SL400真空接触器无法跳闸？原因と解決策の詳細分析
発電企業の高圧補助電源システムにおいて、高圧真空コンタクタは高圧モータ、トランスフォーマ、インバーター、その他の電気機器を制御するための電気器具として使用されます。これによりリモート制御と頻繁な操作が可能となり、広く応用されています。真空コンタクタの故障が迅速に対処されない場合、発電所の発電ユニットの安全かつ経済的な運転に直接影響します。
ある火力発電所の3号機と4号機の高圧補助電源システムには、SL400型400A真空コンタクタが60台あります。2015年の稼働開始から2016年末まで、石炭取り扱いシステム内の複数の真空コンタクタでトリップ機構の拒否、トリップコイルの焼損、「制御回路断線」警報信号の作動などの障害が発生し、設備が停止できなくなりました。トリップコイルの一端が負極に直接接続されているため、直流負極の直接接地を引き起こし、保護装置の動作不良を引き起こし、安全な運転に重大な隠れた危険をもたらす可能性があります。また、真空コンタクタがトリップ拒否した場合の現場での手動トリップが必要となり、運転スタッフにとって大きな安全リスクももたらします。
1. 運転機構の動作原理
火力発電所が選択したSL-400型真空コンタクタの運転機構は、機械保持型機構です。真空コンタクタの閉鎖コイルに電力を供給すると、閉鎖可動鉄心が電磁力の作用により主軸機構を動かします。閉鎖可動鉄心のローラーがトリップラッチに接触し、実行部品をロックしてコンタクタを閉鎖状態に保ちます。同時に、スプリングが圧縮されトリップエネルギーを蓄え、トリップラッチ連結部とトリップ電磁石曲板が持ち上げられてトリップの準備が整います。
トリップコイルにパルス電源が供給されると、トリップ可動鉄心が曲板を下方に引き寄せます。曲板がトリップラッチ連結部に衝突し、閉鎖可動鉄心ローラーとトリップラッチによって維持されていた死点位置が解放されます。スプリングの作用により急速にトリップが行われます。閉鎖可動鉄心はトリップスプリングによって駆動され、主軸と共に限界板の位置まで回転し停止し、トリッププロセスが完了します。
2. 原因分析
2.1 電気的側面
トリップ回路の検査では、二次プラグ、位置真空コンタクタの補助接点、操作ハンドル接点の接触抵抗が正常であり、直流出力電圧は約110Vで、トリップコイルの電圧が過度に低い状況はありませんでした。制御回路の絶縁不良や配線の緩み・摩耗などは見つかりませんでした。
トリップ制御回路の断線は、制御電源真空コンタクタの長時間通電によるトリップコイルの焼損により発生する警報信号です。そのため、SLコンタクタがトリップ拒否を起こす場合、電気的原因は基本的に除外できます。
2.2 機械的側面
トリップラッチ連結部の材料設計が不十分：トリップラッチ、トリップ電磁石曲板、連結部の元々の材料は磁性が高い炭素鋼でした。複数回の通電とトリップ操作により、曲板と連結部はコイルからの磁場によって徐々に磁化され、相互の磁力が生じ、トリップの機械的抵抗が増大しました。トリップ失敗が発生し頻繁な操作が行われると、トリップコイルが焼損します。
通電後のトリップコイルの残留磁気：これによりトリップコイルの磁束が減少し、トリップトルクが不足し、トリップが不安定になります。頻繁なトリップ操作により、トリップコイルが長時間通電し熱を発生し、最終的に焼損します。
トリップラッチと位置ローラー間の機械的詰まり：回転部に潤滑油が不足しています。曲板の位置穴と位置棒の可動部にバリがあり、または摩耗により位置穴がずれることで詰まりが発生します。トリップ電磁石の複数回の操作により、トリップ摩擦抵抗が徐々に増加し、トリップコイルの過負荷と焼損につながります。
設備の頻繁な起動と停止：石炭取り扱いベルトコンベアと石炭粉砕機は頻繁に起動と停止する設備です。トリップ拒否障害が発生した時点で、これらのデバイスはすでに500回以上動作していました。トリップコイルが頻繁に通電し熱を発生することで、コイルの絶縁劣化を一定程度加速します。
3. 対処方法
主要部品の材料交換：トリップラッチ連結部の材料を炭素鋼から非磁性ステンレス鋼に変更し、固定ねじを亜鉛メッキ炭素鋼から銅ねじに変更します。これにより連結部の磁化を防ぎ、トリップの機械的抵抗を大幅に減らし、トリップエネルギーの消費を減らします。
コア部品の脱磁：トリップ電磁石ベースプレートと曲板を設置前に打撃法で脱磁します。これによりこれらの部品とトリップラッチ連結部との間の吸引力をさらに減らし、トリップ力の余裕を増やし、コンタクタの確実な閉鎖とトリップを確保します。
オリジナルコイルのローカライゼーション改造：抵抗が約20Ωのコイルに交換し、コイルの巻数を増やすことで磁束を強化し、コイル動作時の電磁力を一定値以上に保ちます。同時に、トリップ回路の抵抗を増加させることで回路電流を低下させ、通電時のコイルの発熱を低減し、コイルの老化率を遅らせ、補助接点の焼損や酸化による接触抵抗の増加によるトリップコイル電圧の低下によるトリップ拒否現象を効果的に減らします。
機械部品の潤滑とメンテナンス：真空コンタクタのトリップラッチと位置ローラー、およびトリップラッチの回転部に潤滑油を塗布します。曲板の位置穴の可動部のバリや摩耗部を研磨し整形し、トリップラッチ連結部の回転部に対して潤滑とメンテナンスを行います。最小トリップ動作電圧試験後、動作値は基本上45Vから55Vの間に制御され、トリップ機構が良好な状態を維持し、トリップの安全性と信頼性を大幅に向上させます。
4. 予防措置
定期的なメンテナンスとテスト：通常運転後、年に1回小規模メンテナンスを行い、5年ごとに大規模メンテナンスを行い、適切に機構メンテナンスと予防テストを行います。
厳格な設備選定と受け入れ：真空コンタクタ設備の適切な選定を確保し、調達、引渡し、受け入れの品質を厳格に管理します。
リアルタイムの運転監視：運転中の監視を強化し、問題を早期に発見し対処します。
メンテナンス手続きの最適化：設備の実際の状況をより正確に把握し、故障処理方法と経験に基づいてメンテナンス手続きを改訂および改善します。
頻繁に操作される設備の検査と管理の強化：頻繁に操作される設備の真空コンタクタの検査と管理の強度を高めます。
機械部品の検査に重点を置く：真空コンタクタの機械部品の検査に注意を払い、特に動作機構が適切に潤滑され、柔軟に動作し、詰まりがないか確認します。特にトリップ電磁石曲板とトリップラッチ連結部間の詰まりに注意を払います。
単位シャットダウン期間中のメンテナンスの活用：単位シャットダウンと待機期間を利用して真空コンタクタ機構のメンテナンスを行い、閉鎖とトリップコイル動作電圧テストなどの予防テストを行います。これにより劣化傾向を把握し、潜在的な問題を適時調整および対処することができます。
5. 結論
対処後の真空コンタクタは、約1年間の運用中にトリップ拒否やコイル焼損などの障害が発生していません。発電所は新たに500〜1,000回の動作を積み重ねた石炭取り扱いシステムの真空コンタクタを再び検査し、最小トリップ動作電圧試験を行いました。結果は、トリップコイルの直流抵抗と絶縁が良好であり、動作電圧値が大幅に増加せず、現場/リモート電気トリップテストが正確かつ信頼性が高いことを示しました。これにより、設備の健康レベルと信頼性が大幅に向上し、メンテナンス負荷が減少し、メンテナンスコストが節約されました。
