変圧器オイル中のマイクロウォーターのオンライン・モニタリング・システム：技術、データ、診断

電力変圧器の絶縁システムでは、絶縁油と絶縁紙（セルロース）が油・紙複合絶縁を形成している。水（H₂O）はこのシステムで最も危険な不純物の一つであり、その含有量を正確にモニタリングすることは、変圧器の健全性を評価し、絶縁破壊事故を防止し、設備の寿命を延ばすための核心的な側面である。変圧器油中の微小水のオンライン監視システムは、この目標を達成するための重要な予防保全（PdM）技術である。

第1部：オイルペーパー断熱システムにおける水分の危険なメカニズム

変圧器の絶縁システムに対する湿気によるダメージは多面的であり、中核的な危険は絶縁の経年劣化の促進と絶縁強度の低下である。

1. 固体断熱材（断熱紙）の経年劣化の促進： 水はセルロースの加水分解反応の主触媒である。セルロースの分子鎖が1本切断されるごとに、水分子が1個消費される。含水率が高いほど加水分解反応の速度は速くなり、その結果、絶縁紙の重合度（DP）が急激に低下し、機械的強度が低下し、最終的には脆くなり、破損する。

2. 絶縁油の耐圧を下げる： オイルに溶けている水は絶縁破壊電圧にほとんど影響を与えないが、水が飽和状態に達し、自由水（微小な水滴）の形で存在すると、オイルの絶縁破壊電圧は著しく低下する。電界の作用により、水滴は分極して伸長し、導電路を形成しやすくなり、絶縁破壊の引き金となる。

3. 誘導部分放電（PD）： 水分は絶縁材料の放電電圧の立ち上がりを低下させる。特に油と紙の界面や絶縁体のわずかな空隙に水分が存在すると、部分放電の危険性が著しく高まります。

4. 「バブル効果」のリスク： 変圧器の負荷が急激に増加したり、温度が急激に上昇したりすると、絶縁紙中の水分が急速に蒸発しますが、油への溶解が間に合わず、巻線表面にガスの気泡が形成されます。ガスの絶縁耐力はオイルのそれよりもはるかに低く、この気泡は動作電界下で非常に破壊されやすく、破局的な巻線間短絡や層間短絡につながる可能性があります。

パートII：変圧器内部の湿気の原因

• 製造残留物： 変圧器本体の真空乾燥処理が不完全で、絶縁材料に初期水分が残っている。

• 外部からの侵入： 密閉不良（ブッシングやガスケットの経年劣化など）、ブリーザー内の吸湿、不適格なオイル注入やオイルろ過プロセスにより、空気中の水分が変圧器内部に侵入する。

• 内部生成： 絶縁紙の通常の老化過程では、セルロースの分子鎖が切断され、副産物として水分子が生成される。これは自己加速的な老化プロセスである。

第三部：オンライン監視システムの動作原理と構成

マイクロウォーター・オンライン・モニタリング・システムは、変圧器油回路に検出プローブを設置することにより、絶縁油中の水分含有量を連続的に測定することができます。

1. センシング＆計測ユニット（コア）：

   • 技術的原則： 汎用静電容量式薄膜センサー（薄膜センサー）.センサーの中心にあるポリマーフィルムは、吸着した水分子の数によって誘電率が変化し、静電容量値が変化する。静電容量値の変化を測定することで、オイル中の水分パラメータを正確に計算することができる。

   • 取り付け方法： 通常、ボールバルブによって変圧器本体のオイルドレンまたはバックアップバルブに取り付けられ、プローブはオイルに直接浸漬される。代表的な測定を確実に行うには、主なオイル循環（クーラーの入口ラインと出口ラインなど）を反映する場所に設置するのが望ましい。

2. データ収集・送信ユニット：

   • センサーから出力される容量性信号を標準化されたデジタルまたはアナログ信号に変換します。

   • 温度センサーを内蔵し、水分測定値を温度補正することで、より正確な測定値を提供。

   • 多くの場合、検出プローブと一体化された構造になっている。

3. 通信表示装置：

   • ローカル・デジタル表示機能を備え、現場検査員がデータを読みやすい。

   • データはRS-485（Modbusプロトコル）または4-20mAアナログ出力を介して、変電所のバックオフィス監視システム（SCADA）または専用データサーバーに送信されます。

パートIV：主要モニタリング指標の解釈：ppmと水分活性（aw）の比較

オンライン・モニタリング・システムは通常、2つのコア指標を提供しており、その違いを理解することが重要である。

• 絶対水分率（ppm - パーツ・パー・ミリオン）。

  • 定義 質量比。絶縁油1キログラム中に何ミリグラムの水が含まれているかを示す（mg/kg）。

  • 制限： それは温度依存性が高いパラメータ水分の総量が変化しない条件下では、油温が上昇すると油の水分に対する溶解度が高くなり、絶縁紙中の水分が油に移行して油中のppm値が高くなり、逆に油温が低下すると油中のppm値は低下する。したがって、単純なppm値では、固体断熱材中の水分の程度を正確に反映することはできない。

• 水分活性（aw - 水分活性）または相対飽和度（%RS）。

  • 定義 aw = P / P₀、ここでPはオイル中の水の蒸気圧、P₀は同じ温度での純水の飽和蒸気圧。0（完全に乾燥）から1（飽和）までの範囲で、オイル中の水分の蒸発傾向または「活気」を示す。%RS = aw × 100%。

  • アドバンテージだ： 水の活動はオイルペーパー断熱システムの湿度を特徴づける平衡状態パラメータ油と紙の水分平衡の場合、油の水分活性は紙の水分活性と等しい。油と紙の水分平衡の場合、油の水分活性は紙の水分活性と等しくなる。awは固体断熱材に対する水分の「濡れ」圧力を直接反映したもので、温度変化とは無関係である。したがって、水分活性（aw）は、固体断熱材が湿気にさらされているかどうかを示す、より基本的で信頼できる指標である。

パートV：代表的な技術パラメーター

パート6：よくある質問（FAQ）

Q1: オンライン・モニタリング・データは、変圧器の絶縁状態を判断するためにどのように利用できますか？
答えてくれ： に焦点を当てるべきである。水分活性（aw）歌で応えるデータ・トレンド.

• aw < 0.2： 断熱材は乾燥しており、良好な状態である。

• 0.2 ≤ aw < 0.4： 断熱材中のわずかな水分には注意が必要で、オイルクロマトグラフィーのデータと組み合わせて総合的に判断する。

• aw ≥ 0.4： 断熱材は湿気に深刻な影響を受け、「バブル効果」の危険性があるため、計画的に乾燥させる必要がある。

• トレンド分析 長期間にわたってaw値が安定している場合は、密閉性が良好であることを示している。aw値が一定で緩やかな増加傾向を示す場合は、断熱材が劣化しているか、外部からの水分の侵入が緩やかであることを示している可能性がある。aw値が温度によって大きく変動する場合は、固体断熱材が高レベルの水分を含んでいることを示している。

Q2: オンライン・マイクロ水モニタリング装置を設置するのに停電は必要ですか？
答えてくれ： 通常は不要。このユニットは圧力下での設置用に設計されています。特別な高圧ボールバルブを使用することで、運転中の変圧器のバルブに安全に取り付けることができます。設置プロセス全体が変圧器の正常な動作に影響を与えることはありません。

Q3: オンラインモニタリングのppm値とラボアッセイのppm値に差があるのはなぜですか？
答えてくれ： 違いは主に以下の点に起因する。サンプリング時と測定時の温度の違い.オンラインモニタリングがリアルタイムで油温を測定するのに対して、オイルサンプルの温度は実験室での測定前に室温に変更される。ppm値は温度に敏感であるため、2つの値は通常比較できない。一方、水分活性(aw)は、平衡状態では温度の影響をほとんど受けないため、オンラインaw値は実験室でのaw値とよく一致するはずである。

Q4: このシステムは、従来のオフラインのオイル検査を完全に置き換えることができますか？
答えてくれ： 完全な代用品ではなく、互いに補完し合うものである。オンライン・モニタリングは以下を提供する。継続的なデータと傾向これはオフライン検査では不可能であり、異常のタイムリーな検出と傾向分析に不可欠である。これとは対照的に、ラボでの定期的な油試験（油クロマトグラフィDGA、絶縁破壊電圧試験など）は、油の品質に関するより包括的な情報を提供します。ベスト・プラクティスは、オンライン・モニタリング・データと定期的な検査結果を組み合わせて、変圧器の状態を包括的、3次元的に評価することである。