電力変圧器のメンテナンス・診断・モニタリング完全ガイド - 寿命延長のために

変圧器の予防メンテナンスアクションと点検スケジュール

メンテナンス頻度は、機器信頼性要件とメーカーのマニュアルおよび推奨事項を考慮して決定されます。

メンテナンス活動は、設置の各セグメントについて異なる時期に計画される場合がありますが、主要産業では通常、年に1〜2回、メンテナンス目的で全面的なシャットダウンを行います。

NETA^[1] 規格 MTS-2007 付録Bは、表3に示す時間ベースのメンテナンススケジュールとマトリックスを提示しています。マトリックスの適用はガイドラインのみとして認識されています。

具体的な状態、重要度、信頼性を決定して、マトリックスを正しく適用する必要があります。マトリックスの適用と、過去の試験データとトレンドの集大成を組み合わせることで、質の高い電気予防メンテナンスプログラムが提供されるはずです。

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表3 - メンテナンス頻度マトリックス

変圧器の最小頻度メンテナンス試験は同規格で定義され、表4に示されています。

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表4 - 変圧器メンテナンス試験頻度（月）

メンテナンス活動（目視・機械的点検、電気試験、試験値）は、各機器についてNETA規格 ATS-2009で定義されており、変圧器については表5にまとめられています。

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表5 - 変圧器メンテナンスアクションの試験と点検頻度

予防メンテナンスのアクションは以下のように要約できます：

• 定期点検
• サンプリング採取
• 試験
• 修理

• 軽微な修理
• 中程度の修理
• 大規模修理とオーバーホール^[2]

• 文書化とデータ記録

表6は各タイプのメンテナンスアクションの一般的な活動を示しています。

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表6 - 各メンテナンス活動タイプの一般的なアクション

特殊試験機器以外に、変圧器メンテナンス活動で最も一般的に使用される携帯用試験機器は：

• マルチメーター
• クランプメーター
• 電圧テスター
• 計器用変圧器試験機器
• リレー・メーター試験機器
• 絶縁抵抗計（メガー^[3]）
• 接地試験機器
• 赤外線カメラ^[4]（赤外線サーモグラフィー参照）

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油分析とサンプリング

メンテナンス期間中または大規模修理作業後、油サンプルを採取し、IEC^[5] 規格 60296 で FAT に定義された試験を実施する必要があります。

これらの試験は：

• 界面張力（IFT）
• 酸度
• 粘度
• 密度
• 引火点
• 発火点
• 凝固点
• 水分
• 絶縁耐力
• 力率（誘電損失 - tan ∂）
• 色

サンプルが汚染されないよう、サンプリング時には一定の注意事項を守る必要があります。

• 1 - 補助サンプリングバルブを使用し、ドレインバルブ横の小さなサンプリングポートは使用しないこと（図2）。

図2 - 補助サンプリングバルブ

• 2 - ドレインバルブをフラッシング図3 - ドレインバルブフラッシング

• 3 - チューブとシリンジをフラッシングし、シリンジバレルを引き戻さない - わずかな抵抗をかけて、流体圧力でシリンジを満たす（図4）。

図4 - チューブとシリンジのフラッシング

• 4 - 充填されたシリンジには気泡がないこと、ただし後で発生する場合があります - これらを放出しないでください。

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油中溶解ガス分析（DGA）

DGAは、利用可能な最も価値ある診断ツールの1つで、冷却/絶縁媒体に溶解したガスの分析から油入変圧器の状態を評価する手順です。

確立された技術で、コスト効率が良く、オイルサンプリングに基づく比較的シンプルな非破壊試験から重要な情報を提供します。

分析は通常ラボで実施されますが、オンラインデバイスも利用可能です。

結果は、油の健全性と絶縁媒質としての特性について、現在の状態、進行中の変化、過負荷・経年劣化の劣化影響、初期故障の兆候、大故障の最も可能性の高い原因など、多くの情報を明らかにします。

重大な故障は、ブッホルツリレーに回収される遊離ガスを生成することもあることに注意してください。

メンテナンス・診断目的の変圧器試験

表7は、定期メンテナンスと診断をリンクさせた総合的な変圧器状態評価方法論を示しています。

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表7 - メンテナンスと診断目的で実施すべき変圧器試験

ブッシング試験

電位タップを持つブッシングの場合、ブッシング上部と底部タップ（通常C1と呼ばれる）の間の静電容量と、タップと大地間の静電容量（通常C2と呼ばれる）の両方を測定します。

ブッシング損失を決定するため、力率試験も実施されます。C2静電容量はC1静電容量よりはるかに大きいです。

電位タップのないブッシングは、通常ブッシング上部導体から大地までで試験されます。

この試験結果は、工場試験および/または過去の試験と比較され、劣化を判断します。

ブッシング故障の約90%は、力率の増加で示される水分侵入に起因します。

周波数応答分析試験（SFRA）

周波数応答分析（SFRA）^[6]は、広範囲の周波数で変圧器巻線のインピーダンスを測定し、これらの測定結果を基準セットと比較するものです。

差異は変圧器の損傷を示唆する可能性があり、他の技術や内部検査でさらに調査できます。SFRAの掃引周波数法には、信号生成、測定、結果操作のためにネットワークアナライザーの使用が必要です。

超音波・音波故障検出

この試験は、水素がDGAで著しく増加している場合に適用すべきです。

高水素発生は、変圧器内部で部分放電が発生していることを示します。メタン、エタン、エチレンなどの他のガスも増加している可能性があります。アークが発生している場合、アセチレンも存在し、増加している可能性があります。

振動分析

振動分析単独では変圧器に関連する多くの故障を予測できませんが、変圧器状態を判断するのに役立つもう1つの有用なツールです。

振動は、変圧器鉄心セグメントの緩み、巻線の緩み、シールド問題、部品の緩み、油冷却ポンプやファンの不良ベアリングから生じる可能性があります。振動源の評価には極めて慎重を期す必要があります。多くの場合、緩んだパネルカバー、ドア、制御盤内や外部のボルト/ネジが、タンク内部の問題と誤診されることがあります。

鉄心絶縁抵抗

この試験を行うには、意図的な鉄心接地を切り離す必要があります。

これは困難な場合があり、実施するために一部の油を排出する必要があることがあります。

一部の変圧器では、鉄心接地が絶縁ブッシングを通じて外部に引き出されており、容易にアクセスできます。

期待される絶縁抵抗値は：

• 新品変圧器：> 1000 MΩ
• 経年変圧器：> 100 MΩ

10〜100 MΩの値は、鉄心と大地間の絶縁に損傷の可能性を示し、10 MΩ 未満の値は破壊的な循環電流を引き起こす可能性があり、さらに調査が必要です。

赤外線サーモグラフィー

赤外線サーモグラフィー（IR）は、電気システムの問題を検出する非接触・非破壊の方法です。

すべての電気・機械機器は、電磁放射の形で熱を放出します。熱放射に敏感な赤外線カメラは、表面間の温度差を検出・測定できます。

異常または予期せぬ熱パターンは、故障や破損、火災の原因となる機器の問題を示唆する可能性があります。

一般的に赤外線分析は2〜3年ごとに、機器が通電し、可能であれば全負荷下で実施されますが、特殊な機能や環境条件によりIRを毎年実施する必要がある場合もあります。

IR分析は、メンテナンスや試験後にも実施し、切断された接続が適切に再作成されたかを確認する必要があります。また、工場熱負荷試験中にIRを実施すれば、その結果を後での比較のためのベースラインとして使用できます。

変圧器の以下のコンポーネントが通常IR分析の対象となります：

• タンク
• ラジエーターと冷却システム
• ブッシング
• OLTC

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タンク

変圧器タンクの異常に高い外部温度や異常な熱パターンは、油面低下、迷走電流、冷却閉塞、シールド緩み、タップチェンジャー問題など、変圧器内部の問題を示します。

異常に高い温度は変圧器絶縁を損傷・破壊し、寿命を短縮します。

IR点検では、過熱状態や不正な熱パターンを発見できます。IRスキャンと分析には、これらの技術に精通した訓練されたスタッフが必要です。

ラジエーターと冷却システム

ラジエーターをIRカメラで調べ、互いに比較します。

冷たいラジエーターまたはセグメントは、バルブが閉じているか、ラジエーターまたはセグメントが詰まっていることを示します。

目視点検でバルブが開いていることが確認された場合、ラジエーターまたはセグメントを隔離、排水、取り外し、詰まりを除去する必要があります。

冷却能力が低下した状態で運転される変圧器は、有用寿命が大幅に短縮されます（動作温度がわずか8〜10°C上昇するだけで、変圧器寿命が半分になります）。

ブッシングと絶縁子

a) 油面

IRスキャンではブッシングの低油面を検出でき、即時の非通電化と交換が必要です。

一般的にこの理由は、ブッシング底部のシールが故障し、油が変圧器内に漏洩しているためです。上部シールも故障している可能性が高く、空気と水分が上部から侵入することを許しています。

ブッシングの油面が高すぎる場合、一般的にブッシング底部のシールが故障し、油面調整器からの油圧または窒素圧力が変圧器油をブッシング内に押し上げています。

ブッシングが高油面を示す別の理由は、上部シールの漏洩で、水が侵入することです。水はブッシング底部に移動し、油を上方に押し上げます。

90%以上のブッシング故障は、上部シールからの水分侵入に起因します。

ブッシングは一般的に壊滅的に故障し、多くの場合ホスト変圧器と周辺機器を破壊し、作業員に危険を及ぼします。同じブッシングの過去のIRスキャンを現在のスキャンと比較する必要があります。

b) ブッシング接続

ブッシングには2つの内部接続があり、1つはヘッドに、もう1つははるかに深く、変圧器コイルに接続されています。

両方とも外部に現れますが、ヘッド接続はブッシング上部に、コイル接続はブッシング基部に位置します。

特定の絶縁子にひび割れがあり、絶縁子の電気的・機械的強度に影響を与える問題が発見されています。

表面水分がある場合、ごく微小な放電電流が絶縁子表面を流れ、温度を1〜2度上昇させます。絶縁子にひび割れがある場合、放電電流は表面ではなくひび割れを伝って流れ、絶縁子はわずかに低温に見えます。

ひび割れが十分に深刻になると、温度上昇が明確になる場合があります。

OLTC（オンロードタップチェンジャー）

OLTCカバーの温度は、変圧器本体と同じ温度であるべきです。

熱源はOLTCケーシング内部にあり、表示温度よりかなり高温です。

外部OLTCコンパートメントは、変圧器本体より暖かくないべきです。暖かい場合、内部タップ接続の発熱の可能性を示します。

タップ点検の難点は、点検時にすべてのタップが接続されているわけではないため、結果が確定的でない可能性があることです。

^[1]NETA: 国際電気試験協会（米国）。

^[2] 重大な内部故障後、または連続運転8〜10年ごと、特に変圧器が過酷な過負荷サイクルや外部短絡にさらされた場合に実施。これらの活動は専門要員によって実施される必要があります。

^[3] メガーは商標ですが、この機器はこの名前で知られています。

^[4] 第7章「赤外線サーモグラフィー」参照。

^[5] IEC: 国際電気標準会議。

^[6] FAT（工場出荷試験）でこの試験が実施された場合のみ。

著者: Manuel Bolotinha