が拡大する可能性があります。

2.2 機械部

高圧SF₆回路遮断器の機械性能は、その消弧能力を直接決定し、開閉速度と時間を影響します。機械部は概ね操作機構と伝達機構に分けられます。回路遮断器の故障に関する統計データによれば、中国の回路遮断器の故障の63.2%は操作機構によるものです。

平頂山地域の110 kV以上の変電所で使用されるSF₆回路遮断器の操作機構は、概ね油圧機構とバネ機構に分けられます。バネ機構は、機械構造が単純で、メンテナンスが容易、応答速度が速く、環境に優しく、コストが低いなどの利点により広く使用されています。しかし、運用時間が長くなるにつれて、バネの弾性は弱まります。開閉バネがエネルギーを蓄積できなくなることで、障害電流を切断できない状況や、再閉合時に閉合バネがエネルギーを蓄積できずに再閉合が失敗する状況が発生することがあります。

油圧機構は、より高い信頼性、安全性、長寿命という利点があります。油圧が閾値を下回ると、ゼロ圧ロックアウトが作動して、圧力低下による遅延開閉を避けることができます。制御システムはモーターを起動して圧力を上昇させ、設定時間後にタイマーリレーが制御回路を切断して圧力上昇を停止します。

また、連結棒、クランクアーム、回転軸などの伝達機構は、開閉過程で重要な役割を果たします。開閉信号を受け取ると、開閉バネがエネルギーを放出し、連結棒やクランクアームなどの伝達機構を通じて触点が開閉タスクを完了します。連結棒、クランクアーム、または回転軸が変形または亀裂が入ると、回路遮断器の開閉時の正常な伝達に影響します。

2.3 運用環境

屋外型SF₆回路遮断器は、運転中に運用環境の変化の影響にも注意を払う必要があります。例えば、強風条件下では、リード線が大きく揺れたり、異物が絡まったりする可能性があります。雷が電力網や接地システムに直撃すると、過電圧サージが発生し、回路遮断器がトリップする可能性があります。雨や雪の条件では、回路遮断器の表面が湿気を帯び、コロナ放電が発生する可能性があります。表面が汚染されている場合、より深刻な汚染フラッシュオーバーが発生する可能性があります。雪や氷が付着すると、接合部が過熱する可能性があります。温度が急激に変化すると、回路遮断器の油レベルとガス圧力も急激に変化し、絶縁性能が低下し、開閉速度に影響を与える可能性があります。

2.4 絶縁部

絶縁部は設備を空気から隔離する役割を果たします。一般的に使用される絶縁材料には、磁器絶縁子、複合絶縁子、シリコンゴム絶縁子があります。現在、平頂山地域のSF₆回路遮断器の外部絶縁は主に磁器製です。

運転中に、磁器絶縁子の絶縁性能は、自身の品質が悪かったり、設置が不適切だったり、温度の急激な変化や過電圧サージが大きすぎたりするなどの要因により、著しく低下したり、失われたりすることがあります。高圧SF₆回路遮断器の外部絶縁が設置時に均等にストレスがかからない場合、長期運用中に外部絶縁の損傷が悪化し、極端な場合には磁器表面に亀裂や破損が発生する可能性があります。

さらに、外部温度の急激な変化は、絶縁材料の曲げ強度と引張強度を大幅に低下させる可能性があります。この時点で機械的な力が加わると、絶縁部が損傷したり、穿孔したりする可能性があります。外部絶縁が過電圧にさらされると、部分放電が発生する可能性があります。絶縁表面に塵や汚れがあり、環境が湿っている場合、高電圧電界の作用により汚染フラッシュオーバーが発生する可能性があります。

3 対策

220 kV変電所には多くの出力線があり、それに応じて多数のSF₆回路遮断器が使用されています。上記の問題を減らすために、合理的な点検周期と保守周期を策定し、完全な欠陥処理プロセスと設備受け入れ基準を確立し、事故予防に重点を置き、完全なクローズドループ管理システムを確立する必要があります。

3.1 合理的な点検周期の策定

回路遮断器の正常な運転は、運用保守人員による日常的な点検に依存しています。合理的な点検周期を策定することで、回路遮断器の欠陥をタイムリーに検出し、欠陥が拡大して事故を引き起こすことを防ぐことができます。以下では、220 kV高圧SF₆回路遮断器の点検における注意点を簡単に説明します。

• 通常の点検は週に少なくとも1回行うべきです。これは主に回路遮断器の外観、異常音、設備の漏れ、運用環境、欠陥と潜在的な危険の追跡と点検を含みます。特に、高圧SF₆回路遮断器の圧力値と油レベルが正常範囲内にあるか確認し、圧力値を記録し、油色が正常かどうか、エネルギー蓄積が正常に行えるかどうかに注意を払うべきです。

• 総合的な点検は月に少なくとも1回行うべきです。通常の点検に基づいて、変電所の設備キャビネットを開けて点検します。回路遮断器のガス圧力値と油レベル値などの運転データを記録し、回路遮断器のキャビネットドアがしっかりと閉まっているか、穴が適切に塞がれているか、除湿装置と温度制御装置が正常に動作しているか、開閉コイルに変色、異臭、焼けた痕跡がないか、回路遮断器の操作機構と伝達機構が正常か、二次配線に過熱、緩み、断線がないかを確認します。

• 暗視点検は月に少なくとも1回行うべきです。これは夜間、照明を消して行う点椞で、リード線、接続部、クリップが過熱していないか、外部絶縁に放電がないかに重点を置いて点検します。

• 特殊な点検は、外部環境やシステムの運用モードの変化により、回路遮断器が誤動作、拒否動作、構造の変形、絶縁損傷、放電、汚染フラッシュオーバーを起こし、回路遮断器の正常な運転に影響を与えることを防ぐために行います。具体的な状況により異なる点検周期があります。

3.2 合理的な保守周期の策定

定期的な点検は問題をよりよく検出するためであり、定期的な保守は小さな欠陥が大きな事故に発展することをよりよく防ぐためです。以下は、回路遮断器のいくつかの一般的な保守項目です。

• キャビネットの保守は半年に1回行います。密封パッキン、キャビネットドアのヒンジとハンドルが損傷していないか、キャビネットが錆びていないか、接地マークが完全かどうかを確認します。

• ブロッキングの保守は月に1回行います。防火ブロッキング材を使用し、必要に応じて防火板などの絶縁材を使用して、密閉性を確保し、ブロッキング材が崩れないようにします。

• 除湿・加熱装置と照明装置の保守は四半期に1回行います。環境の変化に応じて除湿・加熱装置が正常に動作しているかを確認します。同時に、キャビネット内の照明装置が正常であるか、その接触スイッチと配線が緩んでいないかを確認します。

3.3 欠陥処理プロセスの確立

点検と保守で見つかった欠陥は記録し、その重大さに応じてタイムリーに報告する必要があります。その後、保守人員が迅速に実験と保守作業を行います。保守後、運用保守人員が設備受け入れを行い、受け入れが合格した後のみ設備を運転開始します。発見 - 記録 - 報告 - 処理 - 受け入れの全工程クローズドループ管理を通じて、設備の寿命を延ばし、事故の発生を減らし、高品質の電力をユーザーに提供することができます。

3.4 受け入れ時の注意事項

新規設置または保守後の回路遮断器は、受け入れ検査を通過してから運転開始する必要があります。受け入れ時には、回路遮断器に保守残りがなく、磁器絶縁子が清潔で損傷がないこと、SF₆ガス圧力計と油レベル計が正常であること、油圧機構またはバネ機構が正常にエネルギーを蓄積できること、キャビネットが良好に密封され、接合部が緩んだり変形していないこと、位置信号と異常警報信号が正しく動作することを確認する必要があります。

4 結論

回路遮断器の運用保守管理は動的なプロセスです。日常業務において、運用保守人員の責任感を強化し、規定に従って対応する点検と保守を行うとともに、合理的な設備のクローズドループ管理システムを策定することで、設備の正常な運転と電力網の安定した運転を確保できます。