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米国原子力発電所における変圧器不具合の傾向分析
Trend Analyses of Transformer Problems in the U.S. Nuclear Power Plants
嶋田善夫（Yoshio Shimada)＊

要約 2007 年までに筆者らは，原子力発電所の電気機器のうち，不具合発生頻度の高い主発電機，非常用ディーゼル発電機，遮断器，およびモータの不具合の傾向分析を実施してきた．国内原子力発電所の変圧器の不具合発生件数は，米国の一般公開情報件数の 1/3 程度であるが，今後，運転期間延長，または保守方法が予防保全から状態監視保全に変更された場合には，保守の状況が米国と類似してくることから，国内の変圧器の不具合発生頻度が上昇することが懸念される．そこで，不具合発生頻度の高い電気機器のうち，傾向分析が未実施の変圧器について傾向分析を実施した．本
分析では，原子力安全システム研究所（以下「INSS」という）の原子力情報データベースに登録されている LER（米国の原子力発電所が，NRC に提出する事象報告書）のうち 2003 年から 2007 年の 5 年間に米国の原子力発電所で発生した変圧器の不具合事象（23 件）およびニューシア（原子力施設情報公開ライブラリー）に登録されている 2003 年から 2007 年の 5 年間に国内の原子力発電所で発生した不具合事象（8 件）について傾向分析を実施した．米国の変圧器の不具合傾向から得られた教訓として，変圧器全体については，タップ切換え装置の保守管理，発生頻度の最も高い主変圧器については，絶縁物/絶縁油の絶縁劣化管理を怠らないことが重要である．
キーワード

変圧器，不具合，傾向分析，原子力発電所，保守，電気機器

Abstract
Up to 2007, the authors have conducted the trend analyses of trouble events related
to main generators, emergency diesel generators, breakers and motors, which are more likely tocause problems than other electric equipments in nuclear power plants. The frequency of troubleevents in transformers in domestic nuclear power plants at present is approximately one third of thepublicly reported cases in the U.S. However, as the situation of maintenance in Japanin the future
will become similar to those in the U.S. if the operating period is extended or the maintenancemethod is to be shifted from preventive maintenance to condition based maintenance, there is aconcern that the frequency of transformer events in Japanwill increase in Japan, also. Thus, trend
analyses were conducted on transformers events which had not been subject to such analyses, fromamong electrical equipments which are likely to cause problems. The trend analyses wereperformed on 23 transformer events which had occurred in the U.S. nuclear power plants in five
years from 2003 through 2007 among events reported in the Licensee Event Reports（LERs: event
reports submitted to NRC by U.S. nuclear power plants）which have been registered in the nuclear
information database of the Institute of Nuclear Safety System, Incorporatedʼ s（INSS), as well as 8
events registered in the Nuclear Information Archives（NUCIA), which had occurred in domestic
nuclear power plants in five years from 2003 through 2007. Lessons learned from the trend analysesof the transformer trouble events in the U.S. revealed that for transformers in general, themaintenance management of tap changers is important, while for the main transformers which aremost likely to cause problems, it is vital to prevent the deterioration of insulation and insulating oil.
Keywords

1.

transformers, troubles, trend analyses, nuclear power plants, maintenance, electricalequipment

緒言する各種の不具合（事故，トラブルなど一切）の情報も，同種の不具合はもちろん，より大きなトラブ

現在世界で約 430 基の原子力発電所が稼動し電力ルや事故の発生の防止に役立ち，安全性の向上に資を生産しており，その総運転経験は 12,000 基・年をするとともに，信頼性の向上にも結びつく．こうし超えている．こうした運転経験に関する諸データはた観点から，経済産業省資源エネルギー庁に設置さ貴重な資料として将来に生かされるが，そこで発生れている総合資源エネルギー調査会原子力安全・保＊(株)原子力安全システム研究所

技術システム研究所

229

安部会「検査の在り方に関する検討会」でも，その原子力発電所の変圧器の不具合発生件数は米国の一「中間とりまとめ(1）」において，「災害防止上支障の般公開情報件数の 1/3 程度であるが，今後，運転期ない軽微なトラブルやトラブルに至らない運転管理間延長，または保守方法が予防保全から状態監視保上の情報を事業者の組織内あるいは産業界で共有し，全に変更された場合には，保守の状況が米国と類似活用することは，より大きなトラブルの予兆を察知してくることから，国内の不具合発生頻度が上昇すし，これを防止する上で重要である．」としている．

ることが懸念される．

INSS 技術システム研究所は，1995 年頃からその重本分析では，INSS の原子力情報データベースに要性を認識し，個々の事象分析から改善点を抽出す登録されている LER(6)(7)（米国の原子力発電所が，ること，および不具合の発生傾向の分析から改善点

NRC に 提 出 す る 事 象 報 告 書）の う ち 2003 年 か らを抽出する活動を継続している．

2007 年の 5 年間に米国の原子力発電所で発生した変2007 年までに筆者らは，電気機器のうち不具合発圧器の不具合事象（23 件）およびニューシア(8)(9)に生頻度の高い主発電機，非常用ディーゼル発電機，登録されている 2003 年から 2007 年の 5 年間に国内遮断器，およびモータの不具合の傾向分析（2)〜(5）をの原子力発電所で発生した不具合事象（8 件）につ実施した．本報告は，米国において不具合発生頻度いて傾向分析を実施した．の高い電気機器のうち傾向分析が未実施であった変圧器について傾向分析を実施した結果である．国内
表1

発生年月日

ニューシアに登録されている 2003 年から 2007 年の 5 年間に国内の原子力発電所で発生した変圧器不具合事象

ユニッ
ト名

件名

設備
系統名
名

装置名

標準装置名

2006 年
福 島 第 主 変 圧 器 の 監 視 強 化 電気
変圧器
送受電系
主変圧器
5 月 30 日 二 2 号 について
設備
装置
相分離母線ダクト部
変圧器
2006 年
福 島 第 か ら の 油 滴 下 に 伴 う 電気
送受電系
主変圧器
装置
5 月 15 日 二 4 号 原 子 炉 手 動 停 止 に つ 設備
いて主変圧器負荷時タッ
プ切換器取り替え作
電気
変圧器
2004 年
高 浜 2業（予 防 保 全）の た送受電系
主変圧器
設備
装置
7 月 24 日 号
めの発電停止について

機器名

部品名

主変圧器 変圧器

主変圧器 変圧器

主変圧器

高 浜 3 起動変圧器 6．6kV 側 電気 AC 所 内
2004 年
地絡について設備 電源系
11 月 19 日 号--

東通原子力発電所 1
東 通 1
電気 AC 所 内
2007 年号機における火災に
その他
設備 電源系
1 月 30 日 号
ついて

注：表の分類方法はニューシアによる．

原因
小分類

発電所への影響--無し

保守不備 自然劣化

タップ・切
設備不備
換装置

福 島 第 主 変 圧 器 内 部 の 監 視 電気
変圧器
2004 年
主変圧器 変圧器
送受電系
主変圧器
設備
装置
4 月 28 日 一 3 号 強化について【新潟県中越沖地震】
3 号機における所内変
柏崎刈電気
変圧器
所内変圧2007 年
圧器 3B の新潟県中越
送受電系
所内変圧器
設備装置
器
7 月 16 日 羽 3 号
沖地震の影響で発生した火災について
予備変圧器の油中ガ
大飯電気2006 年
ス濃度の上昇につい
送受電系
設備
6 月 30 日 3,4 号て原因
大分類

設備不備

-

手動停止

手動停止

製作不完 手動
全停止

自然現象 地震無し-

巻線（コイ予備（非ル）常用）変その他
絶縁物（絶圧器
縁油含む）

-

ラダーケー
ブル（動力起動変圧
保守不完母線）
保守不備
無し
器
全
バスダクト
変流器盤

その他

その他または不明の変圧器

-

故意・過失

その他

作業者の過失無し

無し

230

2.

分析結果の「発電所影響なし」は，全て発生頻度 0 件/炉年であった．

2.1

国内の変圧器分析結果

図 2 は米国原子力発電所の部品毎の変圧器不具合発生頻度を示す．タップ切替え装置，絶縁物（絶縁国内については，表 1 にニューシアに登録されて油）で不具合発生頻度が高い．

いる 2003 年から 2007 年の 5 年間に国内の原子力発

図 3 は米国原子力発電所の変圧器不具合原因毎の電所で発生した不具合事象 8 件を示す．炉型につい不具合発生頻度を示す．保守不良−保守人的過誤，ては，PWR と BWR でそれぞれ 3 件，5 件発生して保守不良−保守計画不良が高い．

おり，他の変圧器より件数が多い．原因については，いる．
「発電所影響無し」および手動停止「発電所影響あり」がそれぞれ 4 件と 3 件発生している．
なお，「発電所影響あり」は，出力低下，出力抑制，停止期間延長，出力上昇，原子炉自動トリップ，原子炉手動トリップ，原子炉手動停止，安全関連機Ⓠ⏍㢎ᗐ䟺௲㻒⅌䝿ᬲᖳ䟻

「保守不備」と「設備不備」がそれぞれ 2 件発生して能影響，火災が発生したもの，「発電所影響なし」は

図 1 は米国原子力発電所の変圧器種類毎の不具合ࢨ勷ࣜ࣬ࢨ勷ࣜ⿞⨠ࣇ勰ࢨࣤࢡᕬ⥲㸤ࢤ࢕ࣜ

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米国の変圧器分析結果⤧⦍∸㸤⤧⦍ἔ

2.2Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛈䜐Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛰䛝ࢰ勰ࣈวᥦ⿞⨠

それ以外である．

㻓㻑㻓㻔㻕㻓㻑㻓㻓㻓 㻓㻑㻓㻓㻕 㻓㻑㻓㻓㻗 㻓㻑㻓㻓㻙 㻓㻑㻓㻓㻛 㻓㻑㻓㻔㻓おり，差異はみられない．主変圧器は 4 件発生して発生頻度を示す．国内と同様，主変圧器の不具合発生頻度が他の変圧器より高い．その原因は，常時定図2格出力付近で運転し，温度が高いことから絶縁物の米国原子力発電所の変圧器の部品毎の不具合発生頻度劣化が早いことが推測される．図 2 以降，変圧器の㻓㻑㻓㻔㻓㻓㻑㻓㻓㻓㻓㻑㻓㻓㻘አ㒂こᅄ㸤᝷ᏽහ஥㇗㐘㌷୘Ⰳ㸤㐘㌷゛⏤୘Ⰳ᪃ᕝ୘Ⰳ㸤ࡐࡡ௙シ゛୘Ⰳ㸤ࡐࡡ௙⤊ᖳ຋໩㸤㞹Ẵᶭ᲌シങ௙エ㍍࡝ࡊ

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図3ಕᏬ୘Ⰳ㸤ಕᏬ゛⏤୘Ⰳ

米国原子力発電所の変圧器種類毎の不具合発生頻度Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛈䜐Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛰䛝

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図1Ⓠ⏍㢎ᗐ䟺௲㻒⅌䝿ᬲᖳ䟻㻓㻑㻓㻔㻘㻓㻑㻓㻓㻘㻓㻑㻓㻔Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛈䜐Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛰䛝

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不具合に着目して詳細分析した．さらに，図 1 以降

米国原子力発電所の変圧器不具合原因毎の発生頻度

231

図 4 は米国原子力発電所の変圧器不具合対策毎の発る．

生頻度を示す．設計仕様変更，マニュアル整備，部

図 6 は米国原子力発電所の主変圧器の不具合原因品交換，機器交換，点検・検査，修理・加工の不具毎の不具合発生頻度を示す．保守不良−保守計画不合発生頻度が高い．

良，保守不良−保守人的過誤，経年劣化−電気機械
設備他，運転不良−運転計画不良の発生頻度が特に㻓㻑㻓㻓㻗㻓㻑㻓㻕㻓Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛈䜐

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図6⤊ᖳ຋໩㸤㞹Ẵᶭ᲌シങ௙

2.3 米国の主変圧器分析結果

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米国原子力発電所の変圧器不具合対策毎の発生頻度ಕᏬ୘Ⰳ㸤ಕᏬெⓏ㐛ㄏᚪこ࡝ࡊᶭ⬗ム㥺エ㍍࡝ࡊ

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㻓㻑㻓㻕㻘

高い．

米国原子力発電所の主変圧器不具合原因毎の発生頻度

図 5 は米国原子力発電所の変圧器不具合の中で発生頻度の高い，主変圧器の部品毎の発生頻度を示す．

図 7 は米国原子力発電所の主変圧器の不具合対策毎

絶縁物（絶縁油），冷却装置（放熱器），ブッシングの不具合発生頻度を示す．点検・検査，機器交換，の不具合発生頻度が高い．絶縁物（絶縁油）の不具

部品交換，設計仕様変更，マニュアル整備の不具合

合発生頻度高い原因は，常時定格出力付近で運転し，発生頻度が高い．

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㻓㻑㻓㻓㻕

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図7㒂ဗஹᥦ

米国原子力発電所の主変圧器の部品毎の不具合発生頻度

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図5Ⓠ⏍㢎ᗐ䟺௲㻒⅌䝿ᬲᖳ䟻

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Ⓠ㞹ᡜᙫ㡢䛰䛝

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温度が高いことから絶縁物の劣化が早いと推測され米国原子力発電所の主変圧器不具合対策毎の発生頻度

232

3.

結論

文献

(1)国内原子力発電所の変圧器について，炉型につい(１) 経済産業省資源エネルギー庁総合資源エネルては，PWR と BWR でそれぞれ 3 件，5 件発生しギー調査会原子力安全・保安部会，「検査の在ており，差異はみられない．主変圧器は 4 件発生しており，他の変圧器より件数が多い．発電所への影り方に関する検討会中間とりまとめ」（2002）．
(２) 嶋田善夫，「信頼性ブロック図による発電機響は，無しおよび手動停止がそれぞれ 4 件と 3 件発の 不 具 合 事 象 分 析」
，INSS JOURNAL，生している．

Vol.13，P.281（2006）．

(2)米国原子力発電所の一般公開されている変圧器の(３) 島田宏樹，「米国の原子力発電所における遮不具合は，全て発電所影響ありであり，発電所影響断 器 不 具 合 事 象 の 傾 向 分 析」，INSS JOUR-無しは無かった．

NAL，Vol.13，P.286（2006）．

(3)米国原子力発電所の変圧器種類毎の不具合発生頻(４) 嶋田善夫，「信頼性ブロックダイアグラムと度を分析した結果，国内と同様，主変圧器の不具合原子力発電所非常用ディーゼル発電機運転経験発生頻度が，他の変圧器より高い．

情報のハイパーリンクによるデータベース構(4)米国原子力発電所の部品毎の変圧器不具合発生頻築」，INSS JOURNAL，Vol.10，P.93（2003）．

度を分析した結果，タップ切替え装置，絶縁物（絶(５) 嶋田

善夫，「米国原子力発電所におけるモー縁油）で不具合発生頻度が高い．

タ 不 具 合 の 傾 向 分 析」
，INSS JOURNAL，(5)米国原子力発電所の変圧器不具合原因毎の不具合

Vol.15，P.287（2008）．

発生頻度を分析した結果，保守不良−保守人的過誤，保守不良−保守計画不良が高い．

(６) NRC,âLicensee Event Report Systemã,10CFR 50.73（2000）．

(6)米国原子力発電所の変圧器不具合対策毎の発生頻(７) NEC,âEvent Report Guidelines 10CFR 50.72

度を分析した結果，設計仕様変更，マニュアル整

and 50.73ã, NUREG-1022, Rev.2（2000）．

備，部品交換，機器交換，点検・検査，修理・加工(８) 日本原子力技術協会，「原子力施設情報公開ラの不具合発生頻度が高い．

イ ブ ラ リ ー「ニ ュ ー シ ア」運 用 手 引 き」

(7)米国原子力発電所の主変圧器の部品毎の発生頻度（2006）．

を分析した結果，絶縁物（絶縁油），冷却装置（放熱器），ブッシングの不具合発生頻度が高い．
(8)米国原子力発電所の主変圧器の不具合原因毎の不具合発生頻度を分析した結果，保守不良−保守計画不良，保守不良−保守人的過誤，経年劣化−電気機
械設備他，運転不良−運転計画不良の発生頻度が特に高い．
(9)米国原子力発電所の主変圧器の不具合対策毎の不具合発生頻度を分析した結果，点検・検査，機器交換，部品交換，設計仕様変更，マニュアル整備の不具合発生頻度が高い．
以上の米国の変圧器の不具合傾向から得られた教訓として，変圧器全体については，タップ切換え装置の保守管理，発生頻度の最も高い主変圧器については，絶縁物/絶縁油の絶縁劣化管理を怠らないことが重要である．

(９) ニ ュ ー シ ア（原 子 力 施 設 情 報 公 開 ラ イ ブ ラリー），http://www.nucia.jp/.