新エネルギー発電所における鉄磁性電圧変換器の故障原因は何ですか

Felix、電気業界で15年間働いています

皆さんこんにちは、私はFelixです。電気業界で15年間働いています。

従来の変電所の設置と保守から始まり、現在は複数の太陽光発電および風力発電プロジェクトの電気システム運用を管理していますが、最も頻繁に扱う装置の一つが電磁式電圧変換器（PT）です。

先日、新エネルギー発電所のシフトオペレーターから次のような質問がありました：

「我々の電磁式電圧変換器が常に過熱し、奇妙な音を立て、時には保護機能の誤作動さえ起こすことがあります。何が問題なのでしょうか？」

これは特に新エネルギー発電所でよく見られる問題です。測定と保護の重要な部品であるPTが故障すると、計測の不正確さから完全なトリップや設備の損傷まで様々な問題を引き起こす可能性があります。

今日は以下の点について話したいと思います：

電磁式電圧変換器の一般的な障害は何ですか？なぜそれらが起こるのですか？そしてどのようにトラブルシューティングすればよいでしょうか？

複雑な専門用語は使わず、私が長年にわたって経験した実際の状況についてお話しします。「古い友人」のこの装置でよく起こる問題を見てみましょう。

1. 電磁式電圧変換器とは何か？

まずはその基本的な機能について簡単に説明します。

電磁式電圧変換器（VTまたはPTとも呼ばれる）は、基本的に高電圧を標準的な低電圧（通常100Vまたは110V）に変換するステップダウントランスフォーマーであり、測定機器やリレー保護システムで使用されます。

その構造は比較的単純です：一次巻線は多くのターンと細い線で構成され、高電圧側に接続されています；二次巻線は少ないターンと太い線で構成され、制御回路に接続されています。

しかし、この構造特性により、動作条件、負荷変化、共振現象によって容易に影響を受けます。

2. 一般的な障害と原因分析

私の15年の現場経験に基づくと、最も一般的な障害タイプには以下のようなものがあります：

障害1：異常な発熱または煙/焼け付き

これは最も危険な問題の一つで、絶縁劣化や火災につながる可能性があります。

可能原因：

• 二次ショート回路または過負荷（たとえば、容量を確認せずに並列に接続された複数の保護装置）；

• コア飽和（特にフェロレゾナンス時）；

• 絶縁の老化または湿気の侵入；

• 緩んだ端子による接触抵抗の増大と局所的な発熱。

実例：

ある太陽光発電所の昇圧ステーションで、PTが非常に高温になっていました。赤外線サーモグラフィーで120℃以上の温度が確認されました。分解してみると、二次巻線の絶縁が焼け切れていました。原因は、高インピーダンスメータに接続されたまま二次ブレーカーが切断されたことによる開放回路状態でした。

ヒント：

• PTの二次側を開放回路にしてはいけません。CTほど危険ではありませんが、それでも電圧歪みや測定誤差を引き起こす可能性があります；

• 定期的に赤外線サーモグラフィーを使用して端子と筐体の温度をチェックします；

• 異常な発熱が検出された場合は、すぐに停止して点検します。

障害2：フェロレゾナンスによる電圧変動

これは新エネルギー発電所で最も見落とされがちだが危険な問題の一つです。

症状：

• 三相電圧のバランス不良；

• ジージーという音と共に上下に電圧が変動する；

• 保護機能の誤作動または誤トリップ；

• 時には誤った接地信号が表示される。

根本原因：

• 非接地またはアーク抑制コイル接地システムでは、特定の条件下で線対地キャパシタンスとPT励起インダクタンスが結合することで、フェロレゾナンスが発生する可能性があります；

• ブレーカーの切り替え時、突然の電圧低下、または一相接地時に頻繁に引き起こされます。

実例：

ある風力発電所で、主変圧器が通電されるたびに、PTが唸り声を出し、バス電圧が激しく変動し、予備自動切り替えが誤ってトリガーされました。調査の結果、フェロレゾナンスが原因であることが分かりました。オープンデルタにダンピング抵抗を設置することで問題は解決しました。

予防策：

• アンチレゾナンス装置（オープンデルタ抵抗またはマイクロプロセッサベースの抑制装置など）を設置する；

• アンチレゾナンスタイプのPT（JDZXWシリーズなど）を使用する；

• 長期の非全相運転を避けるための運転モードを最適化する；

• 停電メンテナンス中に磁化曲線試験を行い、コア飽和の傾向を評価する。

障害3：二次電圧出力が低いまたは無し

これらの問題はしばしば計測や保護論理に影響を与え、他の装置の故障と誤認されることもあります。

可能原因：

• 一次側のヒューズが飛ぶ（雷撃や過電圧イベント後に頻繁に発生）；

• 二次側のヒューズが飛ぶまたはエアスイッチがトリップする；

• 極性または比率設定が間違っている；

• 内部巻線の断線；

• 酸化または緩んだ端子接続。

実例：
ある太陽光発電所で、SCADAが異常に低いバス電圧を示していました。現場での調査で、PTの一次ヒューズが飛んでいたことが分かりました。交換することで正常な動作に戻りました。さらに分析すると、近隣の落雷による電圧上昇が原因であることが分かりました。

トラブルシューティング手順：

• まずヒューズとブレーカーをチェックする；

• 一次と二次の電圧を測定し、一貫性があるか確認する；

• 配線と極性を確認する；

• 必要に応じて比率試験と絶縁抵抗試験を行う。

障害4：内部放電または絶縁破壊

これは特に湿度が高い環境や汚染が激しい環境、特に沿岸地域や高地でよく起こります。

症状：

• 焼けた臭いや筐体上の放電痕跡；

• 動作中のパチパチという音；

• 絶縁抵抗の低下；

• 重度の場合、爆発やトリップが発生する。

可能原因：

• 湿気の侵入による絶縁の劣化；

• 表面の汚れや塵によるクリープ距離の減少；

• 長期の過負荷または高調波効果；

• 製造上の欠陥または輸送中の損傷。

実例：

沿岸に設置されたPTが雨季に繰り返しトリップしていました。調査の結果、内部放電の明らかな兆候が見つかりました。原因は、密封が不十分で湿気が侵入していたためでした。

対策：

• 保護等級を上げる（IP54以上）；

• 除湿器またはスペースヒーターを設置する；

• 定期的な清掃と乾燥を行う；

• 導入前に絶縁試験と部分放電試験を行う。

障害5：人為ミスまたは配線間違い

人為ミスは多くの事故の主要な原因となっています。

一般的な間違いには：

• 二次負荷下での分離器の切り替え；

• 極性が逆になり、計測や保護の誤判定を引き起こす；

• 接地線の誤って取り外し、浮遊電位を引き起こす；

• 適切な安全措置なしに帯電作業を行う。

実例：

新人技術者が電源を切らずにPTの二次ヒューズを交換しようとしたところ、短絡が発生し、ヒューズホルダーが焼け、怪我をする寸前でした。

重要なポイント：

• 教育を強化し、手続きを標準化する；

• 配線を明確にラベル付けして間違いを防ぐ；

• ロックアウト/タグアウト手続きを徹底して帯電作業を排除する；

• すべてのPT二次回路の一点接地を確保する。

3. 私の提案と現場経験のまとめ

電気業界で15年間働いたベテランとして、私はいつも言っています：

「小さくても、電磁式電圧変換器は測定、計量、保護において重要な役割を果たしています。」

それは回路ブレーカーや大型変圧器ほど目立たないかもしれませんが、一度故障すると連鎖反応を引き起こす可能性があります。

そこで私の推奨事項は以下の通りです：

日常の運用と保守：

定期的な点検—異常な音、焦げ臭いにおい、温度を測定する；

• ヒューズ、ブレーカー、接地の整合性を確認する；

• 運用データを記録し、過去のトレンドと比較する；

• 雷雨シーズンの前後は点検頻度を増やす。

障害診断：

• 二次回路とヒューズのチェックを優先する；

• マルチメータを使用して電圧レベルを確認する；

• 必要に応じて絶縁抵抗、比率、磁化特性試験を行う；

• 共鳴が疑われる場合は直ちに対処する。

設備選択：

• 環境要因（湿度、高度、塩霧）を考慮する；

• アンチレゾナンスタイプのPTを好む；

• 適切な定格容量を選択して長期の過負荷を避ける；

• 将来的な拡張に余裕を残す。

4. 最後に

構造的には単純ですが、電磁式電圧変換器は新エネルギー発電所において重要な役割を果たしています。

それは電力システムの「目」として、電圧がどれだけ高いのかを正確に教えてくれます。

15年間の現場経験を通じて、私は強く信じています：

「詳細が成功や失敗を決める。安全は何よりも重要だ。」

現場でPTの難問に直面している場合は、遠慮なく連絡してください。より具体的な経験やトラブルシューティング方法を共有させていただきます。

すべてのPTが安定して動作し、私たちの電力網を安全かつスマートに保ちますように。

— Felix