Analisis Kegagalan dan Kes Kasus Penyelesaian Masalah bagi Transformator Distribusi

Penyebab Kerosakan pada Pengubah Tegangan Distribusi
Kerosakan yang Disebabkan oleh Peningkatan Suhu
Impak terhadap Bahan Logam
Apabila pengubah tegangan beroperasi, jika arus terlalu besar, menyebabkan beban pelanggan melebihi kapasiti terpilih pengubah tegangan, suhu pengubah tegangan akan meningkat, yang seterusnya memudarkan bahan logam dan mengurangkan kekuatan mekanikal mereka secara signifikan. Ambil contoh tembaga. Jika ia terdedah kepada persekitaran suhu tinggi di atas 200 °C untuk tempoh yang lama, kekuatan mekanikalnya akan melemah secara signifikan; jika suhu melebihi 300 °C dalam tempoh singkat, kekuatan mekanikal juga akan jatuh dengan tiba-tiba. Untuk bahan aluminium, suhu kerja jangka panjang harus dikawal di bawah 90 °C, dan suhu kerja jangka pendek tidak boleh melebihi 120 °C.
Impak Kontak yang Buruk
Kontak yang buruk adalah penyebab penting bagi banyak kerosakan peralatan distribusi, dan suhu bahagian kontak elektrik mempunyai impak yang besar terhadap kualiti kontak elektrik. Apabila suhu terlalu tinggi, permukaan konduktor kontak elektrik akan mengoksida dengan hebat, dan rintangan kontak akan meningkat secara signifikan, menyebabkan suhu konduktor dan komponennya naik, dan dalam kes yang teruk, kontak mungkin akan terlas.
Impak terhadap Bahan Insulasi
Apabila suhu sekitar melampaui julat yang munasabah, bahan insulasi organik akan menjadi getah, mempercepat proses penuaan, menyebabkan penurunan sifat insulasi yang signifikan, dan dalam kes yang teruk, pemecahan dielektrik mungkin berlaku. Penelitian menunjukkan bahawa untuk bahan insulasi Kelas A, dalam julat tahanan suhunya, setiap kenaikan 8 - 10 °C dalam suhu, umur simpanan efektif bahan tersebut akan berkurang hampir separuh. Hubungan antara suhu dan umur simpanan ini dikenali sebagai "kesan penuaan termal", yang merupakan faktor penting yang mempengaruhi kebolehpercayaan bahan insulasi.
 Kerosakan Pengubah Tegangan Distribusi yang Disebabkan oleh Kontak yang Buruk
Kerosakan yang Disebabkan oleh Oksidasi Lapisan Perlindungan
Untuk meningkatkan prestasi komprehensif komponen konduktif, teknologi modifikasi permukaan sering digunakan dalam amalan kejuruteraan untuk merawat bahagian kontak utama. Ambil contoh rod konduktif pengubah tegangan. Biasanya, lapisan perlindungan logam mulia (seperti emas, perak, atau aloi berdasarkan timah) dibentuk pada permukaan kerjanya melalui elektroplating. Lapisan ikatan metalurgi ini dapat meningkatkan sifat fizikal dan kimia antara muka kontak secara signifikan.

Perlu diperhatikan bahawa semasa operasi mekanikal dalam pemeliharaan peralatan atau di bawah beban termal jangka panjang, lapisan mungkin terkelupas sebahagian atau mengalami oksidasi dan korosi, seterusnya menyebabkan masalah seperti peningkatan abnormal rintangan kontak dan penurunan keupayaan membawa arus. Data eksperimental menunjukkan bahawa apabila kerugian ketebalan lapisan melebihi 30%, kestabilan konduktiviti elektrik antara mukanya akan menunjukkan trend pengurangan eksponensial.
Korosi Kimia yang Disebabkan oleh Sambungan Langsung Tembaga dan Aluminium
Dalam sistem sambungan elektrik, sambungan langsung antara logam heterogen tembaga dan aluminium akan membentuk perbezaan potensial elektroda yang signifikan, dan nilai potensialnya boleh mencapai 0.6 - 0.7 V. Perbezaan potensial ini akan memicu korosi galvanik yang serius. Dalam amalan kejuruteraan, disebabkan oleh ketidakpatuhan terhadap spesifikasi pembinaan atau pemilihan bahan yang tidak tepat, sambungan langsung konduktor tembaga dan aluminium tanpa rawatan transisi sering berlaku.

Setelah kaedah sambungan ini diberi daya, lapisan filem oksida akan terbentuk secara beransur-ansur pada antara muka sambungan, menyebabkan peningkatan bukan linear dalam rintangan kontak. Di bawah suhu kerja terpilih, umur simpanan efektif sambungan-sambungan ini biasanya tidak melebihi 2000 jam, dan akhirnya, kerosakan akan berlaku disebabkan oleh penurunan permukaan kontak.
Pemanasan Berat pada Kontak Elektrik yang Disebabkan oleh Kontak yang Buruk
Semasa pemasangan sebenar pengubah tegangan distribusi, kotak meter anti pencurian biasanya dikonfigurasikan pada sisi rendah voltan. Disebabkan ruang dalaman kotak meter yang terhad dan teknik pembinaan yang tidak standard, masalah seperti sambungan kabel yang berliku atau crimping mekanikal terminal yang longgar sering berlaku. Sambungan-sambungan yang buruk ini akan menyebabkan peningkatan abnormal dalam rintangan kontak, menyebabkan pemanasan berlebihan di bawah tindakan arus beban, dan seterusnya memicu kerosakan abrasi batang konduktif rendah voltan.

Lebih serius lagi, peningkatan suhu berterusan di hujung gulungan rendah voltan akan mempercepat proses penuaan termal bahan insulasi, mencipta ancaman pelepasan separa. Pada masa yang sama, pemanasan berlebihan juga akan menyebabkan minyak pengubah tegangan mengalami reaksi pirolisis, mengurangkan kekuatan insulasinya dan prestasi pendinginan. Data eksperimental menunjukkan bahawa apabila suhu minyak berterusan melebihi 85 °C, voltan pecahannya akan berkurang kira-kira 15% - 20% setahun. Efek kemerosotan berganda ini sangat mungkin menyebabkan kerosakan insulasi apabila bertemu dengan overvoltan petir atau overvoltan beralih, akhirnya menyebabkan kegagalan pengubah tegangan.
Kerosakan Pengubah Tegangan Distribusi yang Disebabkan oleh Kelembapan
Peningkatan kelembapan relatif sekitar mempunyai impak ganda terhadap sistem insulasi peralatan distribusi. Pertama, kekuatan dielektrik udara lembap berkurang secara signifikan, dan kekuatan medan pecahannya berkaitan negatif dengan kelembapan; kedua, penyerapan molekul air pada permukaan bahan insulasi akan membentuk saluran konduktif, menyebabkan penurunan resistiviti permukaan. Lebih serius lagi, apabila kelembapan menyebar ke dalam media insulasi pepejal atau larut dalam minyak pengubah tegangan, ia akan menyebabkan peningkatan tajam dalam kehilangan dielektrik.

Apabila kandungan air dalam minyak pengubah tegangan mencapai kira-kira 100 μL/L, voltan pecahannya pada frekuensi kuasa akan turun hingga kira-kira 12.5% dari nilai awal. Kemerosotan prestasi insulasi ini akan meningkatkan arus bocor peralatan secara signifikan. Dalam persekitaran lembap, pelepasan separa mungkin berlaku walaupun di bawah voltan operasi terpilih. Data statistik menunjukkan bahawa dalam persekitaran dengan kelembapan relatif melebihi 85%, kadar kerosakan pengubah tegangan distribusi meningkat 3 - 5 kali berbanding dengan persekitaran kering, kebanyakannya ditunjukkan sebagai kerosakan insulasi dan kejadian kilat permukaan.

Kerosakan Pengubah Tegangan Distribusi yang Disebabkan oleh Pemasangan Petir yang Tidak Sesuai
Dalam sistem kuasa, kebolehpercayaan prestasi peranti perlindungan overvoltan secara langsung mempengaruhi keselamatan operasi pengubah tegangan. Sebagai komponen perlindungan utama, kualiti pemasangan, operasi dan pemeliharaan, serta ujian pencegahan peranti petir oksida logam (MOA) adalah tautan kunci untuk memastikan keberkesanan mereka. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh teknik pembinaan yang tidak standard, pelaksanaan prosedur deteksi yang tidak mencukupi, dan kurangnya literasi profesional staf operasi dan pemeliharaan, kesan perlindungan sebenar peranti perlindungan sering berkurang dengan ketara, yang merupakan penyebab penting bagi kejadian kerosakan insulasi pengubah tegangan distribusi.

Dari perspektif praktis operasi, peranti perlindungan akan terjejas oleh pelbagai tekanan persekitaran semasa perkhidmatan jangka panjang. Faktor-faktor seperti siklus suhu, getaran mekanikal, dan media korosif mungkin menyebabkan penurunan prestasi sambungan sistem grounding. Apabila sistem terkena sambaran petir, gelung grounding yang gagal tidak akan dapat mengeluarkan tenaga overvoltan dengan segera, menyebabkan pecah panas peranti perlindungan itu sendiri. Menurut statistik, di antara kes-kes kerosakan peranti perlindungan, kejadian letupan yang disebabkan oleh grounding yang buruk mengambil lebih daripada 60%, dan proses pelepasan tenaga sering disertai dengan pelepasan busur api yang hebat.
Beberapa Kaedah Diagnosis Kerosakan untuk Pengubah Tegangan Distribusi
Diagnosis Kerosakan melalui Penilaian Intuitif
Diagnosis kerosakan pengubah tegangan distribusi boleh dinilai secara awal melalui ciri-ciri luaran. Kandungan pengamatan termasuk: integriti casing (retak, deformasi), status mekanikal (mur longgar), prestasi penyegelan (tanda kebocoran), keadaan permukaan (tingkat kotoran, fenomena korosi), dan tanda-tanda abnormal (perubahan warna, tanda pelepasan, asap), dll. Ciri-ciri luaran ini mempunyai hubungan tertentu dengan kerosakan dalaman.

Apabila minyak pengubah tegangan berwarna coklat gelap dan berbau hangus, disertai dengan peningkatan suhu abnormal dan operasi komponen perlindungan sisi tinggi voltan, ia biasanya menunjukkan bahawa terdapat anomali dalam sistem litar magnet, mungkin kerosakan insulasi antara lembaran silikon atau kerosakan multi-grounding konduktor magnet.

Jika arus operasi meningkat secara abnormal, suhu minyak meningkat secara signifikan, parameter tiga fasa tidak simetri, disertai dengan operasi peranti perlindungan sisi rendah voltan, asap di dalam tangki minyak, dan fluktuasi voltan sekunder, ia boleh ditentukan sebagai kerosakan short-sirkuit putaran-ke-putaran yang disebabkan oleh kegagalan insulasi antara konduktor gulungan. Apabila parameter elektrik salah satu fasa sepenuhnya hilang (voltan dan arus adalah 0), ciri ini biasanya berkoresponden dengan kerosakan terbuka gulungan atau konduktor sambungan yang melebur.

Fenomena semburan minyak dari tangki minyak adalah tanda penting kerosakan dalaman serius pengubah tegangan. Apabila kadar penghasilan gas kerosakan melebihi kapasiti peranti pelepasan tekanan, tekanan positif akan terbentuk di dalam tangki minyak. Awalnya, ia ditunjukkan sebagai kebocoran pada titik segel yang lemah. Seiring dengan peningkatan tekanan yang berterusan, semburan minyak mungkin akhirnya berlaku di permukaan sambungan badan tangki. Jenis kerosakan ini kebanyakan disebabkan oleh pecah insulasi antara fasa gulungan, biasanya disertai dengan meleburnya komponen perlindungan sisi tinggi voltan. Berdasarkan statistik tindakan relais gas, kira-kira 75% kerosakan serius akan melalui proses perkembangan ini.
Diagnosis Kerosakan melalui Perubahan Suhu
Semasa operasi pengubah tegangan distribusi, konduktor bawa arus akan tidak dapat mengelakkan dari kerugian haba disebabkan oleh kesan Joule, yang merupakan fenomena fizikal normal. Walau bagaimanapun, apabila peralatan mempunyai keabnormalan elektrik (seperti penurunan insulasi, kontak yang buruk) atau kecacatan mekanikal (seperti deformasi gulungan, kegagalan sistem pendingin), keadaan keseimbangan termalnya akan terganggu, ditunjukkan dengan suhu operasi melebihi nilai yang dibenarkan. Berdasarkan teori penuaan termal, untuk setiap 6 - 8 °C peningkatan suhu, kadar penuaan bahan insulasi akan berganda, dengan demikian memberi kesan secara signifikan terhadap umur simpanan peralatan.

Untuk peningkatan suhu abnormal yang disebabkan oleh kerosakan dalaman, biasanya terdapat keabnormalan yang jelas dalam sistem litar minyak. Apabila suhu titik panas mencapai nilai kritikal, minyak pengubah tegangan akan mengalami reaksi pirolisis, menghasilkan jumlah gas yang besar, menyebabkan peranti pelepasan tekanan beroperasi, mengakibatkan kebocoran minyak atau semburan minyak. Dalam amalan kejuruteraan, kaedah mudah boleh digunakan untuk menilai awal keadaan suhu peralatan: jika permukaan casing pengubah tegangan boleh disentuh dengan tangan selama lebih dari 10 saat, suhu permukaannya biasanya tidak melebihi 60 °C. Nilai empiris ini boleh digunakan sebagai rujukan untuk penilaian cepat di tapak.
Diagnosis Kerosakan melalui Perubahan Bau
Saat tutup bantal minyak dibuka, bau hangus yang unik dan menusuk hidung dapat tercium. Ini menunjukkan bahwa kumparan di dalam pengubah tegangan telah hangus, sering disertai dengan meleburnya dua hingga tiga fuse drop-out fase.

Diagnosis Kerosakan melalui Perubahan Bunyi
Semasa operasi pengubah tegangan, kesan magnetostriktif yang dihasilkan oleh magnetisasi inti besi akan memicu getaran mekanikal berkala. Getaran-getaran ini dan ciri-ciri akustik yang menyertainya merupakan penunjuk penting operasi normal peralatan. Teknologi diagnosis akustik memungkinkan pemantauan efektif status operasi pengubah tegangan. Secara spesifik, ciri-ciri frekuensi sinyal bunyi, perubahan aras tekanan bunyi, dan ciri-ciri spektrum getaran dapat mengungkapkan kerosakan potensial peralatan.

Apabila menggunakan kaedah deteksi akustik, batang konduktif (seperti batang isolasi) boleh digunakan sebagai medium untuk konduksi gelombang bunyi. Salah satu ujung batang dibawa ke dalam kontak dengan cangkang luar peralatan, dan ujung lain diletakkan dekat organ pendengaran untuk mendengar. Setelah sinyal bunyi abnormal terdeteksi, langkah-langkah pemeliharaan pencegahan harus segera dilaksanakan untuk mencegah eskalasi kerosakan. Berikut adalah korespondensi antara ciri-ciri akustik tipikal dan jenis kerosakan:

• Bunyi "klik" intermiten: Biasanya, ini menunjukkan bahwa lapisan inti besi longgar atau mur penjepit memiliki tork yang tidak cukup. Aras tekanan bunyi biasanya berada dalam lingkup 60 hingga 70 desibel.
  Bunyi pelepasan frekuensi tinggi: Mengiringi fenomena pelepasan separa, sinyal bunyi menunjukkan ciri "retak". Dalam kasus yang parah, aras tekanan bunyi dapat melebihi 85 desibel, dan sering terdapat tanda-tanda pelepasan yang terlihat.

• Bunyi ledakan tiba-tiba: Ini biasanya terjadi ketika insulasi kabel rusak atau ada pelepasan ke tanah. Perubahan tiba-tiba dalam aras tekanan bunyi melebihi 20 desibel.

• Bunyi gemuruh frekuensi rendah: Umumnya terkait dengan kerosakan grounding sisi rendah voltan, frekuensi sinyal bunyi terkonsentrasi dalam lingkup 100 hingga 400 hertz.

• Bunyi siulan tajam: Ini menunjukkan bahwa peralatan berada dalam keadaan over-excitation, dan frekuensi utama sinyal bunyi biasanya antara 1 dan 2 kilohertz.

• Bunyi mendidih gelembung: Mengiringi peningkatan abnormal suhu minyak, sinyal bunyi menunjukkan ciri "mendesis" yang berkelanjutan, biasanya menunjukkan penurunan kinerja insulasi minyak.

Diagnosis Kerosakan melalui Alat Ukur
Karena keterbatasan teknologi peralatan, stasiun penyediaan daya sebagian besar menggunakan multimeter untuk mengukur apakah resistansi konduktor gulungan mengalir untuk menentukan adanya putus kabel atau short-sirkuit putaran-ke-putaran di dalam pengubah tegangan; alat ukur resistansi isolasi digunakan untuk mengukur resistansi isolasi setiap gulungan pengubah tegangan ke tanah, sehingga menentukan apakah insulasi utama mengalami breakdown. Ketika insulasi antara gulungan dan tanah atau antara fasa mengalami breakdown, nilai impedansi insulasinya akan mendekati 0 Ω.

Saat menguji kinerja isolasi gulungan, perlu mengukur parameter isolasi dari tiga rangkaian berikut: resistansi isolasi antara gulungan primer, gulungan sekunder, dan casing; resistansi isolasi antara gulungan sekunder, gulungan primer, dan casing; dan resistansi isolasi antara gulungan primer dan gulungan sekunder. Perlu dicatat bahwa titik referensi potensial tanah dalam uji ini adalah struktur casing logam pengubah tegangan. Nilai referensi resistansi isolasi untuk pengubah tegangan celupan minyak ditunjukkan dalam Tabel 1.

Teknologi Diagnosis Kerosakan untuk Pengubah Tegangan Distribusi
Teknologi diagnosis kerosakan untuk pengubah tegangan distribusi adalah cara penting untuk memastikan operasi peralatan yang selamat. Melalui teknologi diagnosis canggih, kerosakan potensial dapat dideteksi dengan tepat waktu, dan langkah-langkah efektif dapat diambil untuk mencegah penyebaran kerosakan. Berikut ini diperkenalkan beberapa teknologi diagnosis kerosakan yang umum digunakan untuk pengubah tegangan distribusi.
Uji Resistansi DC Gulungan
Uji resistansi DC gulungan adalah salah satu metode dasar untuk mendeteksi kondisi kesehatan gulungan pengubah tegangan. Dengan mengukur resistansi DC gulungan, dapat ditentukan apakah terdapat masalah seperti putus kabel, kontak yang buruk, atau short-sirkuit putaran-ke-putaran di gulungan. Misalnya, selama inspeksi rutin pengubah tegangan di suatu area, resistansi DC gulungan sisi tinggi yang abnormal terdeteksi. Pemeriksaan lebih lanjut mengungkapkan short-sirkuit putaran-ke-putaran di gulungan. Penggantian gulungan secara tepat waktu menghindari terjadinya kerosakan yang lebih serius. Uji resistansi DC gulungan memiliki keuntungan operasi yang sederhana dan hasil yang intuitif, dan merupakan metode deteksi yang tidak terpisahkan dalam pemeliharaan harian pengubah tegangan.
Analisis Gas Terlarut (DGA)
Analisis Gas Terlarut (DGA) adalah sarana teknis penting untuk mendiagnosis kerosakan internal pengubah tegangan. Dengan menganalisis komponen dan kandungan gas yang terlarut dalam minyak pengubah tegangan, dapat ditentukan apakah terdapat kerosakan seperti overheating dan pelepasan di dalam pengubah tegangan. Menggunakan metode tiga rasio IEC60599, kerosakan tipe pelepasan dapat dikenali dengan akurat. Misalnya, konsentrasi etena (C2H2) dan hidrogen (H2) yang tinggi terdeteksi dalam minyak pengubah tegangan tertentu. Analisis dengan metode tiga rasio menentukan bahwa ini adalah kerosakan tipe pelepasan. Pemeliharaan tepat waktu menghindari kerusakan peralatan. DGA memiliki keuntungan sensitivitas tinggi dan diagnosis yang akurat, dan merupakan sarana penting untuk memonitor kondisi pengubah tegangan.
Detection Pelepasan Separatis
Deteksi pelepasan separatis adalah metode penting untuk mengevaluasi kondisi insulasi pengubah tegangan. Pelepasan separatis biasanya terjadi di daerah insulasi yang lemah, dan pelepasan jangka panjang akan menyebabkan penurunan bertahap bahan insulasi, akhirnya menyebabkan kerosakan serius. Melalui deteksi pelepasan separatis, cacat insulasi dapat dideteksi dengan tepat waktu, dan tindakan pencegahan dapat diambil. Misalnya, selama deteksi pelepasan separatis pada pengubah tegangan tertentu, fenomena pelepasan ditemukan pada bushing sisi tinggi. Setelah bushing diganti, fenomena pelepasan hilang, secara efektif memperpanjang umur layanan peralatan. Deteksi pelepasan separatis memiliki keuntungan non-destruktif dan sensitivitas tinggi, dan merupakan sarana penting untuk memantau insulasi pengubah tegangan.
Deteksi Getaran dan Akustik Gabungan
Deteksi getaran dan akustik gabungan adalah untuk menentukan apakah terdapat kerosakan mekanis di dalam peralatan dengan menganalisis sinyal getaran dan suara selama operasi pengubah tegangan. Misalnya, untuk pengubah tegangan yang rusak, amplitudo getaran melebihi standar 3 dB di band frekuensi 125 Hz. Inspeksi menunjukkan bahwa klamp inti besi longgar. Setelah dikencangkan dengan tepat, getaran kembali normal. Deteksi getaran dan akustik gabungan memiliki keuntungan pemantauan real-time dan diagnosis yang akurat, dan merupakan sarana penting untuk mendiagnosis kerosakan mekanis pengubah tegangan.
Deteksi Termografi Inframerah
Deteksi termografi inframerah adalah untuk menentukan apakah terdapat kerosakan overheating di peralatan dengan mendeteksi distribusi suhu pada permukaan pengubah tegangan. Misalnya, selama deteksi termografi inframerah pada pengubah tegangan tertentu, ditemukan suhu abnormal di sambungan bushing sisi tinggi. Inspeksi menunjukkan bahwa mur sambungan longgar. Setelah dikencangkan dengan tepat, suhu kembali normal. Deteksi termografi inframerah memiliki keuntungan non-kontak dan diagnosis cepat, dan merupakan sarana penting untuk mendiagnosis kerosakan overheating pengubah tegangan.
Metode dan Contoh Penghapusan Kerosakan untuk Pengubah Tegangan Distribusi
Penyelaan Garis yang Disebabkan oleh Short-Sirkuit Putaran-ke-Putaran di Pengubah Tegangan
Fenomena Kerosakan
Terjadi trip over-current pada garis 10 kV di suatu substation. Setelah mengurangi sebagian beban, over-current masih terjadi selama percobaan re-closing.
Analisis Penyebab Kerosakan
Setelah petugas pemeliharaan di lapangan tiba di area kerosakan, mereka pertama-tama menggunakan megohmmeter untuk menguji kinerja insulasi garis pasokan, dan nilai insulasi yang diukur ke tanah sekitar 2 MΩ. Selanjutnya, instrumen monitoring dihubungkan ke terminal open-delta sisi sekunder trafo tegangan 10 kV. Selama tes energi sementara, pembacaan voltase diamati sekitar