SF6サーキットブレーカーの故障原因と対処手順の分析

SF₆遮断器では、高温環境下でSF₆ガスが有毒かつ腐食性のガスと水に分解し、絶縁層を損傷する可能性があります。この状況を防ぐためには、電気部品の保護を効果的に強化するとともに、絶縁レベルも向上させる必要があります。また、故障を分析し、対応する処置を行うべきです。

1 事例分析

変電所の110 kVスイッチが落雷により再閉鎖問題が発生しました。スイッチの外観からは異常は見られませんでしたが、遮断器の試験を行った結果、A相の電流がB相とC相よりも大幅に高かったことが分かりました。変電所の試験班のスタッフが遮断器を検査しました。検査は実験を通じて行われ、主な内容は絶縁抵抗、スイッチの動作特性、回路抵抗、および交流耐電圧試験でした。この検出方法により、スイッチ内部のアーク故障を検出し、遮断器スイッチ内のSF₆ガス成分も試験できます。この区間の遮断器は杭州のSIEMENS製で、型番は3AP1FGです。遮断器区間のスイッチを検査して得られた試験結果は以下の通りです：

• CTに接続されたスイッチの絶縁抵抗：A相は22.5 G、B相は17.4 G、C相は17.8 G。

• 遮断器スイッチの動作特性：製品の生産報告書によると、閉鎖時間は65 ms、開閉時間は18 msです。検出によって得られた結果は以下の通りです：A相の閉鎖時間は61.1 ms、開閉時間は16.8 ms；B相の閉鎖時間は61.1 ms、開閉時間は16.1 ms；C相の閉鎖時間は58.9 ms、開閉時間は16.4 ms。閉鎖同期は1.2 ms、開閉同期は0.3 ms。

• スイッチ分離器の交流耐電圧試験結果：75 kV、1分間、合格。

• スイッチ内のSF₆のガス成分試験結果：A相の二酸化硫黄は4.13 l/L、硫化水素は3.15 l/L；B相の二酸化硫黄は0 l/L、硫化水素は0 l/L；C相の二酸化硫黄は0 l/L、硫化水素は0 l/L。電気設備の予防試験規程によれば、二酸化硫黄の含有量は3 l/L未満、硫化水素の含有量は2 l/L未満であるべきです。A相スイッチのSF₆ガス成分試験結果は規定値を超えているため、試験者はこれに注意を払う必要があります。

• 遮断器スイッチの回路抵抗試験。試験規程の関連規定によれば、測定値はメーカー指定値の120%未満であるべきです。この試験には回路抵抗試験機を使用し、3回の試験で得られたデータは以下の通りです：1回目の試験結果：A相は1368 μΩ; B相は694 μΩ; C相は579 μΩ; 2回目の試験結果：A相は38 μΩ; B相は36 μΩ; C相は35 μΩ; 3回目の試験結果：A相は38 μΩ; B相は39 μΩ; C相は38 μΩ。

試験から得られたデータ情報の分析により、いくつかの特徴が明らかになります：まず、A相の試験値はB相とC相よりも大幅に高く、1000 μΩを超えるほどであり、これは正常な抵抗値を大幅に超えています。次に、3回の試験結果から、A相の試験結果は大きく異なる非常に不安定であり、3回の試験での再現性がほとんどありません。さらに、A相、B相、C相の試験結果を比較すると、値に大きな差があります。最後に、A相の試験結果は以前の試験と比較して大幅に増加しています。試験方法と得られたデータ情報の分析により、A相の遮断器の絶縁効果は良好であり、遮断器スイッチの動作特性は関連規定に適合していることが判明しました。しかし、A相スイッチのSF₆ガス成分は規定標準を大幅に超えており、回路抵抗も規定標準を超えています。したがって、分解と分析の後、遮断器の特徴は以下の通りです：まず、A相の接触部に黒い粉が付着しています。量は多くないですが、表面のバリやフズが非常に目立ちます。次に、可動接触部にアーク焼けの痕跡が見つかりました。

2 SF₆遮断器の故障とその原因

上記の事例はSF₆遮断器のスイッチの故障であり、再閉鎖問題として現れています。故障した遮断器が継続使用されると、このようなスイッチの故障は拒否動作、誤動作、絶縁故障などの深刻な問題につながります。

2.1 SF₆遮断器の拒否動作と誤動作

SF₆遮断器の拒否動作とは、開閉信号が送信された後でも遮断器が対応する動作を実行しないことを指します。誤動作とは、操作命令を受けずに遮断器が開閉動作を実行すること、または遮断器の動作が操作命令と一致しないことを指します。SF₆遮断器は「無許可トリップ」の問題も持つことがあります。つまり、保護装置が動作信号を送信していないのに、遮断器が自動的にトリップしてしまうことです。遮断器の拒否動作や誤動作の原因は、遮断器の機械的な故障、電気設備の故障、リレー保護装置の故障など、多くの要因があります。

2.2 SF₆遮断器の絶縁故障

遮断器に絶縁故障がある場合、SF₆ガスの漏洩が発生し、機械的な故障も引き起こされます。主な表現は内部絶縁のフラッシュオーバー、落雷による過電圧によるフラッシュオーバー、キャパシティブブッシングのフラッシュオーバー、外部絶縁のフラッシュオーバー、ポーセリンブッシングや絶縁棒のフラッシュオーバーです。

2.3 拒否動作と誤動作の主な原因

遮断器の拒否動作の機械的な原因は、遮断器の生産、設置、調整、または技術的メンテナンスにおいて欠陥があり、品質問題が生じるためです。このような機械的な故障による遮断器の拒否動作は、全ての遮断器の拒否動作の60％以上を占めます。電気的な理由による遮断器の故障は、二次配線の問題、開閉鉄心の詰まり、コイルの焼き切れ、開閉ループ抵抗の焼き切れ、ロックリレープロテクション装置の故障、操作電源の故障、補助スイッチの故障など、主にこれらの問題として現れます。

2.4 絶縁故障の原因

遮断器の内部絶縁故障の原因には、遮断器内部に金属物体が存在し、導通および放電故障が発生する場合、遮断器内部に浮遊電位が存在し、放電故障が発生する場合、遮断器の絶縁部品の表面沿いのフラッシュオーバー故障、絶縁部品の設計不備などが含まれます。遮断器の外部絶縁故障の原因は、ポーセリンブッシングの外部絶縁のクリープ距離が規定基準を満たしていないこと、外観上の仕様が要求を満たしていないことであり、これらはポーセリンブッシングの外部絶縁フラッシュオーバーを引き起こす可能性があります。ポーセリンブッシングの製造に品質問題があり、作業環境が汚れている場合にも絶縁フラッシュオーバーが発生します。

3 SF₆遮断器の故障処理方法
3.1 主回路抵抗の測定

遮断器のスイッチが閉鎖状態にあるとき、入線と出線間の主回路抵抗を測定します。電流は100 Aから定格電流までの任意の値です。接地スイッチの導体棒のカバーが絶縁から効果的に隔離できる場合、導体カバーの並列抵抗を測定し、導体カバーの直流抵抗も測定することができます。

3.2 遮断器の交流耐電圧試験の実施

遮断器の交流耐電圧試験を行うことで、試験対象物の欠陥を明らかにすることができます。試験対象物の動作をシミュレーションすることで、過電圧に対する耐性を理解することができます。様々な自由導電粒子の不純物を検査する際、交流電圧の感度は非常に高いです。

3.3 常時点検と実験試験の実施

遮断器の運用中に故障を避けるためには、常時点検と実験試験を行うべきです。これには、遮断器の定格動作電圧の確認とその時間特性の試験が含まれます。遮断器の機械特性をチェックする際には、すべての機械部品を検査し、操作機構の外観も検査し、開閉コイルが良好な状態であることを確認する必要があります。

3.4 分解・化学法による遮断器の試験

遮断器が正常に動作しているとき、SF₆は金属材料や有機固体材料と化学反応しません。アーク放電は触媒の役割を果たし、化学反応を引き起こします。SF₆ガスの分解生成物を検出する際には、主に二酸化硫黄、硫化水素、メタン、一酸化炭素の化学成分を検出します。ガス濃度の分析により、SF₆遮断器の潜在的な隠れた故障を判断することができます。

4 結論

結論として、SF₆遮断器は電力システムにおいてますます重要な役割を果たしています。SF₆遮断器の正常な動作を維持することは、システムの安全な運転にとって重要です。運用およびメンテナンス担当者にとっては、遮断器の性能を理解し、故障の原因を認識し、その原因に基づいて合理的な処理方法を見つけることは、電力システムの安全な運転を確保するための必要不可欠な専門スキルとなっています。