変圧器故障の巻線変形の原因と予防

変圧器巻線変形は変圧器の運転中によく見られる故障の一つであり、その発生原因は多様であり、変圧器の安全運転に深刻な脅威を構成する。変圧器の巻線変形の詳細な解析を次に示します。

一、変圧器巻線変形の主な原因

1. 設計、製造原因：

• 短絡強度が不足し、動安定性が劣るなど、設計が不合理である。

• 製造過程において、押え具、支持具の強度、剛性が不足し、組み立て時のコイルの異心、押え不良などの欠陥または不合理な要素が存在する。

2. 運転中の短絡障害：

• 変圧器は運転中に各種短絡故障の試練を受けることは避けられないが、変圧器自体の構造に不合理な点や機械的強度が不足すると、変圧器巻線の変形や変位を引き起こす。

• 短絡過程において、巻線は固有と強制振動からなる複雑な振動が現れ、絶縁に弛緩、パッドの位置ずれ、鉄心ねじの緩みをもたらし、続いて巻線の変形を促した。

3. 輸送中の衝撃：

• 輸送中の衝撃による巨大な動力も巻線の変位、変形を引き起こす。

二、変圧器巻線変形の主な形式と特徴

1. 全体的な変形:

• 輸送中の衝撃、傾斜、振動などの外力により、巻線変位を引き起こす。変形巻線の寸法は変化しないが、鉄心の相対変位は変化し、巻線のインダクタンスとケーキ間容量は変化しないが、対地容量は変化する。

2. ローカル変形:

• 煎餅間の局所的な変形により、一部の緩んだ電線煎餅は短絡電磁力によって押し出され、他の一部の電線煎餅は引き伸ばされ、容量の変化をもたらした。

3. ターン間短絡：

• 巻線にターン間短絡が発生した後、インダクタンス値が低下し、スペクトル曲線の変化が明らかになり、振幅が増大し、いくつかの共振点のピークが消失した。しかし、このような状況は捕捉しにくく、発生すると電線のターンが焼損し、変圧器が深刻な損傷を受けることになる。

4. ワイヤシフト変形：

• ワイヤが長く固定されていない場合、動作中に変位と変形が発生します。ワイヤシフトにより、等価回路内の2つのポートの容量が変化し、スペクトル曲線に影響を与えることがあります。

5. 放射状変形：

• 巻線が径方向力を受けると、内部巻線は内向きに収縮し、直径が小さくなり、インダクタンスが小さくなる。このとき、内外巻線間の距離が大きくなり、その容量が小さくなり、スペクトル中の共振ピークが高周波方向に移動し、振幅が大きくなる。

6. 軸方向のツイスト変形:

• トランス巻線間の隙間が大きいか、一部のステーが移動すると、巻線は電磁力によって軸方向にS字状にねじれます。このとき、一部のケーキ間容量と対地容量は減少した。

三、変圧器巻線変形の危害

1. 変圧器の破損：

• 巻線の変形は変圧器の損傷を直接招く可能性があり、運転を続行できない。

2. 絶縁強度の低下：

• 巻線の変形は変圧器の絶縁材料の損傷や絶縁距離の変化を引き起こし、絶縁強度の低下を招き、長期の正常電圧や過電圧の作用の下で、最終的に絶縁破壊を招く可能性がある。

3. 機械的強度の低下：

• 巻線が変形すると、絶縁状態が損なわれなくても、コイルの機械的強度が低下する。再び短絡故障に見舞われると、巨大な電気動力に耐えられず破損する。

四、変圧器巻線変形の検出と予防

1. 検出方法：

• 周波数音響解析法（Frequency Response Analysis、FRA）：変圧器の各巻線の振幅周波数応答特性を検出することにより、巻線が変形しているかどうかを判断する。

• 短絡インピーダンス法：変圧器巻線中の漏れ感の変化をテストすることにより巻線が変形しているかどうかを判断する。

• その他の方法としては、低圧パルス法、容量変化法、超音波検出法、振動法などが挙げられる。

2. 予防措置：

• 変圧器の製造品質を厳格に制御し、設計が合理的で、製造が精巧であることを確保する。

• 変圧器の運転状態の監視を強化し、巻線の変形問題をタイムリーに発見し、処理する。

• 母線に短絡が発生する機会を減らし、母線側に短絡が発生したら、保護はできるだけ早く母線給電変圧器を切除しなければならない。

• 運転中の大型変圧器に対して周波数応答解析の測定を行い、事故発生後の周波数応答解析結果と比較し、変圧器巻線の変形程度を合理的に判断する。