SF6サーキットブレーカーの故障分析と処理方法に関する研究

変電所システムにおいて、高圧遮断機は電力供給を切断する装置であり、その中でもSF₆遮断機が最も一般的です。このような遮断機はSF₆ガスを主な絶縁媒体として使用します。アークエネルギーの作用により、SF₆圧縮ガスが形成され、瞬時にアークを消去し、定格電流と故障電流の遮断を達成し、電力供給線路や電気設備を損傷から保護します。システムには完全な操作システムが装備されており、開閉操作を通じて遮断機を制御でき、強力な機能性を持っています。

SF₆遮断機は変電所の正常運転に不可欠です。SF₆遮断機に故障が発生すると、各変電所システムの運転に直接影響を与えます。これはSF₆遮断機のメンテナンスと保護作業の重要性を示しています。このような環境下で、SF₆遮断機の故障分析と処理方法を探求することは重要な実践的な意義があります。

1 SF₆遮断機の一般的な故障の分析
1.1 SF₆ガス圧力不足

SF₆遮断機の実際の運転中にSF₆ガス圧力不足の状況が起こることがあります。この故障が発生すると、SF₆圧力計上の圧力値が定格圧力値よりも低くなります。リモートコントロールでは、バックグラウンド管理システムが警報を発し、管理者にSF₆ガス圧力が低いことを通知します。

この現象は主に、SF₆遮断機が配置されている地域の周囲温度が低いこと、またはSF₆システムにガス漏れがあること、または圧力計の読み取りが誤っていることにより、SF₆密度リレーが故障し、それが原因でSF₆ガス圧力が不足し、SF₆遮断機の故障につながります。

1.2 SF₆遮断機の開閉失敗

SF₆遮断機の運転中に手動操作で開閉命令が出された後、SF₆遮断機が反応しないことで、SF₆遮断機の開閉失敗が発生します。

この故障問題の根本的な原因は主に3つあります。第一に、バネエネルギーストアシステムが故障し、SF₆遮断機の開閉動作に必要なエネルギーとパワーを提供できません。第二に、制御回路がブロックされ、開閉命令の伝送が阻害されます。第三に、メカニカルリンク機構に故障があり、命令が伝送されても、メカニカル部品の故障や損傷により命令が完了できません。

1.3 SF₆遮断機の誤開放障害

誤開放障害はSF₆遮断機の一般的な故障の一つです。これは主に、操作命令がないのにSF₆遮断機が自動的に開放し、SF₆遮断機が制御不能になり、変電所の正常運転に影響を与える状況を指します。

この故障現象の主な原因は人為的な誤操作や偶然の接触です。また、外部からの機械的な振動による誤開放も考えられます。電気的な故障もSF₆遮断機の自動開放につながり、主に誤った保護動作や設定値の誤りによるものです。直流システムの二点接地時、正負の電源が接続されると、リレープロテクション信号が送受信され、誤動作を引き起こします。さらに、閉鎖ブラケットの支持不良や位置決めねじのずれなどの機械的な故障もSF₆遮断機の誤開放障害を引き起こす可能性があります。

1.4 SF₆遮断機の誤閉鎖障害

誤閉鎖障害はSF₆遮断機の一般的な故障の一つです。これは操作命令がないのにSF₆遮断機が自動的に閉鎖し、SF₆遮断機が制御不能になり、変電所の正常運転に影響を与える状況を指します。

この故障現象の主な原因は、直流回路内の正負の接触点が接続されずに同時に接地され、閉鎖制御回路が形成されることで閉鎖障害が発生すること、閉鎖接触器コイルの抵抗が小さく、起動電圧が低下し、直流システム内で瞬間的なパルスが発生し、閉鎖障害が発生すること、および開放ラッチサポートの損傷もSF₆遮断機の誤閉鎖障害を引き起こす可能性があります。

2 SF₆遮断機の故障処理方法
2.1 SF₆ガス圧力不足の故障処理方法

SF₆ガス圧力不足の故障が発生した場合、メンテナンス担当者はまず定期的にSF₆遮断機の圧力計の値を記録し、標準温度での圧力値に換算して、SF₆遮断機内のガス圧力が正常かどうかを確認します。圧力が継続的に低下する場合は、SF₆遮断機のガス漏れと診断されます。

SF₆遮断機を定格圧力まで充填した後、圧力計の変化を観察します。SF₆リーク検出器を使用してSF₆遮断機のすべての部分をチェックし、接続部、シールゴムリング、圧力計ジョイントの位置を含めます。実際の状況に応じて、疑わしい漏れ部位に石鹸水を塗布して漏れ位置を特定することができます。

漏れ処理中は、漏れ部位に対して修理溶接を行います。各部品の使用状況に応じて漏れや損傷した部品を交換します。実際には、密度リレーの故障もシステムに低圧警報を発する原因となるため、メンテナンス担当者は密度リレーをさらにチェックし、特にインジケーターライトとスイッチ部品について、スイッチの接着やショートを排除し、故障したリレーをタイムリーに交換して故障を解消します。

2.2 SF₆遮断機の開閉失敗の故障処理方法

SF₆遮断機の開閉失敗の場合、具体的な故障原因に基づいて故障を排除します。

バネエネルギーストアシステムの故障によりSF₆遮断機の開閉失敗が発生した場合、メンテナンス担当者はバネエネルギーストアシステムの補助スイッチとエネルギーストアモーターの動作をチェックし、外表面に焼けた跡のある部品をタイムリーに交換します。外観が正常な場合、モーターの配線を取り外し、エネルギーストアモーターと補助スイッチの抵抗が正常に動作するかテストします。閉鎖後にエネルギーストアが正常であってもモーターが継続的に動作する場合は、湿気による接着や接触の焼けなどで補助スイッチがタイムリーに回路を切ることができないことが原因でSF₆遮断機の故障が発生していると判断します。メンテナンス担当者はエネルギーストアの電源スイッチを手動で切り、モーターの長時間動作による部品の焼けを防ぎ、補助スイッチを交換し、全装置が湿気や浸水の影響を受けているかどうかをチェックし、タイムリーに防水・防湿対策を講じてSF₆遮断機の故障再発を防止します。

制御回路のブロックによりSF₆遮断機の開閉失敗が発生した場合、メンテナンス担当者はまず遮断機の開閉コイルの動作状態をチェックし、制御ワイヤーが切れていなかったか、端子や補助スイッチノードの緩みや断線がないかを確認します。まず、メンテナンス担当者は開閉コイルが過熱や焼けしていないかチェックし、破損した開閉コイルをタイムリーに交換します。次に、SF₆遮断機の配線図に基づいてマルチメータを使用して遮断機回路の導通をチェックし、タイムリーにワイヤーの断線や接続の緩みを排除してロック回路が正常であることを確認します。異常が発生した場合、すぐに故障点を特定し、故障を排除できます。

メカニカルリンク機構の故障によりSF₆遮断機の開閉失敗が発生した場合、メンテナンス担当者はSF₆遮断機の使用を停止し、上級リーダーにメカニカル故障を報告します。一般的に、メカニカル故障には機構の詰まり、開放ラッチの緩み、伝送連結ロッドの脱落などが含まれます。メンテナンス担当者はメカニカル故障部品を分解し、工場の取扱説明書に基づいて元のメカニカル部品を元の位置に戻し、破損したメカニカル部品を交換し、部品の塵埃を掃除し、適切な潤滑油を添加して機構の詰まりを解消し、故障を排除します。

2.3 SF₆遮断機の誤開放障害の処理方法

人為的な誤操作や偶発的な接触により発生した誤開放障害の場合、メンテナンス担当者はまずSF₆遮断機の信号表示をチェックし、スイッチの故障を排除し、SF₆遮断機を再起動して電力を供給します。電気的な故障により発生した誤開放障害の場合、メンテナンス担当者はまずSF₆遮断機の信号と設定値をチェックし、故障点を見つけ、故障の原因を分析し、タイムリーに故障部品を排除・修復します。密封不良により湿気の影響を受けた部品については、密封部品を交換し、加熱装置を設置して防湿・除湿を行い、故障問題を解消します。メカニカル故障により発生した誤開放障害の場合、メンテナンス担当者はメカニカル部品を分解し、位置決めねじの位置を再調整し、閉鎖ブラケットを交換または修理し、誤開放障害を解消し、SF₆遮断機の正常運転を確保します。

2.4 SF₆遮断機の誤閉鎖障害の処理方法

SF₆遮断機の誤閉鎖障害の処理において、メンテナンス担当者はSF₆遮断機の誤閉鎖障害の主な原因を明確にし、対象的な処理方法を採用して故障を排除します。メンテナンス担当者は定期的にSF₆遮断機の各部品の防湿状況をチェックします。直流回路内の正負の接触点が同時に接地され、二次回路の湿気が原因であると判断された場合は、湿気の影響を受けた部分に防湿・除湿装置を設置し、浸水孔をタイムリーに塞いで故障を解消します。同時に、メンテナンス担当者はすべての二次回路をチェックし、不良または破損した部品をタイムリーに交換して故障を排除します。さらに、メンテナンス担当者は開放ラッチ部品をチェックし、破損した開放ラッチ部品を交換して故障を排除します。

3 事例分析
3.1 故障現象

2007年から運用が始まったLW15-252型SF₆遮断機において、遮断機がトリップした後、ラッチが依然としてオーバーポジションにあり、ラッチと閉鎖トリガーとの間に約10mmの異常な隙間があり、接触が異常でした。しかし、閉鎖パルス電源が供給されると、コイルとトリガーは正常に動作しましたが、ラッチは依然として閉鎖のために解放されませんでした。手動でラッチを解放しても、スイッチはまだ閉鎖できませんでした。

3.2 故障分析

この遮断機の運転データ記録を分析した結果、運転中に遮断機は132回の電流遮断を行っていたことがわかりました。電流遮断時には大量の熱が発生し、高温のアークにより化学反応物質の蓄積が促進されます。特に大電流の遮断時には触媒効果が形成され、内部物質の化学反応が加速され、大量の粉塵が生成されます。

したがって、この遮断機の故障の初期診断は、電流遮断によって生成されたアーク分解物が密閉環境内のシリコングリースと化学反応を起こし、SiF₄やSi(CH₃)₂F₂などの大量の物質を形成したことによるものとされています。固化した物質がブレーキシールロッドに滞留し、ブレーキシールロッドの伝送を妨げ、詰まり現象を引き起こし、SF₆遮断機の閉鎖失敗を引き起こしました。

3.3 故障排除

メンテナンス担当者は故障した遮断機本体を分解しました。外部検査では、ブレーキシールロッドが明らかに汚れ、ブレーキシールシステム内のシールリングに大量のシリコングリースが付着し、ブレーキシールロッドの表面に付着して、伝送過程でのブレーキシールロッドとシールリングの間の摩擦を増加させ、ブレーキシールロッドが正常に伝送できず、詰まりが発生していました。ブレーキシステムの部品を交換しても根本的な解決には至らず、症状だけを治すものでした。

内部検査では、スイッチ本体を分解し、消弧室セラミックブッシングの内壁、ブレーキシールロッド、絶縁引き棒に大量の灰色の粉末が付着していることがわかりました。これらの粉末は主に高温アーク下で形成されるSiF₄やSi(CH₃)₂F₂などの固化物です。一定量蓄積されると絶縁破壊事故を引き起こす可能性があります。

4 結論

以上のように、日常管理において管理者はSF₆遮断機の一般的な故障に精通し、実用的な解決策を開発する必要があります。故障が発生した場合、すぐに故障点を特定し、故障を排除することで潜在的な危険を除去し、停電時間を短縮し、順不同トリップの発生を防ぎ、変電所の電力供給の安全性と安定性を向上させることが可能です。

したがって、ブレーキシステムの部品を交換するだけでなく、メンテナンス担当者はシール部品と消弧部品も交換し、消弧室内の塵埃を清掃する必要があります。故障が排除された後、遮断機は再起動され、正常に動作しました。