変電所のSF6遮断器におけるガス漏れの一般的な原因分析と検出対策の研究
技術の進歩と生産レベルの向上に伴い、SF₆遮断器設備の性能と品質は継続的に向上し、製品は顧客から広く認められています。しかし、その広範な応用とともに、故障の頻度も増加しています。故障の原因には設計原理、製造プロセス、材料選択などの問題が含まれます。故障原因の調査と統計によると、SF₆ガスの漏れが原因の問題は全体の20%-30%を占めています。ガス漏れ検出は電気設置段階において重要な点です。
1 主要な原因
漏れは非常に一般的な状況です。漏れ問題は、内容、温度、圧力の差異がある場所で発生します。異なる漏れ現象に対して科学的な対策を採用し、漏れの源を適時に見つける必要があります。
1.1 油圧機械の外部漏れ
様々な油圧機械では、漏れ位置や状況は異なる場合があります。一般的に、共通の漏れ位置は以下の通りです：
バルブ、シール、パッキン。三方向スイッチ、オイルドレインスイッチ、一次スイッチ、二次スイッチ、保護バルブなど。漏れの原因には、バルブコアの不適切な閉鎖、生産精度不足による接触面の不均一さ；バルブ体の砂孔、密封位置の不良、ガス放出ボルトの緩みなどがあります。
圧力計と電機子機器の接続位置。これらの接続部のシールパッキンは不均一であるか弾性を失っている可能性があり、これが漏れを引き起こす可能性があります。
メーカーが提供する動作シリンダーピストンと蓄圧器シリンダーピストンの密封面。これらの位置のシールとパッキンは動き摩擦を受けやすく、変形、劣化、または損傷しやすいです。
油圧機械の漏れの結果は非常に深刻です。小さな漏れでも設備の清潔さに影響を与え、必然的にオイルポンプの繰り返し加圧と長期間の圧力補充サイクルを引き起こします。バルブ体での大量のオイル漏れは圧力損失問題を引き起こします。油圧オイルが蓄圧器シリンダーに入ると、ガス側の圧力が継続的に上昇し、緊急修理、誤操作、設備欠陥につながり、設備の安全な運転を妨げます。
1.2 本体および接続部の外部漏れ
溶接部。大電流による溶接により、溶接部が焼け抜けることがあり、微小な漏れが発生します。一定期間経過後、漏れ量は継続的に増加します。異なる2つの材料の溶接部では、局所的なストレスが高いことから、溶接クラックが漏れを引き起こすこともあります。製造業者の製造技術の向上により、現場での設置および運転段階でのこの現象の発生確率は比較的低くなっています。
支持絶縁子とフランジの接続部。この位置は高圧であり、密封が不十分な場合、漏れが発生しやすくなります。例えば、絶縁子接合面の粗い加工、接合面の不均一さ、シールリングの不均一または不安定な結合などがあります。
パイプ接続部、密度リレー装置インターフェース、圧力計の端部、三方向ボックスの蓋など。これらの位置は最も一般的な接続部、閉鎖部、溶接部であり、密封の難易度と脆弱性が高い部位で、漏れの発生確率が高いです。
SF₆ガスの場合、どの位置の密封面も非常に清潔に保たなければなりません。そうでないと、密封面上にわずかな異物が付着しただけでも、漏れ率が0.001MPa.M1/sのオーダーまで増加し、これは設備にとって許容されません。そのため、設置前に密封面とパッキンをアルコールに浸した白布や高品質トイレットペーパーで丁寧に拭き取り、詳細な検査を行い、問題がないことを確認してから組み立てを行う必要があります。また、フランジ、ボルト穴、接続ボルトの塵を拭き取って、密封面に進入しないようにすることが重要です。特に垂直密封の設置時には注意が必要です。
2 SF₆遮断器の漏れ検出方法
2.1 液面張力法
基本的な原理は、石鹸水のような表面張力の強い液体を使用し、ガスが漏れるときに漏れ点に泡が現れます。検出方法は、SF₆遮断器の外殻と可能な漏れ点に石鹸水などの物質を塗布することです。
欠点：塗布の要求が高く、微小な漏れは検出できず、一部の位置には塗布できません。
利点：直感的です。
2.2 定性的漏れ検出
基本的な原理は、SF₆は強い負電性を持つため、パルス高電圧の影響下で連続放電効果が発生し、SF₆ガスがコロナ電界の性能を変え、現場でSF₆ガスの存在を検出します。これはSF₆遮断器設備の相対的な漏れ程度を判定するものであり、実際の漏れ率を検出するものではありません。定性的漏れ検出には以下の方法があります：
真空引き検出。真空を133Paまで引き、30分以上引き続ける。ポンプを止め、30分後に値Aを読み取り、さらに5時間後に値Bを読み取る。67Pa > B - Aであれば、密封が良好と判定できる。
発泡液検出。これは比較的簡単な定性的漏れ検出方法で、漏れ点を正確に見つけることができます。発泡液は中性石鹸を水2部に加えて作ることができます。漏れを検出したい位置に発泡液を塗布し、泡が現れればその位置で漏れが発生していることを示します。泡が多ければ多いほど、漏れが深刻です。この方法は、漏れ率が0.1ml/minの漏れ位置を概ね見つけることができます。
漏れ検出器検出。漏れ検出器検出では、漏れ検出器の探知部を遮断器の各接続部とアルミニウム鋳物の表面に沿って動かし、漏れ検出器の読み取りに基づいて漏れ状況を判断します。この方法を使用する際には、以下のテクニックを習得する必要があります：まず、探知部の移動速度は遅く、漏れを見逃さないようにする。次に、強風下での検出は行わないようにする。漏れが吹き飛ばされて検出に影響を与える可能性があるためです。最後に、高い感度と低い応答速度を持つ漏れ検出器を選択する。一般的に、漏れ検出器の最小検出量は漏れ率が10-6以下、応答速度が5秒以下が適切です。
分割定位法。この方法は、三相SF₆ガス回路接続を持つ遮断器に適しています。漏れが確定されたが位置が特定しづらい場合、SF₆ガス構造をいくつかの部分に分割して検出することで、盲目性を減らすことができます。
減圧法。これは設備の漏れ量が多い場合に適用されます。
2.3 定量的漏れ検出
これはSF₆遮断器の漏れ率を検出するもので、年間漏れ率が1%を超えないことを基準とします。具体的な方法は以下の通りです：(1) 局部包覆法：厚さ0.01cmのプラスチックフィルムを使用して、密度位置の幾何形状を1.5周包覆し、接合部を上向きにして円形または方形に形成し、接着テープで密封します[3]。プラスチックフィルムと測定対象との間に約0.05cmの隙間を作ります。包覆後、24時間後に包覆腔内のSF₆ガス濃度を検出し、異なる位置の4点の平均値を選択します。この密封過程の漏れ率は以下の式で計算できます：F=ΔC⋅(V−ΔV)⋅P/Δt(MPa⋅m3/s)
ここで：
各ガス室の年間漏れ率Fyは以下の通り計算されます：Fy=F⋅31.5×10−6/V⋅(Pr+0.1)⋅100% (年間) ここで Pr は指定されたSF₆ガス圧力(MPa)です。
上記の計算を開始する際に、以下のパラメータは決定するのが難しい場合があります：
吊り瓶検出法：絶縁子の検出孔に瓶を吊るします。数時間後に、漏れ検出器を使用して瓶内に漏れたSF₆ガスがあるかどうかを検出します。
2.4 赤外線検出
赤外線検出法は主にSF₆ガスの強い赤外線吸収性を利用しています。SF₆ガスは波長10.6umの赤外線を最も強く吸収します。一般的な赤外線検出法には、赤外線レーザー法と受動検出法があります。
レーザー赤外線検出の動作原理は、入射赤外線レーザーがレーザー送信機によって送られ、反射によりレーザーカメラ撮像プラットフォームに入射します。入射レーザーが漏れたSF₆ガスに遭遇すると、そのエネルギーの一部が吸収され、漏れと漏れがない場合のバックスキャタードレーザーに違いが生じ、最終的に異なるレーザー画像を使ってSF₆ガスの漏れを検出します。受動検出法はレーザーライトを積極的に送らないで、大気中のSF₆ガスが赤外線を吸収することで生じる微細な違いを検出してSF₆ガスの存在を検出します。
外国の科学製品で選択される冷凍量子井戸検出器は0.03°Cの温度差を判定でき、最小検出ガス量は0.001ml/sのSF₆ガスです。上記の両方の方法はイメージビューファインダーを使用して画像を表示し、見えないSF₆ガスを可視化します。ビューファインダーの表示では、漏れたSF₆ガスが動的な黒雲として見え、静的な環境では明確に見えます。雲が出現する位置を慎重に観察することで、漏れ源を迅速かつ正確に特定できます。雲の速度と大きさは漏れ率を反映します。
SF₆ガスの赤外線検出法は停電なしで遠隔地から漏れ位置を検出でき、個人の安全性を確保し、電力供給の安定性を向上させます。現在最も科学的な検出方法です。
SF₆遮断器の漏れ防止の強化は、変電所の安全、経済的、かつ信頼性のある運転を確保するための主要な監視ポイントです。SF₆遮断器の漏れ原因を分析することで、SF₆遮断器の漏れ問題に対する理論レベルを継続的に向上させ、SF₆漏れ事故への対処能力を高めることができます。様々な検出方法の中でも、赤外線イメージング検出はSF₆遮断器の状態ベースメンテナンスの新しい技術手法であり、将来の主流の発展トレンドです。
