JP4703223B2

JP4703223B2 - 油入変圧器の劣化診断方法

Info

Publication number: JP4703223B2
Application number: JP2005071105A
Authority: JP
Inventors: 昭久山路
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: JP2006250872A

Description

本発明は、ＣＯ₂＋ＣＯ法、フルフラール法、重合度法等を用いる油入変圧器の劣化診断方法に関する。

油入変圧器の寿命は、主にコイル絶縁紙の機械的強度の低下（平均重合度の低下）で決まるとされている。そして、コイル絶縁紙の寿命レベルは、１９９３年に発行された日本電気工業会規格（ＪＥＭ規格）で平均重合度４５０とされており（ＪＥＭ１４６３）、これによると、コイル絶縁紙の初期の平均重合度が１０００前後であるとして、油入変圧器の寿命は約３０年である。尚、平均重合度とは、絶縁紙を構成するセルロースにおける六角形のグルコース環の平均的な繰り返し数をいう。

このような油入変圧器にあっては、設計製作技術や保守点検技術の進歩によって信頼度が向上し、寿命に至るまでの間に起こる事故は年々減少しているとはいうものの、発生した場合の影響は非常に大きなものになるため、異常を早期に発見して大事故に至ることを未然に防止するという観点からは、２０年程度以上経過した油入変圧器の劣化診断を行うのが好ましいとされている。

油入変圧器の劣化診断は、変圧器内部の絶縁油を採取し、この絶縁油中の特定成分を分析した上で、この特定成分の量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する方法（例えば、ＣＯ₂＋ＣＯ法、フルフラール法）と、変圧器内部の採取可能な絶縁物（例えば、プレスボード、リード絶縁紙）を採取し、この絶縁物の平均重合度を求めることにより、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する方法（例えば、重合度法）とに大別される（非特許文献１）。

絶縁油中ガス分析では、絶縁油中に出てきている一酸化炭素（ＣＯ）と二酸化炭素（ＣＯ₂）も分析され、コイル絶縁紙の分解成分に起因するこれら（ＣＯ₂＋ＣＯ）量が劣化診断に利用される。これがＣＯ₂＋ＣＯ法である。ＣＯ₂＋ＣＯ法では、例えば図３（イ）に示すような、（ＣＯ₂＋ＣＯ）量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係図が提供されており（非特許文献２）、この相関関係図からコイル絶縁紙の平均重合度を推定することができるようになっている。例えば、安全サイドで劣化診断を行う場合、（ＣＯ₂＋ＣＯ）量が０．２［ｍｌ／ｇ］を越えれば、平均重合度が４５０を下回り、油入変圧器が寿命を迎えたということになる。

また、コイル絶縁紙を構成するセルロースの分解過程でアルデヒド成分のフルフラールが生成される。生成されたフルフラールの大部分は絶縁紙に吸着されるのだが、その一部は絶縁油に溶解する。この絶縁油に溶解したフルフラール量が劣化診断に利用される。これがフルフラール法である。フルフラール法では、例えば図３（ロ）に示すような、フルフラール量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係図が提供されており（非特許文献２）、この相関関係図からコイル絶縁紙の平均重合度を推定することができるようになっている。例えば、安全サイドで劣化診断を行う場合、フルフラール量が０．００１５［ｍｌ／ｇ］を越えれば、平均重合度が４５０を下回り、油入変圧器が寿命を迎えたということになる。

さらに、変圧器の運転停止中、開放点検等の機会に変圧器内部から絶縁に影響のない部分のプレスボードを採取してコイル絶縁紙の劣化診断を行う方法が重合度法である。平均重合度の測定方法は、日本電気工業会規格ＪＥＭ１４５５に規定されており、「試料の漂白、脱リグニン」、「試料の細分化」、「一定の質量の秤量」、「銅エチレンジアミン溶液への溶解」、「比粘度の測定」、「平均重合度の計算」という手順で行われる。重合度法は、コイルの最も温度の高いホットスポット部分のコイル絶縁紙の劣化度を推定する方法である。尚、重合度法と類似する方法として、プレスボードの代わりにリード絶縁紙を採取し、その平均重合度からホットスポット部分の劣化度を推定する方法も提案されており、本願においては、特に断りがない場合、両者を含めて重合度法と呼ぶことにする。

経年変圧器の信頼性維持技術調査専門委員会、「経年変圧器の信頼性維持技術の現状と動向」、電気学会技術報告、電気学会、平成１５年３月、第９２２号、ｐ20−27 電力用変圧器保守管理専門委員会、「油入変圧器の保守管理」、電気協同研究、電気協同研究会、平成１１年２月、第５４巻、第５号（その１）

しかしながら、これらの方法にはそれぞれ一長一短がある。ＣＯ₂＋ＣＯ法やフルフラール法は、絶縁油を変圧器の運転中でも採取することができるため、劣化診断に際して変圧器の運転を停止する必要はなく、いつでも劣化診断を行うことができ、しかも、絶縁油の採取が容易であるため、簡便且つ安価な方法という長所はあるが、油入変圧器の運転温度条件による劣化の度合が異なってくるため、診断結果の精度は良くないという短所がある。また、（ＣＯ₂＋ＣＯ）量やフルフラール量は、コイル絶縁紙の平均重合度と異なるディメンジョンであるため、この点でも診断結果の精度は良くない。これらの事実は、図３に示す相関関係図が幅を有するものであることからも理解できる。

一方、重合度法は、コイル絶縁紙の平均重合度ではないが、同じディメンジョンであるプレスボードやリード絶縁紙の平均重合度を実測するものであるため、ＣＯ₂＋ＣＯ法やフルフラール法に比べて診断結果の精度が高いという長所があり、理想的な方法であるが、変圧器の運転が停止していなければ試料を採取することができないのは勿論のこと、変圧器の分解をも行わなければならないため、非常に高価な方法であり、劣化診断のモニタリング（継続的な劣化診断）には適さない。

そこで、本発明は、両者の長所を活かすことができる、即ち、劣化診断を簡便且つ安価に行うことができると共に、高い精度の診断結果を得ることができる油入変圧器の劣化診断方法を提供することを課題とする。

本発明は、油入変圧器を使用してから寿命に至るまでの間の所定時点で、油入変圧器内部の絶縁油を採取し、該絶縁油中のＣＯ ₂ 及びＣＯを分析した上で、該ＣＯ ₂ 及びＣＯの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定するＣＯ ₂ ＋ＣＯ法、又は、絶縁油中のフルフラールを分析した上で、該フルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定するフルフラール法を基本として行いつつ、前記所定時点と同じタイミングあるいはそれと大きく時期がずれない間に行われる油入変圧器の開放点検時点で、油入変圧器内部の採取可能な絶縁物を採取し、該絶縁物の平均重合度を求めることにより、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する重合度法を行い、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法により推定されたコイル絶縁紙の平均重合度と重合度法により推定されたコイル絶縁紙の平均重合度との差分を求め、該差分に基づき、ＣＯ ₂ 及びＣＯの量又はフルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係を補正し、この適正化された相関関係に基づき、しかる後、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を定期又は不定期に実施することによってコイル絶縁紙の平均重合度をモニタリングすることを特徴とする。
この場合、診断結果の精度が良くないが、簡便且つ安価に行うことができるＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を基本としつつ、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法の短所を診断結果の精度が高い重合度法で補うことにより、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法における診断結果の精度を高めようとするものである。即ち、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法における特定成分の量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係は多分に誤差を有するものであるから、寿命に至るまでの間の所定時点で重合度法を行い、これから得られたコイル絶縁紙の平均重合度と、その時あるいは大きく時期がずれない間にＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を行って得られたコイル絶縁紙の平均重合度との差分を上記相関関係の有する誤差であるとしてこの相関関係を補正し、この適正化された相関関係に基づき、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を行っていけば、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法であっても、高い精度の診断結果を得ることができるのである。

また、本発明によれば、相関関係を補正した後のＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法によるモニタリング過程において行われる油入変圧器の開放点検時点で、重合度法を実施して相関関係を再度補正するような方法も採用することができる。
また、前記絶縁物として、油入変圧器のコイルの最も温度の高いホットスポット部分に近い位置に設けられて、それ自体の平均重合度がコイル絶縁紙の平均重合度と見なすことができるラインリード絶縁紙を選択することが好ましい。

また、前記相関関係を補正するとは、例えば、ＣＯ ₂ 及びＣＯの量又はフルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係を示す相関関係図において、該相関関係図に示される曲線を前記差分に基づいてシフト補正することである。

以上の如く、本発明によれば、基本はＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を採ることにより、簡便且つ安価に劣化診断を行うことができ、しかも、診断結果の精度が良くないというＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法の短所を診断結果の精度が高い重合度法で補うことにより、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法であっても、高い精度の診断結果を得ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る油入変圧器の劣化診断方法について図１に基づき説明する。尚、本実施形態に係る油入変圧器の劣化診断方法を開始するタイミングは特に限定されないが、２０年程度以上経過した油入変圧器の劣化診断を行うのが好ましいとされているので、油入変圧器を使用してから２０年目に開始するものとする。

まず、変圧器内部の絶縁油を採取し（Ｓ１）、この絶縁油中の特定成分である（ＣＯ₂＋ＣＯ）量を分析し（Ｓ２）、次に、求められた（ＣＯ₂＋ＣＯ）量から図３（イ）に示す相関関係図に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する（Ｓ３）。即ち、ＣＯ₂＋ＣＯ法を実施して（Ｓ１〜Ｓ２）、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する（Ｓ３）。

また、同じタイミングあるいはそれと大きく時期がずれない間に行われる開放点検等のタイミングで、ラインリード絶縁紙を採取し（Ｓ４）、このラインリード絶縁紙の平均重合度を計算し（Ｓ５）、次に、求められたラインリード絶縁紙の平均重合度からコイル絶縁紙の平均重合度を推定する（Ｓ６）。即ち、重合度法を実施して（Ｓ４〜Ｓ５）、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する（Ｓ６）。尚、ラインリードは、油入変圧器のホットスポット部分に近い位置に設けられるものであるため、ラインリード絶縁紙の平均重合度をコイル絶縁紙の平均重合度と見なすことができるか、あるいは小さい温度補正で済む。

次に、Ｓ３にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度とＳ６にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度との差分ｄを計算し（Ｓ７）、この差分ｄに基づいて図３（イ）に示す相関関係図を補正する（Ｓ８）。例えば、Ｓ３にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度よりもＳ６にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度の方が大きければ、図３（イ）に示す相関関係図よりも実際にはコイル絶縁紙の劣化が進行していなかったとして、図２（イ）に示すような（破線から実線への）補正が行われる一方、Ｓ３にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度よりもＳ６にて推定されたコイル絶縁紙の平均重合度の方が小さければ、図３（イ）に示す相関関係図よりも実際にはコイル絶縁紙の劣化が進行していたとして、図２（ロ）に示すような（破線から実線への）補正が行われる。

ＣＯ₂＋ＣＯ法では、上述の如く（［発明が解決しようとする課題］欄）、油入変圧器の運転温度条件によってコイル絶縁紙の劣化の度合が異なり、また、測定される（ＣＯ₂＋ＣＯ）量がコイル絶縁紙の平均重合度と異なるディメンジョンである上、図３（イ）を見てもわかるように、相関関係図自体が幅のあるものであるため、診断結果の精度が良くない。本実施形態の本質は、このような相関関係図を、コイル絶縁紙と同じディメンジョンであるラインリード絶縁紙の平均重合度を実測してこれに基づき補正することにより、相関関係図を適正化するところにある。

しかも、油入変圧器の寿命は、主にコイル絶縁紙の機械的強度の低下（平均重合度の低下）で決まるとされていること上述の如く（［背景技術］欄）であるが、より正確に言えば、油入変圧器の弱点部位である、コイルの最も温度の高いホットスポット部分におけるコイル絶縁紙の平均重合度の低下で決まると言え、本実施形態では、ホットスポット部分に近い位置に設けられているラインリード絶縁紙を採取してこの平均重合度を実測しているため、相関関係図の適正化の信頼性は高いと言える。

そこで、しかる後は、ＣＯ₂＋ＣＯ法を定期又は不定期に実施して、コイル絶縁紙の平均重合度をモニタリングする（Ｓ９）。これにより、ＣＯ₂＋ＣＯ法の短所を補いつつ、ＣＯ₂＋ＣＯ法の長所による利益を享受することができる。即ち、本実施形態によれば、ＣＯ₂＋ＣＯ法を基本として採用することにより、簡便且つ安価に劣化診断を行うことができ、しかも、途中で重合度法を実施してＣＯ₂＋ＣＯ法における相関関係を補正することにより、ＣＯ₂＋ＣＯ法であっても高い精度の診断結果を得ることができる。

尚、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、ＣＯ₂＋ＣＯ法を採用するようにしているが、これに代わりに、フルフラール法を採用するようにしてもよいし、あるいは、両者を併用するようにしてもよい。

また、上記実施形態においては、重合度法として、ラインリード絶縁紙を採取するようにしているが、タップリード絶縁紙やプレスボードを採取するようにしてもよい。但し、タップリードは、油入変圧器のホットスポット部分から離れた位置に設けられているため、相関関係図の適正化の信頼度を上げるためには、タップリード絶縁紙とコイル絶縁紙との間の温度補正処理の適正化が重要である。

また、上記実施形態においては、重合度法を一回だけ実施するようにしているが、これに限定されるものではない。例えば、補正後のＣＯ₂＋ＣＯ法によるモニタリング過程において開放点検等が予定されているのであれば、その時に重合法を実施して相関関係図を再度補正することで、さらに相関関係図の適正化を図ることができる。

また、上記実施形態においては、非特許文献２で提供されている相関関係図を用いているが、これに限定されず、他の学会、変圧器メーカー、絶縁紙メーカー等から提供されている既知の相関関係図を用いることもできる。

また、本発明に係る相関関係は、これら相関関係図だけではなく、学会、変圧器メーカー、絶縁紙メーカー等から提供されている相関関係式であってもよい。

本実施形態に係る油入変圧器の劣化診断方法のフローチャートを示す。同実施形態に係る油入変圧器の劣化診断方法によって補正された、（ＣＯ₂＋ＣＯ）量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係図を示す。（イ）は、電気協同研究会から提供されている（ＣＯ₂＋ＣＯ）量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係図、（ロ）は、電気協同研究会から提供されているフルフラール量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係図を示す。

Claims

油入変圧器を使用してから寿命に至るまでの間の所定時点で、油入変圧器内部の絶縁油を採取し、該絶縁油中のＣＯ ₂ 及びＣＯを分析した上で、該ＣＯ ₂ 及びＣＯの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定するＣＯ ₂ ＋ＣＯ法、又は、絶縁油中のフルフラールを分析した上で、該フルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係に基づき、コイル絶縁紙の平均重合度を推定するフルフラール法を基本として行いつつ、前記所定時点と同じタイミングあるいはそれと大きく時期がずれない間に行われる油入変圧器の開放点検時点で、油入変圧器内部の採取可能な絶縁物を採取し、該絶縁物の平均重合度を求めることにより、コイル絶縁紙の平均重合度を推定する重合度法を行い、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法により推定されたコイル絶縁紙の平均重合度と重合度法により推定されたコイル絶縁紙の平均重合度との差分を求め、該差分に基づき、ＣＯ ₂ 及びＣＯの量又はフルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係を補正し、この適正化された相関関係に基づき、しかる後、ＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法を定期又は不定期に実施することによってコイル絶縁紙の平均重合度をモニタリングすることを特徴とする油入変圧器の劣化診断方法。
相関関係を補正した後のＣＯ ₂ ＋ＣＯ法又はフルフラール法によるモニタリング過程において行われる油入変圧器の開放点検時点で、重合度法を実施して相関関係を再度補正する請求項１に記載の油入変圧器の劣化診断方法。
前記絶縁物は、油入変圧器のコイルの最も温度の高いホットスポット部分に近い位置に設けられて、それ自体の平均重合度がコイル絶縁紙の平均重合度と見なすことができるラインリード絶縁紙である請求項１又は２に記載の油入変圧器の劣化診断方法。
前記相関関係を補正するとは、ＣＯ ₂ 及びＣＯの量又はフルフラールの量とコイル絶縁紙の平均重合度との相関関係を示す相関関係図において、該相関関係図に示される曲線を前記差分に基づいてシフト補正することである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の油入変圧器の劣化診断方法。