電力変圧器は、あらゆる電気システムにおいて最大の単一投資となる可能性がありますが、予測可能で防止可能な方法で故障します。変圧器がトリップしたり、燃えたり、壊滅的に故障する前でさえ、熱的および電気的ストレスによる絶縁油の分解が始まり、油に溶解する特定のガスを生成します。これらのガスには、部分放電からの水素、過熱によって生成されるエチレン、アークからのアセチレンなどが含まれます。従来、溶解ガス分析は、血液検査を行うのと同様に、絶縁液中で生成されるガスの研究です。しかし、リアルタイム溶解ガス分析では、プロセスは年に一度のラボ訪問から、変圧器が故障が発生しているかどうか、どのくらいの速さで成長しているか、いつ行動が必要かを示す継続的な健康監視に進展します。.
このガイドでは、リアルタイム変圧器ガス監視のプロセス、注目すべきガスとその重要性、リアルタイム監視システムで使用される技術、資産所有者への利点、および投資収益率の良い監視システムを確立する方法を強調しています。.
応答：リアルタイム変圧器ガス監視サービスは、オンラインガス監視システムを使用して、変圧器油に通常存在するガス（例えば、水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、一酸化炭素、二酸化炭素）の濃度を継続的に分析することができます（ガスクロマトグラフィーの形態、または光音響/赤外分光法、または水素特異的センサーの使用を介して）。これらのガスのそれぞれは、変圧器が抱える故障の一つを示しています。重要な変圧器の場合、オンラインモニターの使用は、メンテナンスの必要性に基づいて行われるため、カレンダーに基づく単純なメンテナンスを避け、予定外の停電を完全に回避することで、かなりのコスト削減を実現できます。.
リアルタイム変圧器ガス監視とは何ですか？
リアルタイム変圧器ガス監視は、稼働中の変圧器の絶縁油中の溶解ガスの濃度をオフラインにすることなく継続的に測定するプロセスです。接続は、変圧器の油システムを介して行われ、一般的にはドレインバルブまたは専用サンプリングバルブを介して、数分から数時間の範囲内で予め定められた間隔で油またはガスを継続的に抽出します。油またはガスは分析され、読み取り値が表示され、またはSCADAまたは資産管理システムに送信されます。.
DGAのオンライン方式は、油-filledトランスの電力セクターで最も適用される診断方法です。電力会社は、一定の間隔（通常は毎年）で油サンプルを採取し、ラボに送付して1週間後にガスクロマトグラムを受け取るオフライン方式に慣れています。オンライン方式は、ソフトウェアベースのDGAのすべての機能を提供し、プロセスデータを継続的に処理することで、多くの時間を要するステップを排除し、溶解ガスの放出率をトランスが提供できる最も早い警告サインの一つとして提供します。.
ガス：それぞれが何を示すか
トランスの油と紙は、電気的ストレスの下で分解する際に、限られた範囲の重要な診断ガスを放出します。ガスの「シグネチャー」は、存在するガスとそれらの相対的な濃度を特定することによって決定されます。.
| ガス | 一般的な原因 | 故障シグネチャー |
|---|---|---|
| 水素 (H2) | 部分放電、コロナ、低エネルギー故障 | 早期の指標；しばしば最初に上昇するガス |
| メタン (CH4) | 低温熱故障 | 約300°C以下で過熱と共に上昇 |
| エタン (C2H6) | 中程度の熱ストレス | 熱シグネチャーでメタンとペアになる |
| エチレン (C2H4) | 高温熱故障 (300-700°C) | 深刻なホットスポットで優勢 |
| アセチレン (C2H2) | アーク放電、高エネルギー放電 | 最も危険なシグネチャー；アークを示す |
| 一酸化炭素 (CO) | セルロース（紙）の劣化 | COの上昇は過熱した絶縁体を示す |
| 二酸化炭素 (CO2) | 通常の老化とセルロースストレス | CO2/CO比は故障の老化を助ける |
サンプル故障ガスのチャートを暗記することよりも、2つのルールを学ぶことが重要です。まず、ガスパターンが単一のガスよりも重要であることを理解することが重要です。例えば、水素とメタンのレベルが低いトランスフォーマーは、アセチレンの存在が増加しているトランスフォーマーよりも深刻な故障ではありません。第二に、トレンドは特定のガス濃度の数値よりも重要です。トランスフォーマーはIEEE C57.104に従って許容される濃度のガスを持っているかもしれませんが、濃度が毎月倍増している場合、それは過去2、3年の間に安定した高いガス濃度を持つものよりもはるかに緊急な状況を示しています。.
オンラインDGAの仕組み：センシング技術
オンラインDGAモニターで使用されるさまざまな実績のある技術間の価格性能トレードオフには以下が含まれます：
- ガスクロマトグラフィー (GC)：オンライン適応性で知られるラボのゴールドスタンダードです。抽出されたガスをクロマトグラフィーコラムを通して移動させるキャリアガスを利用し、ガスは分子特性によって分離され、順次検出されます。マルチガスオンラインGCは、主要なガス（H2、CH4、C2H2、C2H4、C2H6、CO、CO2）の完全なパッケージを提供し、最も正確なオンラインモニターのバリエーションとなります。.
- 光音響および赤外線分光法（PAS/IR）：ガス分子は特定の吸収を伴う赤外線周波数を吸収し、ガスの測定と同定を提供します。PAS技術は、長期間にわたって高い信頼性を提供し、メンテナンスが少なくて済むため、長期間にわたって有益です。現在、マルチガスシステムは主要なガスのフルレンジを提供しています。.
- 水素特異的センサー：故障検出のさまざまな方法の中で水素が最初に放出される可能性があるため、比較的安価な種類の一つと見なされています（部分放電、アーク、過熱はすべてH2を生成します）。水素モニターは重要な早期警告データを生成し、マルチガス機器よりも低コストであるため、大きな価値があります。.
サンプリングはセンシングと同様に重要です：デバイスは油から代表的なガスサンプルを抽出できる必要があります（ヘッドスペースまたは真空サンプリング技術が最も使用されます）し、モニターは信頼性のあるデータをキャプチャするためにキャリブレーション、設置、実施されなければなりません — キャリブレーションされていないモニターは、全くモニターがないよりも悪いです。これは製造業者に誤った自信を与えます。私たちのガイドは トランスフォーマーオイルテストの基本 すべてのモニタリングプログラムの背後にあるサンプリングの基本をカバーしています。.
データの解釈：基準と方法
生ガス濃度の原因を特定するプロセスは、IEEE C57.104およびデュバル三角形によって確立されたように、単独の方法を使用するのではなく、さまざまな方法を使用して必要なパラメータを決定することを含みます。.
- IEEE C57規格は、油浸トランスフォーマーの性質による許容ガス限界を示すための基盤であり、四つの条件（条件1 = 通常；条件4 = 緊急対応）に対して、各条件のサンプリングに必要なガイドラインの組み立てとオペレーターに期待されることを含みます。2019年版の規格では、条件1はサンプリングレートを1年に設定する必要があり、条件2には4ヶ月が規定され、条件3は1ヶ月のサンプリング頻度を持ち、条件4には週次サンプリングが必要です。.
- デュバル三角形法は、部分放電、低/高エネルギー放電、熱エラーのカテゴリに基づいて、メタン、エチレン、アセチレンの三種類のガスの相対的な割合に基づいて故障タイプを予測する視覚的表現方法（IEC 60599）を利用します。,
- 比率法は、テーブルに従ってガスペアの比率に基づいて故障を特定するために、ドイレンブルク、ロジャース、およびIEC 60599の方法論を利用します。.
- 主要ガス法は、支配的なガスに基づいて可能なストリームを考慮します；例えば、H2、C2H4、COの四つのガスのうちどれが優勢であるかを特定し、特定の欠陥タイプに関する結論を導きます。.
- リアルタイムモニタリングのトレンド分析法は、効果的な意思決定のための重要な決定要因としてガスの生成率を測定します。.
どの方法も単独では機能しないため、経験豊富な検査官はその専門知識を活用してアプローチを組み合わせ、より良い意思決定のための文脈を提供します。DGAレポートの読み方についての実践的な手順については、私たちの DGA解釈ガイド 実際のガスレポートを端から端まで通過します。.
モニタリングから状態基準メンテナンスへ
状態基準メンテナンスは、メンテナンススケジュールのためにカレンダーに依存せず、むしろ個々の機器の内部で何が起こっているかに焦点を当てます。簡単に言えば、「すべてのトランスフォーマーを毎年検査し、状態に関係なく毎年オイルをテストする」とは言われません。代わりに、「すべてを継続的に監視し、データが何かを示すときに何かを行い、状態に応じてサンプリングの頻度を調整する」と言われます。より具体的には：
- トランスフォーマーには手を触れず、予算と作業時間は注意が必要な機器に振り向けられます。
- 機器はガス監視を生成し、迅速なサンプリングと熱画像、オイル品質テスト（カールフィッシャー法による水分、破壊電圧、紙のフラン分析などを含む）、および音響（部分放電チェック）診断が行われ、トランスフォーマーの問題箇所を特定します。.
- 機器は取るべき特定のアクションをシステムに警告します - 負荷が再配信され、予備品が待機し、停電が計画され、機器が電源を切られます（製品がアセチレン生成の大幅な増加を示し始めた場合）。.
本質的に、メンテナンスプログラムは資産を監視するシステムに基づいた意思決定ツリーに変化しました。これが資産管理者が「予測的」メンテナンスと呼ぶものであり、「反応的」メンテナンスとは異なります。ガス生成率が最も情報を提供するパラメータであるため、継続的なオンラインデータが意思決定ツリーを実現します。年間サンプル1回では、ガス生成が加速しているかどうかを示すことはできません。監視を取り巻く広範な検査プログラムに関するガイダンスについては、私たちの トランスフォーマーメンテナンスチェックリスト.
ビジネスケース：利点と回収
リアルタイムガス監視システムの利点は、重要な資産が使用されている場所で特定かつ経済的に重要です。.
- 初期段階での故障検出 - 部分放電、ホットスポット、または緩い接続などの欠陥は、故障の数ヶ月前に検出できるため、ほぼ無コストで修理が可能です。.
- 強制的な停電の回避 - 変圧器の予期しない故障は生産損失を引き起こす可能性があります。強制停電のコストは、監視システムの単なる価格よりもはるかに高くなります。EPRI（電力研究所）が実施した研究によれば、たとえ1回の強制停電を回避することができれば、監視プログラムのコストをカバーできると言えます。.
- リソースのより良い活用 - メンテナンスとサンプリングは、リソースを効率的に使用するために、助けが必要な資産にのみ焦点を当てるべきです。.
- 資産の寿命の延長 - 変圧器の過熱が絶縁体に損傷を与える前に検出されれば、変圧器は数年間持続します。.
- 安全性 - ガスシグネチャの検出はアーク故障の発生を示し、オペレーターが予防措置を講じることを可能にします。.
- 事実に基づいた意思決定 - 負荷の変化や変圧器の購入・交換は、単なる推測ではなく、過去の状態データに基づいて行うべきです。.
すべての重要な変圧器にリアルタイム監視システムを装備し、あまり重要でないユニットにはこの技術を使用せず、年次テストのみに依存することは安全であり、最良の実践と考えられています。私たちの 変圧器監視ソリューション ページは、監視ハードウェアとサービスがそのようなフリートに対してどのようにパッケージ化されるかを示しています。.
ソリューションと業界プログラム
完全なリアルタイム監視システムは4つの層で構成されています。業界では、各層はさまざまなスケールで実装できます。.
- リアルタイムDGAアナライザー - 予算フリート向けの単一ガス水素アナライザーと、重要な施設向けの多ガスGC/PAS技術。主要なメーカーはQualitrolとその競合他社であるVaisala、Serveron/TM8、Morgan Schaffer、Camlinです。.
- 統合された変圧器監視システム - DGAを1つのプラットフォームに集約し、油温や変圧器巻線温度の監視などを行います（例：ケンブリッジ、シーメンス）。.
- SCADA/資産管理システムとのインターフェース、ここでは結果がプラントの管理制御システムに統合され、アラートやダッシュボードに関してCBMの意思決定が行われます。.
- DGAの解釈と将来の実装のための基準としてのラボテストを含むサービス。.
太陽光および風力発電所では、最初のパッケージには主変圧器と発電機昇圧変圧器が含まれますが、産業では、パッケージは給電および製造用の変圧器を使用する場合があります。要点は「絶対に信頼できるデータを監視したいものを監視し、失うことができるものを監視する」です。フリートのプログラムのサイズを決定するための支援が必要な場合は、私たちのチームに連絡してください - そして私たちの アバウトページ を見て、業界全体のオーナー向けに変圧器の選定と監視をどのようにサポートしているかを確認してください。.
よくある質問
DGAはどのガスを検出し、それらは何を意味しますか？
完全なDGAプログラムは、部分放電を示す水素、軽度の熱崩壊のためのメタンとエタン、高温での過熱のためのエチレン、アークのためのアセチレン、紙絶縁体の劣化のための一酸化炭素/二酸化炭素という7つの重要なガスを測定します。これらのガスの存在と傾向に応じて、単一のガスの濃度数値だけを使用するのではなく、故障の理由と程度を判断することができます。.
トランスの油はどのくらいの頻度でサンプリングすべきですか？
IEEE C57.104-2019によれば、標準では、トランスの油は、条件1（正常状態）の場合は年に1回、条件2の場合は四半期ごと、条件3の場合は月に1回、条件4の場合は週に1回サンプリングする必要があります。新たに設置されたトランスは、最初の四半期に月次サンプリングが求められることがあります。.
オンラインDGAモニタリングはコストに見合う価値がありますか？
重要なトランスにとっては、投資する価値があります。強制的な停電が発生した場合の生産損失は、交換のコストに加えて、モニターへの投資コストを容易に上回ります。補助トランスの場合、年に1回または四半期ごとのラボサンプリングが最良の実践となります。.
条件ベースのメンテナンスと予防メンテナンスの違いは何ですか？
予防メンテナンスは、機器の測定状態に関係なく、事前に設定されたスケジュールに基づいて行われます。したがって、MBMは、実際の測定（現在のガスの傾向、負荷、および/または試験結果）を使用して、健康な機器が触れられずに発展するように行動を取ります。したがって、CBMは実施された作業のコストを節約します。リアルタイムのガスモニタリングの導入は、CBMを使用するための情報層を提供します。.
参考文献
- IEEEテクノロジーナビゲーター — 溶解ガス分析の概要
- パワープロgnosis — IEEE C57.104に基づく統合DGA解釈
- REIG — 太陽光発電所トランスのDGAフィールドガイド（サンプリングの頻度、デュバル、回収）
- Springer — オンライン溶解ガス分析：可能性、経験、制限
- Megger — トランスの健康状態のためのDGA結果の解釈方法
結論
リアルタイムの変圧器ガス検出により、電気設備の貴重な資産は情報のないブラックボックスから、心電図配線を持つ患者へと変わります。変圧器油に含まれる溶解ガス（水素、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、二酸化炭素を含む）は、DGAの使用と基準、信号をメンテナンスの決定に変換するためのツールの使用において、長年にわたって証明された早期警告信号です。定期的なラボサンプリングからリアルタイムのオンラインモニタリングへの移行は、変化率という重要な利点をもたらします。この場合、重要な利点は、定期的なコストで問題を検出することができるか、強制的な停止を通じてそれが存在していたことを認識することのいずれかにあります。重要な変圧器の所有者にとって、最初の回避された故障で完了し、閉じられるビジネスケースに注意を払うことが不可欠です。.