太陽光発電所の箱型変圧器の典型的な故障を分析し対処する方法は？

パッドマウント変圧器の故障状況を効果的に分析するため、本論文では2つの集中型インバータに接続できる二重二次巻線パッドマウント変圧器（ZGS11 - Z.T - 1000/38.5）を選択しました。その発電ユニットの構造は図1に示されています。このパッドマウント変圧器は三相三脚構造デザインを採用し、低圧側には2つの巻線があります。全体構造は高圧室、低圧室、油タンクの3つの主要部分に分けられます。実際の運用において、パッドマウント変圧器の一般的な故障には低圧巻線接地故障、高圧側開路故障、および高低圧側短絡故障が含まれます。以下で詳細な分析を行います。

1 太陽光発電所におけるパッドマウント変圧器の典型的な故障
1.1 低圧巻線接地故障

一部の太陽光パッドマウント変圧器には中性点リードがありません。低圧側での単相接地故障は絶縁を損傷させ、故障の表現は集中型インバータの状態によって異なります。

低照度条件下では、発電ユニットが停止し、インバータが電力網から切り離され、変圧器を通じて電力を引き出す。ここで接地故障が発生すると、インバータ（通常の電圧で動作）が動作しますが、位相電圧の上昇により長期的に低圧側の絶縁が損傷し、多点接地につながる可能性があります。

十分な照度条件下では、インバータが並列モードに切り替わります。中性点が接地されていないため、単相接地故障を検出するのが難しくなります—接地電流がなく、ライン電圧も変わらないためです。制御システムはライン電圧を監視していますが、異常を見逃すことがあります。インバータは動作しますが、効率が低下し、太陽光発電の利益に悪影響を与えます。

1.2 高圧側開路故障

開路故障は高圧リードと巻線の切断に分かれます。高圧リードの切断はインバータをトリップさせ、発電セットをシャットダウンします。テストでは異音、臭い、故障相の巻線（他の相は正常）の無限大の抵抗値が確認され、故障が示されます。

高圧巻線の切断の場合、直流抵抗は正常の相間値の2倍になります（無限大ではありません）。高圧側では、故障相と隣接相のライン電圧は定格の50%に下がります。低圧側では、対応する相のライン電圧が下がります（誘導電圧のためゼロにはなりません）。

1.3 高低圧側短絡故障

相間短絡故障は頻繁に発生し、対応する回路ブレーカーをトリップさせ、異音、油噴出、臭いなどの問題を引き起こします。

故障処理にはまず保護動作から状況を把握し、変圧器をメンテナンスに移動し、安全対策を講じ、ユニットを分解してチェックします。初期の故障は相間であることが多く、悪化すると巻線の損傷とコアの交換が必要となります。

実際の故障では、低圧相間短絡から始まり、衝撃放電による高低圧巻線の破壊につながりました。これにより重度の放電、コアの損傷、油タンクの問題が発生しました。根本的な原因は、固有の絶縁弱点でした。

2 太陽光発電所におけるパッドマウント変圧器の故障防止
2.1 絶縁監視装置

監視対象の変圧器は三相三線星接続を使用しています。単相接地故障（中性点なし）ではライン電圧の変化はほとんどなく、検出が難しく、故障が悪化するリスクがあります。絶縁監視装置を追加し、アラームを発生させ、適時に故障ユニットの分解を行うことができます。中性点接続のインバータ（yyn11タイプが好ましい）を使用することで、接地故障の処理が改善されます。

2.2 定期的な絶縁監視

定期的な厳格な点検（特に絶縁に焦点を当てる）を行い、早期に欠陥を検出し、内部機器の故障を減らします。パッドマウント変圧器の絶縁監視の頻度を運用と保守中に増やします。

2.3 油サンプル試験

内部絶縁の欠陥は故障の原因となります。定期的な油サンプル試験により、劣化過程での熱や放電に関連する部品の変化をキャッチすることができます。油温の監視と試験を強化し、過熱による故障を避けることが重要です。

2.4 建設時の技術選択

建設段階で良いサイト選択、電気設計、設備選択を行うことで長期的な安全性を確保し、製品品質と発電所設計への適合を保証します。

3 結論

本論文では、太陽光発電所における典型的なパッドマウント変圧器の一般的な接地、断線、および短絡故障について分析しました。故障を回避するためには、定期的な絶縁監視を強化し、油タンク試験を重視し、可能な場合は絶縁装置を追加することで、安全な運転を確保することが重要です。