変圧器絶縁の包括的オンライン監視システム：単一パラメータから多次元診断まで

電力変圧器は送電網の中で最も貴重で重要な機器の一つです。その内部絶縁システムの健康状態は、変圧器の運転寿命と送電網の電力供給の信頼性を直接決定します。変圧器絶縁統合オンライン・モニタリング・システムは、高度な状態評価技術であり、さまざまなセンシング技術の統合を通じて、絶縁性能に影響する重要なパラメータを連続的かつリアルタイムに監視・分析し、「受動的なメンテナンス」から「能動的な予知保全」を実現します。受動的なメンテナンス」から「能動的な予知保全」への根本的な変化を実現します。

第1部：変圧器絶縁システムの複雑性と故障モード

変圧器の絶縁システムは、絶縁油、セルロース絶縁紙／ボード、高圧ブッシングからなる有機複合システムである。その性能は、電気的、熱的、化学的、機械的ストレスの複合的な影響によって徐々に劣化します。

主な故障モード：

• 熱老化： 高温で長時間使用すると、絶縁紙の重合度（DP）が低下し、機械的強度が低下する。

• 電気の老朽化： 強い電界が作用すると、絶縁媒体内で部分放電（PD）が発生し、絶縁構造が徐々に破壊される。

• 化学的老化： 水分、酸素、高温は、絶縁油と絶縁紙の酸化と加水分解を触媒として作用する。

• 機械的損傷： 短絡電流の衝撃、振動などは巻線の変形や絶縁体の変位につながる。

単一の監視パラメータは、絶縁状態の一面しか反映しないことが多い。したがって、変圧器の全体的な健全性を正確に評価するには、マルチパラメータ、多次元統合モニタリング戦略を使用する必要があります。

パートII：コア・モニタリング技術と主要パラメーター

総合的な変圧器絶縁監視システムは通常、いくつかのコア技術を統合しています：

1. 油中溶存ガスのオンライン分析 (オンラインDGA）

• 診断的意義： これは変圧器の「血液検査」として知られている。変圧器内部で過熱や放電障害が発生すると、絶縁油や絶縁紙が分解して特定の種類のガスが発生する。これらのガスの組成と発生速度を分析することで、故障の種類と重症度を正確に判断することができる。

• 主なモニタリングガス

  • 水素（H₂）。 局所的な放電を示すガス。

  • メタン（CH₄）、エタン（C₂H₆）、エチレン（C₂H₄）。 それぞれ低温、中温、高温の過熱故障に対応する。

  • アセチレン（C₂H₂）。 高エネルギーアーク放電の唯一の特徴的なガスは、最も危険な信号である。

  • 一酸化炭素（CO）、二酸化炭素（CO₂）。 主に固体断熱材（断熱紙）の経年劣化と過熱を反映する。

2. 油中微小水のオンラインモニタリング (オンライン水分モニタリング）

• 診断的意義： 湿気は断熱材の劣化を加速させる主な触媒であり、断熱材の強度を著しく低下させます。オンラインモニタリングにより、断熱システム内の水分の動的バランスをリアルタイムで追跡することができます。

• 主なモニタリングパラメータ：

  • 水分活性（aw）： 固体断熱材中の水分の程度を直接反映するため、絶対水分率（ppm）よりも信頼性の高い評価となる。aw値が高い場合（例えば0.4以上）は、「気泡効果」の深刻な危険性を示す。

  • 絶対水分率（ppm）： オイルの状態を判断するのに役立つが、その値は温度に大きく影響される。

3. 部分放電のオンラインモニタリング (オンライン部分放電モニタリング）

• 診断的意義： 絶縁システム内の「がん細胞」の早期発見とみなされる。部分放電は、最終的な絶縁破壊の主な原因のひとつです。オンライン・モニタリングは、放電信号がまだ弱い初期の段階で捉えることができます。

• 主要なモニタリング技術：

  • 超高周波（UHF）方式： UHFアンテナセンサーは変圧器タンクに設置され、放電により発生する電磁波信号を受信する。高感度で外部干渉に強く、放電源を特定できる。

  • アコースティックだ： 音響センサーは、放電によって生成された超音波信号を受信するためにボックスの壁に取り付けられている。主に放電源の正確な位置決めに使用される。

  • 高周波電流法（HFCT）： 高周波変流器は、放電によって発生するインパルス電流を検出するために、高圧ブッシング、中性点または接地ラインに設置される。

4. 高圧ケーシングのオンラインモニタリング (オンライン・ブッシュ・モニタリング）

• 診断的意義： 高圧ブッシングは変圧器の外部絶縁部品の中で最も脆弱であり、故障率の高い部品の一つである。絶縁の損傷は突然起こることがよくあります。

• 主なモニタリングパラメータ：

  • 誘電損失係数（tanδ）： 水分、汚れ、断熱材の内部欠陥に非常に敏感で、tanδの著しい増加は断熱材の劣化を示す重要な指標となる。

  • キャパシタンス（C1）： 静電容量の変化は、ターン間短絡のようなケーシングの主絶縁における重大な欠陥の有無を反映する。

  • 漏れ電流分析： ケーシングのエンドスクリーンからグランドに流れるリーク電流を分析することで、tanδとキャパシタンスを計算することができる。

パートIII：システム・アーキテクチャとデータ・フュージョン診断

最新の断熱モニタリング・システムは、単なるセンサーの積み重ねではなく、階層化されたインテリジェント・システムである。

• 知覚層： DGA、マイクロ水、局所放電、ケーシングなど、さまざまなセンサーで構成されている。

• 獲得および送信レイヤー： さまざまなタイプのデータ収集ユニットが、光ファイバーまたは産業用バスを介してローカル・モニタリング・ホストにデータを収集する。

• 分析・診断レイヤー： これがシステムの「頭脳」である。バックエンドのエキスパート・システムやAI診断プラットフォームは、さまざまなセンサーからのデータを処理する。データ・フュージョン分析.例えば、H₂信号とUHF信号の同時検出は、部分放電の存在の高度な確認を提供する。C₂H₂信号と激しいUHF信号の両方が同時に存在する場合、これは故障が危険なアーク放電に進行したことを示す。この交差検証能力は、単一のモニタリング技術では比類がない。

パートIV：統合モニタリングシステムの技術仕様の概要

パートV：よくある質問（FAQ）

Q1: なぜDGAやマイクロウォーターモニタリングではなく、統合モニタリングシステムを使うのですか？
答えてくれ： 変圧器の絶縁故障のメカニズムは複雑であり、故障の種類によって監視パラメータに対する感度が異なる。例えば、DGAはゆっくりと進行する熱故障に対しては非常に敏感ですが、突然のケーシング破壊に対しては警告が不十分な場合があります。一方、局所放電モニタリングは、DGAでは検出が困難な微小な絶縁空隙放電を検出することができる。多次元からの情報を組み合わせることによってのみ、完全な診断チェーンが形成され、あらゆるタイプの故障を包括的にカバーし、「盲人が象を感じる」ことを避けることができます。

Q2: このシステムの投資収益率（ROI）はどのくらいですか？
答えてくれ： これは主に3つの分野に反映されている：

1. 大惨事を避ける： 変圧器の焼損や広範囲に及ぶ停電につながりかねない重大な故障をうまく警告することで回避できた直接的・間接的な損失は、システムのコストをカバーするのに十分だっただろう。

2. O&M戦略の最適化： 時間ベースの計画的メンテナンスから、実際の状況に基づく予知的メンテナンスに移行することで、不必要な停電とメンテナンスのオーバーヘッドが削減される。

3. 資産の寿命を延ばす： 過度の湿気や局所的な過熱などの問題を早期に発見し対処することで、絶縁劣化の速度を効果的に遅らせることができ、変圧器のような高価な資産の実際の寿命を延ばすことができる。

Q3：IMSにおける人工知能（AI）の役割とは？
答えてくれ： AIは診断精度を向上させる鍵です。従来の監視システムは固定されたアラームしきい値に依存しており、アラームの誤検出や見逃しが発生しやすい。AI診断モデルは、膨大な過去の監視データと故障事例を学習することで、複雑な複数パラメータの相関モデルを構築することができる。AI診断モデルは、膨大な過去の監視データと故障事例を学習することで、複雑な複数パラメータの相関モデルを構築することができ、単一のパラメータでは検出しにくい故障兆候の弱い組み合わせを特定し、故障の発生傾向を予測し、さらにはインテリジェントな運転とメンテナンスの提案を行い、システムのインテリジェンスを大幅に向上させることができます。

Q4.完全な統合監視システムの設置は複雑で、長時間の停電が必要ですか？
答えてくれ： 必要ない。最新のオンライン・モニタリング・システムは、設置の容易さを念頭に置いて設計されています。DGA（バイパス油回路経由）、マイクロ水、局所放電、ブッシング監視ユニットを含むすべてのセンサーは、通常の変圧器運転中に設置できます。全工程は通常1～2日以内に完了し、グリッド運転への影響は基本的にありません。