構造のアップグレード: 新しい変圧器技術

現代のビジネス要件には、安全性、信頼性の高い電源供給、および継続的なビジネス運営を保証できるアップグレードされた資産が必要です。 変圧器技術は、電力会社の変化するニーズに対応し、電力システムの回復力を向上させるのに十分な進歩を遂げています。 主な傾向は、乾式変圧器と K クラス (エステル) 流体充填変圧器の使用であり、油充填変圧器と比較して故障率が低いと報告されています。 もう 1 つの主要な技術トレンドは、デジタル変電所の重要な要素となるスマート変圧器の使用です。スマート変圧器は、電圧を自律的に制御し、スマート グリッドとの通信を維持して、リモート管理と電源特性のリアルタイム フィードバックを可能にします。 これらの新世代変圧器は、強化されたコア材料を使用しており、より高いレベルの安全性（耐火性など）、より低いスペース要件、より安価な価格、より低い故障率、より低いノイズレベル、および資産寿命の延長を備えています。 さらに、環境に優しく、スマートグリッドにも適応します。

Power Line では、変圧器の新たな技術トレンドを考察します。

変圧器技術

HVDC コンバータ変圧器: 高電圧直流 (HVDC) 送電は、長距離の大容量電力を送電するための経済的なプロセスです。 すべての発電所は交流 (AC) を生成するため、交流 (AC) を直流 (DC) に変換するために HVDC コンバーター変圧器が必要です。 これらの変圧器は、電力消費のために DC を AC に変換します。 AC システムに接続された AC 巻線とコンバータに接続されたバルブ巻線があり、さらに直列回路に接続されて必要なレベルの DC 電圧を生成します。 これらの変圧器の利点は、高い電力伝送と低い伝送損失です。

2021年6月、パワーグリッド・コーポレーション・オブ・インディア・リミテッド（パワーグリッド）は、チャッティースガル州のライガル、タミル・ナドゥ州のプガルール、ケーララ州のトリチュール間に6,000MWのHVDCバイポールを稼働させました。 バーラト重電株式会社（BHEL）と日立 ABB パワーグリッドで構成されるコンソーシアムは、2016 年に 800 kV ライガール - プガルル間のリンクを受注しました。このコンソーシアムは、800 kV 変圧器、変換弁、冷却システム、制御および制御装置を含む主要機器を供給しました。プロジェクトの保護テクノロジー。 このプロジェクトは、国内で初めて電圧源コンバータ技術を使用したものです。

エステル充填変圧器: 従来の変圧器は絶縁液として鉱物油を使用しますが、エステル充填変圧器は変圧器の液体絶縁に天然エステルを使用します。 天然エステルの発火点は鉱物油の約 2 倍の 360 ℃、引火点は 320 ℃ であるため、これらの変圧器には耐火性があるという大きな利点があります。 天然エステルは生分解性であるため、漏れが発生した場合でも、エステル充填変圧器は従来の変圧器よりも優れた性能を発揮し、土壌汚染のリスクが最小限に抑えられます。

昨年4月、タタパワーはムンバイ送電網の一部としてインド最大の天然エステル充填110/33/22 kV、125 MVAの変圧器をBKC受電所に委託した。 最近では、2022 年 7 月に、BHEL はテランガーナの NTPC ラマグンダムに 100 MW の水上太陽光発電所の建設を委託しました。 太陽光発電所の主な構成要素は、生分解性の天然エステル油を充填したインバーター用変圧器の使用です。

乾式変圧器: 乾式変圧器が注目を集めています。 これらでは、巻線はコアとともに空気が満たされ、加圧され密閉されたタンク内に保管されます。 これらは、可動部品や回転部品を持たない、静止したソリッドステート デバイスです。 耐火金庫に保管する必要がなく、有毒ガスも発生しません。 乾式変圧器には鋳造樹脂変圧器と真空圧模造変圧器の2種類があります。 火災の危険を軽減できるため、住宅、オフィス、学校、病院、地下鉄駅などの場所に最適です。 BSES Yamuna Power Limited はデリー東部に乾式変圧器を導入し、BRPL はデリーのトリヴェニ ショッピング コンプレックスに 1,500 kVA 乾式変圧器を導入しました。 乾式変圧器は高知市の地下鉄駅にも導入されています。

グリーン変圧器: エステル油の使用により火災に対する安全性が向上し、超低用途向けの低ノイズを備えたグリーン変圧器が登場しています。 グリーン変圧器には、従来の変圧器と比較して二酸化炭素排出量が低く、経年劣化が遅いなど、いくつかの利点があります。 また、このような変圧器は密閉タンクを備えているためライフサイクルコストが低くなり、オイルコンサバータや関連装置が不要となり、メンテナンスの必要性が軽減されます。

スマート変圧器: スマート変圧器は、デジタル変電所に不可欠なコンポーネントです。 スマート変圧器は、スマートグリッドとの接続を維持することで遠隔操作を可能にしながら、電圧を独立して調整できます。 応用半導体技術を使用して電圧比を変更し、高い電力密度を達成できます。 また、高周波で動作するため、コストとサイズの両方が削減され、経済的になります。 さらに、スマート変圧器はエネルギー消費と温室効果ガスの排出を最小限に抑えます。 安定した最適な電力供給を実現し、電力変動から電気機器を保護し、機器の寿命を延ばします。

その他: 移動変圧器は、移動変電所で使用されるポータブル デバイスです。 これは、負荷のピーク時、変電所の交換、機器の故障時など、暫定的な系統接続や一時的な電力供給が必要な緊急事態に使用されます。 これはトレーラーに搭載された自己完結型のシステムで、事前設定済みで設置と試運転にかかる時間が短く、すぐに使用できます。 電力会社は、エネルギー効率の高い変圧器 (EET) を使用して送配電 (T&D) システムの効率を高め、その結果 T&D 損失を削減できます。 これらのトランスは、高性能を実現するために特別に設計されています。 低抵抗の銅線を使用し、熱損失が最小限に抑えられ、必要な冷却剤が少なく、稼働時間が長くなります。 EET は損失を最大 60% 削減できます。 これらに加えて、2020年9月、パワーグリッドはBHELと協力して、パワーグリッドの400/220 kV ビワディ変電所に400 kV光変流器とデジタル変電所コンポーネントを発注しました。

素材の進歩

トランスの材質も改良されています。 コア構造の新しいトレンドは、損失の削減と生産プロセスの迅速化に役立ちます。 変圧器コアを従来の非ステップラップ構造からステップラップ構造にすることで、変圧器コアのビルディングファクターを5～8％低減し、無負荷電流とノイズレベルを低減します。 また、変圧器の加工では、水分を均一に除去する乾燥技術「気相乾燥」が注目を集めています。 熱油噴霧乾燥のような気相乾燥では、真空乾燥と同時に炭化水素を使用して熱を加えます。 気相プロセスは、熱の追加と真空の適用を最も効率的に組み合わせます。 これにより、熱油スプレー処理に比べて処理時間が約 25%、熱風処理に比べて 40% 短縮されます。 さらに、変圧器の製造に使用される基本的なコア材料は、CRGO M4 鋼板からアモルファス鋼、レーザースクライブされたコア材料グレードの ZDKH へ徐々に移行しています。 さらに、トランスの巻線に使用される導体材料は、紙で絶縁されたレギュレーターの銅導体から、エポキシでコーティングされた連続転置導体に移行しました。 これにより、スペースが最適化されました。

結論

最新の変圧器技術の採用により、将来の送電網の回復力が高まり、送電網が経験する重大な変化に適応できるようになります。 ただし、これらの新興テクノロジーの導入の規模とペースは、今後、電力会社による投資の範囲によって左右されるでしょう。