220kV屋外高圧分離スイッチにおける固定接点の改造と応用についての簡単な議論
分離器は最も広く使用されている高電圧スイッチング装置のタイプです。電力システムでは、高電圧分離器は高電圧遮断器と協調して動作し、スイッチング操作を実行する高電圧電気機器として使用されます。それらは通常の電力システム運転、スイッチング操作、変電所メンテナンスにおいて重要な役割を果たします。頻繁な操作と高い信頼性要件により、分離器は変電所や発電所の設計、建設、安全運転に大きく影響します。
分離器の動作原理と構造は比較的単純です。その主な特徴は消弧能力がなく、無負荷電流または非常に低い電流条件（通常<2A）でのみ回路を開閉できることです。高電圧分離器は設置環境によって屋外型と屋内型に分類され、絶縁支持柱の構造に基づいてさらに単柱型、二柱型、三柱型に分類されます。
あるアルミニウム企業の発電所にある220kV変電所は、ほぼ19年間稼働している完全自動化された降圧変電所です。主に200kA電解槽への直流電力供給および会社内の他の二次プラントへの生産、補助、居住用電力を提供しています。屋外220kV開閉所にはGW7-220型屋外交流高電圧分離器—三柱型、水平開閉、三相、50Hz屋外高電圧電気設備を使用しています。
1998年の運用開始以来、これらの屋外交流高電圧分離器は無負荷条件下での母線切替を行い、停電中の設備（例えばメンテナンス中の母線や遮断器）と有効高電圧線との電気的な絶縁を提供してきました。19年間の使用後、分離器接点の広範な過熱が観測されました（赤外線温度計で最大150℃まで達しました）。これは重大な安全上の危険をもたらし、220kV分離器の焼損につながり、相欠落、接点溶接、またはアークフラッシュ短絡を引き起こす可能性があります—これにより全停電と変電所システム全体の麻痺を招く可能性があります。
これを受けてデータ収集と原因分析が行われ、接触過熱の主な原因が特定されました。効果的な改造措置が実施され、その後より広い範囲での適用が推奨されました。
GW7-220屋外交流高電圧分離器の構造と動作原理
この分離器は三柱型、水平回転構造を特徴とし、基盤、絶縁支持柱、導電系、接地スイッチ（非接地型を除く）、駆動機構から構成されています。基盤はチャンネル鋼と鋼板を溶接して作られ、両端に固定された2つの取り付けブラケットと中央に回転可能な1つがあります。チャンネル鋼ハウジング内には伝動リンクと連鎖板が配置されています。基盤の下部には基礎への固定用に取り付け板が溶接されています。基盤は非接地型、単接地型、双接地型の3種類があります。接地型の場合、基盤の一方または両端に接地スイッチブラケットが溶接され、それに応じて接地スイッチが取り付けられます。
導電組立は絶縁柱の上部に固定され、可動ブレード（導電ゲートナイフ）と静止接点から構成されています。ゲートナイフは2つの銅管が2つの銅ブロックを介してアルミニウムカバーに接続され、先端に円筒形の接触端子が溶接されています。静止接点は指状の多点接触設計になっています。各接触指には独立したテンションスプリングがあり、バスバーの張力下でも確実な接触を維持するため十分な挿入ストロークを提供します。リターンスプリングは静止接点を少し傾け、滑らかかつ調整された開閉動作を確保します。
動作機構には電動と手動の両方が含まれています。電動機構は非同期モーターを使用して機械的な減速ギアを駆動し、主軸を180°回転させます。力は連結鋼管を介して分離器に伝わり、リンクが中央の絶縁柱を71°回転させ、導電棒両端の可動接点が静止接点に挿入または引出され、閉合または開放操作が完了します。リンクのメカニカルデッドセンター位置は移動終点での自錠を提供します。手動操作は試運転時や電動機構の故障時に利用可能です。
屋外高電圧分離器の接触過熱原因の分析
アルミニウム企業の220kV屋外開閉所には、2つの220kV入線、整流装置#1〜#4、および電力変圧器#1と#2を供給する24セットのGW7-220分離器があり、合計144個の静止接点があります。定期検査では、熱揺れ、変色、または接触点での温度測定値が70℃を超えることにより過熱が評価されました。統計によると、2014年1月から12月までの間に、分離器接点の過熱による予期しない停止が13回あり、平均して1.08回/月でした。
反復的なテストと接触ダイナミクスの分析により、以下の根本的原因が明らかになりました：
各静止接点は6つの独立した指接点で構成されており、点接触幾何学となり、総接触面積が不足し、指間での電流分布が不均一—構造的な欠陥です。
複数の可動接触部品により電流が接触ばねを通るため、軟化、弾性の喪失、接触圧力の低下、接触抵抗の悪化が進み、加熱が悪化します。
厳しい屋外条件（日光、雨）と適切でない材料選択（テンションばねと接触ピンに標準鋼を使用）により、深刻な腐食、劣化、ばねの疲労、機械的特性の低下、不十分な接触力、過大なループ抵抗が生じました。
アーク侵食により接触表面にピッティングと深刻な酸化が生じ、抵抗がさらに増加しました。
静止接点の改造と予防措置
元々独立していた指接点を柔軟な銅帯で相互接続して、可動接点と静止接点間の有効接触面積を増加させる。
テンションスプリングとピンの交換およびアップグレードを行い、スプリング力の強化と接触の密着性を改善する。
可動接点面と固定接点面に銀メッキを施す。
接触面に固体潤滑剤を塗布し、摩擦を減らし酸化を防ぐ。
特に接触接続点において赤外線温度監視を実施し、温度データベースを確立する。
分離装置の定期的なメンテナンス、検査、清掃を行う。
検証結果と適用結果
改良後のモニタリングでは以下の結果が得られた：
同じ環境温度（17°C）および動作条件下で、接触温度は改良前約23°Cから改良後約19°Cへと低下した。
メンテナンス時の視覚検査では、改良された接触部のアーチ損傷箇所が未改良のものと比較して大幅に減少していた。
本稿執筆時点では、5つの分離装置（30個の固定接触部）が改良されている。この技術ソリューションは、当社の220 kV屋外開閉所における全てのGW7-220分離装置に段階的に導入されている。
結論
GW7-220屋外交流高電圧分離装置における広範な接触過熱問題について体系的な分析を行い、固定接触部に対する対象的改良を成功裏に開発・実施した。この取り組みにより、電力供給の安全性と運転安定性が大幅に向上し、GW7-220分離装置の今後の運用、メンテナンス、サービスにおいて貴重な経験を得ることができた。
