(57)【要約】【課題】変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画される油入電気機器の変圧器本体の異常を簡易な方法で診断することができる油入電気機器の異常診断方法を提供すること。【解決手段】変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画された油入電気機器の異常診断方法であって、油入電気機器から変圧器本体絶縁油の試料を採取し、該試料油中のメチルビニルアセチレンの有無を分析することにより、油入電気機器の変圧器本体の異常を判定する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画された油入電気機器の異常診断方法であって、油入電気機器から変圧器本体絶縁油の試料を採取し、該試料油中のメチルビニルアセチレンの有無を分析することにより、油入電気機器の異常を判定することを特徴とする油入電気機器の異常診断方法。
【請求項２】
メチルビニルアセチレンが未検出の場合、油入電気機器の変圧器本体は正常と判定されることを特徴とする請求項１記載の油入電気機器の異常診断方法。
【請求項３】
メチルビニルアセチレンが検出された場合、油入電気機器の変圧器本体に異常があると判定されることを特徴とする請求項１記載の油入電気機器の異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油入電気機器の内部、特にコンサベータを使用している変圧器本体の異常診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
油入電気機器に使用されているコンサベータは、大別して、変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁ゴム状膜で区画されたタイプと、変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油がゴム状膜以外の隔壁で区画されたタイプがある。前者のコンサベータは、例えば図１に示すように、変圧器本体上部に設置され、負荷変動により変圧器内の本体絶縁油１１が膨張、収縮する際にコンサベータ１０の内部の隔壁ゴム状膜１２が応動することにより絶縁油の体積増減を吸収し、かつ外気と本体絶縁油１１の接触による劣化を防止する。また、隔壁ゴム状膜１２は、変圧器本体絶縁油１１と切換開閉器室油１３とを区画する隔壁の役割を果たしている。このため、隔壁ゴム状膜１２には、膨張収縮に応動する伸縮性、切換開閉器室油１３からガスの透過を防止して本体絶縁油１１の清浄性を保つガス不透過性及び耐油性に優れる材料のものが使用されている。
【０００３】
後者のコンサベータは、例えば図２に示すように、変圧器本体上部に設置され、負荷変動により変圧器内の本体絶縁油２１が膨張、収縮する際にコンサベータ２０内にある外気に連通したゴムセル２２が応動することにより絶縁油の体積増減を吸収し、かつ外気と本体絶縁油２１の接触による劣化を防止する。
【０００４】
いずれのコンサベータ１０、２０においても、切換開閉器室油１３、２３はタップ切換時に発生するアーク放電のため、使用中に徐々に汚損して絶縁性が低下すると共に、アセチレン、メチルビニルアセチレン、２−メチル−１,３ブタジエンなどのガス成分が増加してくる。一方、変圧器本体絶縁油は、変圧器本体内部において放電又は過熱等の異常が起きた場合、アセチレン、メチルビニルアセチレン、２−メチル−１,３ブタジエンなどのガス成分が増加してくる。また、コンサベータ１０、２０は、変圧器本体側において、変圧器本体絶縁油１１、２１内にタップ切換開閉器室が液密に配置されているため、シール不良が生じると、切換開閉器室油１３、２３に含まれるガス成分が変圧器本体絶縁油２１側に移動してくることがある。
【０００５】
油入電気機器の保守管理に関する効果的な一手法として、油中ガス分析による保守管理が電力会社他多数のユーザーで採用され、事故防止に役立っている（例えば、非特許文献１）。油中ガス分析による異常診断は、機器を停止することなく絶縁油を採取し、油中に溶存しているガス成分を抽出、分析してガスの量及び種類から放電や過熱などの異常を早期に発見する技術である。
【０００６】
油入電気機器の内部異常診断は、当初、絶縁油中に溶存しているエチレンガス、アセチレンガスなど数種類の低沸点ガスを、電気協同研究、第５４巻、第５号（１９９９）に報告されている分析方法（以下、電協研法と称する）を用いて行なっていた。近年では、分析技術の進歩に伴い、メチルビニルアセチレン、２−メチル−１，３ブタジエン等多種類の高沸点微量ガスを高感度で分析する新しい油中分析方法（以下、「高感度油中ガス分析方法」と言う。）が提案されている（特許文献１）。この高感度油中ガス分析方法により油入電気機器の内部異常診断を行なえば、各種絶縁材料の損傷に伴い特徴的に検出される成分及び本体絶縁油の放電、過熱分解時に検出される成分を同定し、損傷材料、損傷部位、異常様相の的確な識別、更には運転継続可否の的確な判定をすることができる（例えば、特許文献２）。
【非特許文献１】電気協同研究、第５４巻、第５号（１９９９）
【特許文献１】特開平９−７２８９２号公報
【特許文献２】特開２００２−３５０４２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、電協研法による油中ガス分析によりアセチレンガスなどの低沸点ガスを検出し、内部異常の疑いがある場合でも、多面的な追跡調査の結果、機器内部には異常が確認されない場合があった。また、電協研法による油中ガス分析によりアセチレンガスを検出しないにもかかわらず、機器内部に異常が確認される場合があった。また、異常個所は特定できなくとも、継続使用ができるか否かを簡易な方法で判断できる異常診断方法の開示が望まれていた。
【０００８】
従って、本発明の目的は、変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画される油入電気機器の変圧器本体の異常及び継続使用ができるか否かを簡易な方法で診断することができる油入電気機器の異常診断方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる実情において、本発明者等は鋭意検討を行った結果、（１）変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油とを区画する隔壁ゴム状膜は、ガス不透過性であるにも拘わらず、アセチレンガスを透過すること、しかしメチルビニルアセチレンガスは透過しないこと、（２）電協研法による油中ガス分析から本体絶縁油中にアセチレンガスが検出された場合、変圧器本体内部から発生した場合と切換開閉器室油からゴム状膜を透過してくる場合の２通りがあり、一概にその発生源が決定できないこと、（３）しかしながら、該アセチレンガスは変圧器本体の銅コイルと反応して銅アセチリドとなるため、アセチレンガスの有無は、変圧器本体内部の放電や過熱などの異常診断の指標には使用できないこと、（４）一方、メチルビニルアセチレンガスは、変圧器本体の銅コイルと反応しないため、メチルビニルアセチレンガスの有無は、変圧器本体内部の放電や過熱などの異常診断の指標に使用できることなどを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画された油入電気機器の異常診断方法であって、油入電気機器から変圧器本体絶縁油の試料を採取し、該試料油中のメチルビニルアセチレンの有無を分析することにより、油入電気機器の変圧器本体の異常を判定する油入電気機器の異常診断方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、メチルビニルアセチレンを放電や隔壁シール不良の指標とすることができる。このため、機器の解体調査を行なうことなく、簡易な方法で変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油を隔壁で区画するコンサベータを有する油入電気機器の変圧器本体の異常及び継続使用の可否を診断することができる。従来は、変圧器本体絶縁油中に溶存するエチレンガス、アセチレンガス、メチルビニルアセチレンガス及び２−メチル−１，３ブタジエンなど数種類のガス分析を行なっていたが、メチルビニルアセチレンのみの分析でよく、分析の負担とコストを大幅に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の油入電気機器の異常診断方法（以下、単に「異常診断方法」とも言う。）において、変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油を区画する隔壁とは、変圧器本体の上方に位置するコンサベータ内における変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油を区画する隔壁ゴム状膜（以下、単に「ゴム膜」とも言う。）であるか、あるいは、コンサベータの下方に位置する変圧器本体内における変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油を区画するシール部を有する隔壁を言う。シール部で用いられるシール部材としては、例えばＮＢＲなどが挙げられる。
【００１３】
変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油をゴム状膜で区画するコンサベータの構造の一例を図１を参照して説明する。図１は油入電気機器のコンサベータの構造を示す簡略図である。図１中、コンサベータ１０は、銅コイルを有する変圧器本体上部に設置され、外箱１４内には、変圧器本体絶縁油１１が充填されたゴムセル１２１と、負荷時タップ切換器を収容する切換開閉器室油１３が充填された切換開閉器室１３１とを有する。変圧器本体絶縁油１１と切換開閉器室油１３はゴム膜１２で区画され、変圧器本体とゴムセル１２１は連結管１５で連結されている。なお外箱内であって、ゴムセル１２１外には、水溜め部１８に溜まった水を抜く水抜き弁１７と、フロート１２４の位置から液面を表示するダイヤル油面計１９とを有している。なお、符号１２３はブリーザ連結管、１６は仕切り板、１２２は空気抜栓である。このようなコンサベータ１０の切換開閉器室油１３は、タップ切換時に発生するアーク放電のため、使用中に徐々に汚損して絶縁性が低下すると共に、アセチレン、メチルビニルアセチレン、２−メチル−１，３ブタジエンなどのガス成分が増加してくる。このため、切換開閉器室油１３中のガス成分のゴム膜１２に対するガス透過現象が生じるか否かが問題となり、また、ゴム膜１２に生じたピンホールからの漏洩が問題となる。なお、変圧器本体側（図１では不図示のコンサベータ１０の下方部分）において、切換開閉器室２３は変圧器本体絶縁油１１内にＮＢＲなどのシール部材で液密に配置されており、当該シール部分のシール不良に伴う切換開閉器室油１３中のガス成分の変圧器本体絶縁油１１への拡散が問題となる。
【００１４】
変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油をゴム状膜ではない隔壁で区画するコンサベータの構造の一例を図２を参照して説明する。図２は油入電気機器のコンサベータの他の構造を示す簡略図である。図２中、コンサベータ２０は、銅コイルを有する変圧器本体上部に設置され、外箱３２内には、変圧器本体絶縁油２１が充填された絶縁油封入室３３と、負荷時タップ切換器を収容する切換開閉器室油２３が充填された切換開閉器室３４とを有する。絶縁油封入室３３には、ブリーザー３０を通した外気が出入りするゴムセル２２が設置され、変圧器本体絶縁油２１と切換開閉器室油２３は隔壁２４で区画され、変圧器本体と絶縁油封入室３３は連結管２５で連結されている。なお、絶縁油封入室３３及び切換開閉器室３４は、それぞれ、フロートの位置から液面を表示するダイヤル油面計３１を有している。なお、符号２６は排油弁、２７は注油弁である。なお、変圧器本体側（図２では不図示のコンサベータ２０の下方部分）において、切換開閉器室３４は変圧器本体絶縁油２１内にＮＢＲなどのシール部材で液密に配置されており、当該シール部分のシール不良に伴う切換開閉器室油２３中のガス成分の変圧器本体絶縁油２１への拡散が問題となる。
【００１５】
このようなコンサベータ１０、２０の切換開閉器室油１３、２３は、タップ切換時に発生するアーク放電のため、使用中に徐々に汚損して絶縁性が低下すると共に、アセチレン、メチルビニルアセチレン、２−メチル−１，３ブタジエンなどのガス成分が増加してくる。このため、コンサベータ１０においては、切換開閉器室油１３中のガス成分のゴム膜１２に対するガス透過現象が生じるか否かが問題となる。また、ゴム膜１２にピンホールが生じた場合、切換開閉器室油１３中のガス成分が変圧器本体絶縁油１１に拡散してくる。また、コンサベータ１０、２０においては、変圧器本体側のＮＢＲなどのシール部材が不良になると、切換開閉器室油１３中のガス成分が変圧器本体絶縁油１１に移動してくる。
【００１６】
隔壁ゴム状膜としては、特に制限されず、例えば、図３に示すように、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム３４１を芯材とし、該芯材から両外側に向けて、接着層３３１、ポリアミド繊維３２１及びニトリルゴム３１１をそれぞれ積層した７層構造の膜が挙げられる。また、上記７層構造の膜に対して、芯材と接着層部分をニトリルゴム（ＮＢＲ）で置き換えた５層構造の膜もある。
【００１７】
油入電気機器から変圧器本体絶縁油の試料を採取する方法は、従来と同様の方法で行えばよい。また、油入電気機器から採取された変圧器本体絶縁油の試料油中のメチルビニルアセチレンの分析は、高感度油中ガス分析方法に準拠して行なえばよい。メチルビニルアセチレンはアーク放電により、あるいは絶縁油中の７００℃以上の過熱により油中に検出されるガス成分であることは公知であり、変圧器内部の異常を診断する上で有効な指標となるものである。また、高感度分析方法は特開平９−７２８９２号公報に詳細に報告されている。高感度分析方法は、公知ではあっても周知とまでは言わないため、以下に説明する。
【００１８】
高感度油中ガス分析方法で用いる装置の構成を図４に示す。図４において、５１は試料油を収納する試料油容器、５２は試料油容器５１の注入口、５３は試料油容器５１の排出口、５４は排出バルブ、５５は試料油、５６は不活性ガスをキャリアガスとしてバブリングするキャリアガス給気管、５７は試料油を加熱するためのヒータ、５８はキャリアガスを注入するキャリアガス注入管、５９はキャリアガスの流量調節弁、６０は二方コック、６１はキャリアガス送気管、６２はバブリングにより抽出された抽出ガスを取出すガス抽出管、６３は抽出ガスをキャリアガスとともに通気する抽出ガス通気管、６４は三方コック、６５はコールドトラップ容器、６５ａ、６５ｂはコールドトラップ容器６５の液体窒素等の冷却媒体の供給口および排出口、６６は−１３０℃程度に冷却することにより分解成分を凝縮捕獲するコールドトラップ、６７はコールドトラップ６６を加熱するヒータ、６８は三方コック、６９はキャリアガスを供給するガス給気管、７０はヘリウムガス等のキャリアガスが充填されたガスボンベ、７１は流量調節弁、７２は三方コック、７３はガスクロマトグラフ分析器であり、カラム７３ａと検出器７３ｂとで構成されている。２７は冷却媒体容器、７５は冷却媒体、７６は冷却媒体７５を供給するために冷却媒体容器７４に圧力を加える加圧管、７７は冷却媒体供給管、７８は流量調節弁である。
【００１９】
次ぎに、この分析装置５０を用いた油中ガス分析方法ついて説明する。先ず、二方コック６０及び排出バルブ５４を開き、キャリアガス送気管６１からキャリアガスを流量調節弁５９により流量調節して試料油容器５１側の流路に流して当該流路の空気をブローアウトする。次ぎに三方コック６４及び７２をガスクロマトグラフ分析器７３側に開いてコールドトラップ６６及びガスクロマトグラフ分析器７３の部分の空気をブローアウトする。冷却媒体容器７４の加圧管７６から圧力を加えて冷却媒体（液体窒素）７５をコールドトラップ容器６５に導き約−１３０℃に冷却する。注射器等により試料油を数ミリリットル採取し、試料油容器５１の注入口５２より試料油容器５１内に注入する。三方コック６４を試料油容器５１側に切換え、試料油容器５１をヒータ５７により、蒸気圧が５３Ｐａになる温度で加熱し、二方コック６０を開いて圧力調節弁５９により流量調節し、バブリング管５６にキャリアガスを供給し、数分間バブリングして試料油中に溶解しているガス成分を抽出する。抽出されたガス成分をキャリアガスとともにコールドトラップ容器６５内のコールドトラップ６６の内径部に導入し、ガス成分をコールドトラップ６６に凝縮捕獲する。コールドトラップ６６をヒータ６７により２００℃以上に急速加熱し、凝縮捕獲したガス成分を気化させてキャリアガスを流しながらガスクロマトグラフ分析器７３ｂに導入して分析する。
【００２０】
油入電気機器から採取した試料油を上記の分析法で分析すると、抽出されたガス成分はコールドトラップ６６で凝縮して捕獲され、２００℃以上に急速加熱することにより、蒸発して瞬時にガスクロマトグラフ分析器７３に導入されるため、精度よく分析できる。
【００２１】
本発明において、油入電気機器から採取された変圧器本体絶縁油の試料油のガス分析を、メチルビニルアセチレンガスだけについて行なってよく、アセチレンガスの分析は不要である。この理由は以下の通りである。変圧器本体内で放電や過熱など異常が発生すると、変圧器本体絶縁油中にアセチレン、メチルビニルアセチレンなどが生成する。そこで、変圧器本体絶縁油中のこれらのガスが変圧器本体内の異常を診断する一指標となり得る。しかし、油入電気機器において、変圧器本体絶縁油は銅コイルと接触しており、アセチレンは銅と反応して消失することから、アセチレンは異常を診断する一指標とはなり得ない。一方、メチルビニルアセチレンは、ゴム膜を透過しないため、タップ切換開閉器室からの混入はあり得ないため、メチルビニルアセチレンは異常を診断する一指標となり得る。また、ゴム膜のピンホール及びシール不良により、タップ切換開閉器室油中のメチルビニルアセチレンは変圧器本体絶縁油中へ拡散するため、メチルビニルアセチレンはゴム膜のピンホール及びシール不良などの異常を診断する一指標となり得る。
【００２２】
上記ガス成分の分析において、メチルビニルアセチレンが未検出の場合、油入電気機器の本体内部は正常と判定される。
【００２３】
本発明において、油入電気機器の変圧器本体の異常とは、変圧器本体内で起こる放電現象や過熱現象、コンサベータのゴム膜のピンホールの発生、変圧器本体側における変圧器本体絶縁油中のタップ切換開閉器室の液密のシール不良である。従って、本発明の異常診断方法において、上記ガス成分の分析の結果、メチルビニルアセチレンが検出された場合、上記列挙したいずれかの異常であることが判る。なお、異常であれば、継続使用を中止し、更に油入電気機器の分解など多面的な検査により異常個所の特定ができる。また、正常であれば、継続使用が可能である旨の決定ができる。
【００２４】
次ぎに、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。
【００２５】
参考例１
（各種ガスと銅の反応実験）
図５に示す緩衝用ベローズ４３を備えた気密構造の容器４０を作製し、下記試験条件下で各種ガスと銅の反応の有無を調べた。容器４０は、試料供給配管４２と試料採取配管４４を備えるものである。符号４５は試料油、４６は銅板又は紙巻銅板である。その結果を図６に示す。
【００２６】
＜試験条件＞
絶縁破壊電圧試験法（ＪＩＳ  Ｃ  ２１０１）に準じて絶縁破壊させたエチレンガス、アセチレンガス、メチルビニルアセチレンガスなどのガスを高濃度で含む絶縁油の中に、変圧器内の巻銅線に見立てた銅板を封入し、所定油温における各種ガスの油中濃度の経時変化を確認した。なお、銅は、裸銅板と紙巻銅板の２種類を使用し、それぞれ行なった。
【００２７】
試験開始前の高濃度ガス含有絶縁油中のアセチレン濃度を電協研法で、メチルビニルアセチレン濃度を高感度油中ガス分析方法で測定した。その結果、アセチレン濃度は４５ｐｐｍ、メチルビニルアセチレン濃度は１５２,０００カウント（ピーク面積値）であった。
【００２８】
＜試験条件＞
・  試験温度；８０℃、試験日数；６０日
・  油量；２．２リットル
・  試料採取間隔；２０日毎
・  最小検出感度；アセチレン０．１ｐｐｍ、メチルビニルアセチレン１００カウント
・  裸銅板；６．５ｍｍ×２．４ｍｍ×１４０ｍｍの銅板を重ね合せて銅板表面積が１０６０ｃｍ２としたものを使用した。
・  紙巻銅板；上記裸銅に厚さ５０μｍの紙を２枚素線巻きし、更にその上から厚さ８０μｍの紙を３枚共通巻きし、更にその上から厚さ８５μｍの接着紙を最外層として２枚巻きし、合計厚みが４２５μｍのものを使用した。なお、紙は実際変圧器に使用されているものと同じ素材のものを使用した。
【００２９】
図６から明かなように、時間が経過するに従い、アセチレンの油中濃度が著しく低下していることが判る。これに対して、メチルビニルアセチレンは６０日経過後であっても初期濃度とほぼ同量の油中ガス濃度を示していることが判る。このことから、油温８０℃の過酷な条件下においても、メチルビニルアセチレンは銅と反応することなく、油中に残存することが判明した。
【実施例１】
【００３０】
図１に示す変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油がゴム膜で区画された構造のコンサベータを有する稼動中の変圧器、及び図２に示す変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油が隔壁で区画された構造のコンサベータを有する稼動中の変圧器について、それぞれ正常な変圧器１台の変圧器本体絶縁油の試料（Ａ、Ｂ）を採取した。また、それぞれ異常と判断された変圧器１台の変圧器本体絶縁油の試料（Ｃ、Ｄ）を採取した。次いで、試料油Ａ〜Ｄについて、アセチレン及びメチルビニルアセチレンの溶存の有無を調べた。アセチレンは電協研法により、メチルビニルアセチレンは、高感度油中ガス分析方法により分析した。その結果、対象となった変圧器の中、正常な変圧器の絶縁油には、アセチレン、メチルビニルアセチレンのいずれも検出されなかった。また、対象となった変圧器の中、異常な変圧器の絶縁油には、メチルビニルアセチレンが検出されたが、アセチレンは検出されなかった。
【００３１】
本発明によれば、メチルビニルアセチレンを放電や隔壁シール不良などの異常の指標とすることができる。このため、機器の解体調査を行なうことなく、継続使用の有無を決定することができる。従来は、変圧器本体絶縁油中に溶存するエチレンガス、アセチレンガス、メチルビニルアセチレンガス及び２−メチル−１，３ブタジエンなど数種類のガス分析を行なっていたため、分析の負担とコストを大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】油入電気機器のコンサベータの構造を示す簡略図である。
【図２】油入電気機器の他のコンサベータの構造を示す簡略図である。
【図３】変圧器本体絶縁油と切換開閉器室油を区画する隔壁ゴム状膜の構造を示す模式的断面図である。
【図４】高感度ガス分析方法で使用する分析装置のフロー図である。
【図５】各種ガスと銅の反応実験で使用した装置の概略図である。
【図６】各種ガスと銅の反応実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０、２０      コンサベータ
１１、２１      変圧器本体絶縁油
１２      隔壁ゴム状膜
１３、２３      切換開閉器室油
１４      外箱
１５      連結管
１６      仕切り板
１９      ダイヤル油面計
２４      隔壁
４０      容器
５０      分析装置
３１１      ニトリルゴム
３２１      ポリアミド繊維
３３１      接着層
３４１      ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）フィルム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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