乾式変圧器のオンラインモニタリング

乾式変圧器は、オイルフリー動作、優れた耐火性、低メンテナンス性により、高層ビル、都市鉄道、データセンターなど、電源の安全性が厳しく求められる場面で広く使用されている。そのオンライン・モニタリング技術機器の運転中に主要なパラメータをリアルタイムで収集することにより、隠れた故障の早期発見と警告を実現し、計画外のダウンタイムを回避することができる。以下は、監視の核心パラメータと目的、主要な監視技術原理、システム構成、応用価値、開発動向、応用上の考慮事項についての包括的な説明である。

I. モニタリングの核となるパラメータとモニタリングの目的

乾式変圧器の故障の多くは、次のような場合に発生する。温度の異常上昇、部分放電の発生、絶縁特性の劣化、電気的パラメータの逸脱これに関連して、「早期発見、正確な診断、タイムリーな治療」という目標を達成するためには、以下のようなコア・パラメーターについてオンライン・モニタリングを実施する必要がある：

モニタリング・パラメーター	コア・モニタリングの目的	関連する故障の種類
巻取り温度	絶縁材料の経年劣化を促進する巻線の過熱を防ぎ、ターン間短絡故障を回避する。	機器の過負荷、冷却ファンの故障、巻線のターン間絶縁損傷
コア温度	鉄心の多点接地による局部過熱と珪素鋼板損失の異常上昇を回避	コアの接地不良、コアラミネーションの緩みまたは損傷
部分放電	断熱システムの内部欠陥（空隙、ひび割れなど）を特定し、断熱材の破壊を防ぐ。	絶縁材料の経年劣化、巻線表面の汚れ、製造工程の欠陥
絶縁抵抗 / 誘電損失	断熱システムの全体的な性能を評価し、断熱材の湿気と経年劣化の程度を判断する。	断熱材の湿気、表面沿面、断熱材の特性劣化
負荷電流/電圧	機器の実際の負荷を監視し、電流不均衡が機器に与える影響を分析する。	三相負荷不均衡、外部短絡衝撃、過負荷運転
周囲温度と湿度	温度監視データ（周囲温度は機器の冷却効率に直接影響する）を補正し、高湿度環境による断熱材の湿気を警告	過度の周囲湿度は、断熱材の這い上がりを誘発し、断熱性能を低下させる。

II.主要なモニタリング技術の原則

モニタリングデータの精度と安定性を確保するためには、さまざまなモニタリングパラメーターを乾式変圧器の構造特性（オイルフリー、空冷式、強制空冷式）と組み合わせて、適切な技術を選択する必要がある：

1.温度モニタリング：直接と間接を組み合わせ、温度測定の死角をなくす

乾式変圧器の巻線はエポキシ樹脂で封止されているため、従来の接触温度測定法では封止構造による制約があり、「間接温度測定＋直接温度測定」の組み合わせが必要となる：

赤外線温度センサーは、巻線の表面またはコアの露出部分から放射される赤外線エネルギーを受信し、黒体放射の法則に従って対応する温度値を計算します。この技術は、装置の構造を破壊することなく簡単に設置できるが、環境のほこりや光の干渉を受けやすく、センサーレンズの定期的な清掃とメンテナンスが必要である。

蛍光光ファイバーセンサーの温度検出プローブは、巻線内部のホットスポット領域に埋め込まれるか、貼り付けられ、センサーの受信端は温度復調器と接続されている。動作時、復調器は光ファイバーを通して紫外線パルス励起光を温度検出プローブに送り出し、プローブ内の蛍光物質を励起して蛍光を発生させる。励起光が停止した後、蛍光残光は光ファイバーを通して復調器に伝送され、光電変換素子によって電気信号に変換された後、MCUを通して蛍光寿命を計算し、蛍光寿命と温度の対応関係に従って温度値を出力する。この技術は電磁干渉に強く（光ファイバーは導電性材料でできていない）、温度測定精度は±0.5℃、応答速度も速い。

強制空冷(AF)システムのファンの運転電流と速度信号を同期的に収集し、電流値と異常速度の変化を通じて、ファンの遮断や故障などの故障の有無を判断し、冷却システムが正常に放熱の役割を果たすようにする。

2.部分放電のモニタリング：干渉防止の問題に焦点を当てる

乾式変圧器は、高電圧の環境で動作し、局所的な放電信号の振幅が弱い（通常数十〜数千ピコキュリー）、グリッド高調波、スイッチング操作やその他の電磁干渉の影響を受けやすく、効果的な監視を達成するための技術の "信号収集+干渉防止処理 "の組み合わせの必要性：

ハードウェアレベルでは、干渉信号を抑制するためにバンドパスフィルタとシールドケーブルが使用され、ソフトウェアレベルでは、収集された信号を処理し、干渉成分を除去し、効果的な局所放電信号を抽出するために、ウェーブレット変換、閾値ノイズ除去、特異値分解およびその他のアルゴリズムが使用される。

3.断熱性能モニタリング：断熱材の経年劣化傾向の評価

乾式変圧器の絶縁材料（エポキシ樹脂、グラスファイバー）は、長期間の温度、電界、湿度によって老化が起こるため、絶縁システムの状態を評価するために以下のパラメータで監視する必要があります：

オンライン絶縁抵抗テスターを使用して、変圧器が非通電または低負荷（電界干渉を減らすため）で動作しているときに、巻線に指定の直流高電圧（例えば10kV）を印加して、巻線の対地および巻線間の絶縁抵抗を測定します。絶縁抵抗値が標準値の1/3以下に低下した場合、絶縁システムに湿気や経年劣化の問題がある可能性を示します。

高電圧誘電損失試験機を介して交流高電圧を印加し、エネルギー損失の作用下で電界中の絶縁材料を測定し、tanδ値で表されます。tanδ値が大きいほど、絶縁損失がより深刻であることを示し、老化の程度が高い;室温乾式変圧器のtanδ値は、通常、0.005以下に制御する必要があります。

4.電気的パラメータ監視：機器動作負荷のリアルタイム制御

電流トランス（CT）と電圧トランス（PT）を通して三相電流と電圧信号を収集し、インテリジェントな電力収集モジュールと組み合わせて電力、力率、負荷率などのパラメータを計算します：

III.オンライン・モニタリング・システムのコンポーネント

乾式変圧器の完全なオンライン・モニタリング・システムは、以下のように構成されています。センシング層、トランスポート層、分析層、アプリケーション層これは4つのレイヤーで構成され、「データ収集-送信-分析-早期警報」という閉ループのオペレーションメカニズムを形成している：

1.知覚層：データ収集の基礎

様々なタイプのセンサーとデータ収集モジュールで構成され、高電圧環境下での絶縁要件と干渉防止性能を満たす必要がある：

2.トランスポート層：データ伝送路

センシングレイヤーで収集された生データを分析レイヤーに伝送する役割を担っており、データ伝送の安定性と安全性が保証されなければならない：

3.分析レイヤー：データ処理コア

エッジコンピューティング・ゲートウェイまたはクラウドサーバーで構成され、アルゴリズムによって生データを処理・分析し、デバイスの動作状態を判断する：

4.アプリケーション層：ユーザー・インタラクション・インターフェイス

モニタリング結果を表示し、ローカルモニタリング端末、ウェブプラットフォーム、モバイルAPPを通じてユーザーに操作機能を提供する：

IV.オンライン・モニタリング・アプリケーションの価値

従来の「定期点検」モードと比べ、乾式変圧器のオンライン監視技術は、安全性と経済性に大きなメリットをもたらす：

絶縁劣化、部分放電、その他の隠れた危険（例えば、部分放電の急激な増加は、通常、1～3ヶ月以内に絶縁破壊が発生する可能性があることを示している）を早期に特定することで、メンテナンス作業の時間を確保し、突然の設備故障による生産中断を回避する（例えば、データセンターの停電は、1時間あたり数十万ドルの経済損失を引き起こす可能性がある）。

従来の検査は手作業の経験に頼っており、「オーバーホール」（耐用年数に達していない部品の交換など）や「漏れ」の問題が発生しやすい。オンライン・モニタリングは、機器の実際の運転状況に基づいて検査計画を策定し（絶縁抵抗指数が正常な場合は検査サイクルを延長するなど）、検査回数と投資コストを削減する。オンライン監視により、点検回数と投資コストを削減できる。

負荷と温度をリアルタイムで監視することで、機器の長期的な過負荷や過熱運転を回避し、絶縁材料の老化を遅らせ（巻線温度が10℃下がるごとに絶縁寿命が1倍延びるという研究データがある）、変圧器の耐用年数を5～8年延ばし、資産の利用効率を向上させる。

乾式変圧器には油漏れ火災の危険性はないが、絶縁体の老朽化によって短絡火災が発生する可能性がある。オンライン監視システムは、火災や爆発などの安全事故を回避するため、電源供給を遮断する故障遮断器の初期段階でリンクすることができる。

V. 技術開発動向

電力システムの "インテリジェント、デジタル "への移行に伴い、乾式変圧器のオンライン監視技術は次のような発展方向を示している：

単一のパラメータは、完全に機器の動作状態を反映することはできません、将来的には「温度+局所放電+絶縁+振動」マルチパラメータ融合分析を実現し、AIアルゴリズムを介して機器の「健康指数」を構築し、故障診断の精度を向上させる。

従来の有線センサーは設置が複雑であったが、今後はパッシブ型無線センサー（電磁誘導や振動エネルギー収集に基づくセンサーなど）が設置コストを削減するために多く使用されるようになり、古い変圧器の改造プロジェクトにも適している。

乾式変圧器のデジタルツインモデルを構築し、オンラインモニタリングデータと物理モデルを組み合わせ、さまざまな負荷や環境条件下での機器の稼動状態をシミュレーションし、「故障シミュレーション-早期警告-点検・保守計画の最適化」というライフサイクル全体の管理を実現する。

エッジコンピューティング・ゲートウェイの前処理データ＋クラウド・ビッグデータ分析」のモードを採用することで、データ伝送量の削減（エッジでの異常データのアップロードのみ）、リアルタイム対応力の向上（エッジでのローカル機器連携制御が可能）を実現すると同時に、クラウドのコンピューティングパワーを活用し、複数機器の協調診断（例えば、地域内の複数変圧器の状態比較分析）を実現する。

アプリケーションに関する考慮事項

高電圧側センサーは、絶縁不足による安全事故を避けるため、対応する絶縁レベル要件（10kV変圧器センサーの絶縁レベル≥35kVなど）を満たす必要があります。屋外センサーは、防水・防塵性能を確保するため、保護等級IP65以上が必要です。

センサーケーブルはシールドする必要があり、高電圧ケーブルとの並列敷設は避ける（間隔≥0.5m）。部分放電監視装置は、電磁干渉の影響を低減するために、周波数変換器、静的無効発電機（SVG）およびその他の高調波発生源から遠ざける必要がある。

センサーのドリフトによるモニタリングデータの歪みを避けるため、センサーは1～2年ごとに校正する必要がある（例えば、蛍光式光ファイバーセンサーは標準温度計に対して校正される）。

データ伝送プロセスにはAESなどの暗号化アルゴリズムを使用し、クラウドプラットフォームにはデータの漏洩や悪意のある改ざんを防ぐため、段階的なアクセス権限（管理者と運用保守担当者の権限差別化など）を設定する必要がある。

要約すると、乾式変圧器のオンライン・モニタリング技術は、電力設備の「状態維持」を実現するための重要なサポートであり、重要なパラメーターを正確に収集し、設備の状態をインテリジェントに分析することで、電力系統の信頼性と経済性を大幅に向上させることができる。この技術が進歩し続けるにつれて、スマートグリッドや新しい電力システムへの応用はより広範囲に及ぶだろう。