Analisis Kerosakan Pemutus Litar Busbar Neutral Semasa Penahanan Genting Awan Tukar Cerun Tinggi

1.Prinsip Penahanan Peralatan Pengubah Tegangan Ultra-Tinggi
1.1 Prinsip Kerja Peralatan Pengubah
Peralatan pengubah tegangan ultra-tinggi (UHV) biasanya menggunakan katup tiristor atau katup transistor bipol bergerak terisolasi (IGBT) untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) dan sebaliknya. Sebagai contoh, katup tiristor terdiri dari beberapa tiristor yang dihubungkan secara seri dan paralel. Dengan mengontrol pemicuan (penyalinan) dan pemutusan tiristor, katup mengatur dan mengubah arus listrik. Selama operasi normal, peralatan pengubah mengubah AC menjadi DC atau DC menjadi AC sesuai dengan urutan dan waktu penyalaan yang telah ditentukan [1].

1.2 Penyebab dan Proses Penahanan Peralatan Pengubah
Penahanan peralatan pengubah dapat dipicu oleh berbagai faktor, termasuk tegangan berlebih, arus berlebih, kegagalan komponen internal, dan ketidaknormalan dalam sistem kontrol dan perlindungan. Ketika anomali tersebut terdeteksi, sistem kontrol dan perlindungan dengan cepat mengeluarkan perintah penahanan, menghentikan pemicuan semua tiristor atau katup IGBT, sehingga menahan peralatan pengubah.

Selama proses penahanan, terjadi perubahan signifikan pada parameter listrik sistem. Misalnya, pada sisi rektifikasi, setelah peralatan pengubah tertahan, arus sisi AC menurun dengan cepat. Namun, karena induktansi jalur, arus sisi DC tidak langsung turun menjadi nol dan malah terus mengalir melalui jalur seperti busbar netral, membentuk arus bebas. Pada saat ini, pemutus sirkuit busbar netral harus beroperasi dengan cepat untuk memutus arus DC dan melindungi peralatan sistem dari kerusakan akibat arus berlebih [2].

2.Kondisi Operasi Pemutus Sirkuit Busbar Netral Selama Penahanan Peralatan Pengubah
2.1 Perubahan Parameter Listrik
Ketika peralatan pengubah tertahan, tegangan dan arus di pemutus sirkuit busbar netral mengalami perubahan drastis. Di sisi DC, karena peralatan pengubah yang tertahan mencegah aliran arus normal, terjadi arus berlebih di busbar netral dan peralatan terkait. Sementara itu, karena proses transien elektromagnetik dalam sistem, mungkin terjadi tegangan berlebih di pemutus sirkuit busbar netral.

Sebagai contoh, dalam suatu proyek transmisi DC UHV, setelah peralatan pengubah tertahan, arus busbar netral secara instan meningkat hingga 2–3 kali arus nominal, dan tegangan di pemutus sirkuit busbar netral menunjukkan fluktuasi signifikan, mencapai 1.5 kali tegangan operasi normal. Tabel 1 menggambarkan secara visual perubahan parameter listrik selama penahanan peralatan pengubah.

Tabel 1: Perubahan Parameter Listrik Selama Penahanan Peralatan Pengubah dalam Suatu Proyek Transmisi DC UHV

2.2 Variasi Tegangan
Apabila katup pengubah diblokir, pemutus litar busbar neutral mesti mampu menanggung bukan sahaja tegangan elektrik tetapi juga tegangan mekanikal. Tegangan elektrik kebanyakannya timbul daripada tegangan berlebihan dan arus berlebihan, yang memperparahkan pengerosian elektrik pada kontak pemutus dan memendekkan tempoh perkhidmatan mereka. Tegangan mekanikal kebanyakannya disebabkan oleh daya impak yang dihasilkan oleh mekanisme operasi semasa operasi pembukaan dan penutupan yang cepat, serta daya elektromagnetik yang disebabkan oleh perubahan arus yang cepat. Sebagai contoh, dalam peristiwa pemblokiran katup pengubah yang kerap, komponen-komponen mekanisme operasi pemutus litar busbar neutral mungkin menjadi longgar atau aus, memberi kesan negatif kepada prestasi pembukaan dan penutupan normalnya [3].

3.Jenis Kesalahan Biasa dan Analisis Punca Pemutus Litar Busbar Neutral Semasa Pemblokiran Katup Pengubah
3.1 Kegagalan Isolasi
3.1.1 Penampakan Kesalahan
Kegagalan isolasi adalah salah satu jenis kesalahan yang lebih biasa untuk pemutus litar busbar neutral semasa pemblokiran katup pengubah. Ia kebanyakannya bermuncul sebagai penuaan atau kerosakan bahan-bahan isolasi dalaman, menyebabkan prestasi isolasi merosot dan mengakibatkan flashover atau keputusan. Sebagai contoh, dalam beberapa projek penghantaran DC UHV yang telah beroperasi lama, pencemaran permukaan dan retakan telah muncul pada bushing porcelin insulasi di dalam pemutus litar busbar neutral, mengurangkan prestasi isolasi dengan serius.

3.1.2 Analisis Punca
Punca-punca kegagalan isolasi termasuk beberapa aspek. Pertama, operasi jangka panjang di bawah tegangan tinggi dan arus besar secara beransur-ansur mempercepatkan penuaan bahan-bahan isolasi, mengurangkan keupayaan isolasi mereka dari masa ke semasa. Kedua, tegangan berlebihan dan arus berlebihan yang dihasilkan semasa pemblokiran katup pengubah memberikan tekanan yang berat kepada bahan-bahan isolasi, mempercepatkan proses penuaan. Selain itu, persekitaran operasi yang keras—seperti kelembapan tinggi dan pencemaran berat—menyebabkan permukaan isolasi mengumpulkan pencemar, mengurangkan prestasi isolasi dengan lebih lanjut. Sebagai contoh, dalam projek penghantaran DC UHV pesisir dengan kelembapan tinggi dan udara yang kaya dengan garam, filem konduktif mudah terbentuk di permukaan bushing porcelin insulasi pemutus litar busbar neutral, mengurangkan kekuatan isolasi secara signifikan dan menyebabkan kesalahan flashover yang kerap.

3.2 Kegagalan Mekanisme Operasi
3.2.1 Penampakan Kesalahan
Kegagalan mekanisme operasi kebanyakannya bermuncul sebagai masa pembukaan/penutupan yang tidak normal atau gagal untuk membuka/tutup (enggan beroperasi). Sebagai contoh, semasa pemblokiran katup pengubah, pemutus litar busbar neutral mungkin menunjukkan masa pembukaan yang terlalu panjang, gagal untuk menghentikan arus DC dengan segera, atau mungkin gagal untuk ditutup dengan betul, mengakibatkan hubungan yang buruk.

3.2.2 Analisis Punca
Punca-punca kegagalan mekanisme operasi adalah kompleks. Di satu sisi, komponen-komponen mekanikal merosot dari masa ke semasa akibat operasi yang kerap, mengalami pengausan atau penyelarasan yang mengganggu prestasi. Sebagai contoh, spring dalam mekanisme mungkin kehilangan elastisiti akibat letihan, menyebabkan daya pembukaan/penutupan yang tidak mencukupi. Di sisi lain, kesalahan dalam litar kawalan—seperti kegagalan relay atau kabel kawalan yang putus—boleh mencegah mekanisme menerima atau melaksanakan arahan dengan betul. Selain itu, gangguan elektromagnetik semasa pemblokiran katup pengubah boleh mengganggu isyarat kawalan, menyebabkan kegagalan atau enggan beroperasi. Sebagai contoh, dalam projek penghantaran DC UHV tertentu, kabel kawalan yang diletakkan berdekatan dengan busbar arus tinggi mengalami gangguan magnetik yang kuat semasa pemblokiran katup, menyebabkan pemutus enggan dibuka.

3.3 Kegagalan Kontak
3.3.1 Penampakan Kesalahan
Kegagalan kontak kebanyakannya termasuk pengerosian kontak, peningkatan rintangan kontak, dan penyambungan kontak. Semasa pemblokiran katup pengubah, apabila pemutus litar busbar neutral menghentikan arus besar, lengkung suhu tinggi terbentuk, menyebabkan pengerosian permukaan kontak. Pengerosian yang berpanjangan mengakibatkan permukaan kontak tidak rata dan rintangan yang lebih tinggi, mengganggu operasi normal. Dalam kes yang teruk, kontak mungkin bersambung, mencegah pemutus dibuka.

3.3.2 Analisis Punca
Punca utama kegagalan kontak adalah arus besar dan lengkung suhu tinggi yang dihasilkan semasa pemblokiran katup pengubah. Aliran arus besar menghasilkan pemanasan Joule, meningkatkan suhu kontak, sementara panas lengkung yang intens mempercepatkan pengerosian. Selain itu, sifat-sifat bahan kontak dan kualiti pembuatan mempengaruhi ketahanan lengkung. Kontak yang dibuat daripada bahan dengan ketahanan suhu tinggi atau lengkung yang lemah, atau yang dihasilkan dengan proses yang substandard, lebih cenderung untuk mengalami pengerosian. Sebagai contoh, dalam projek DC UHV, pemutus litar busbar neutral menggunakan kontak dengan ketahanan lengkung yang tidak mencukupi; selepas beberapa peristiwa pemblokiran, pengerosian yang teruk berlaku, meningkatkan rintangan kontak secara signifikan dan mengganggu operasi normal.

3.4 Kegagalan Transformator Arus
3.4.1 Penampakan Kesalahan
Kegagalan transformator arus kebanyakannya termasuk siri sekunder yang terbuka, kerosakan insulasi pembungkus, dan jemu inti. Semasa pemblokiran katup pengubah, perubahan mendadak dalam arus DC mengekspos transformator arus kepada tekanan yang signifikan, menjadikannya cenderung untuk gagal. Sebagai contoh, siri sekunder yang terbuka boleh menghasilkan voltan yang sangat tinggi, mengancam peralatan dan pekerja; kerosakan insulasi pembungkus boleh menyebabkan short circuit dalaman, mengurangkan ketepatan pengukuran; dan jemu inti meningkatkan ralat pengukuran, mungkin memicu tindakan pelindung yang salah.

3.4.2 Analisis Punca
Punca-punca kegagalan transformator arus termasuk yang berikut: Pertama, arus berlebihan semasa pemblokiran katup pengubah mengekspos pembungkus kepada tekanan haba dan elektromagnetik yang tinggi, mungkin merosakkan insulasi. Kedua, prestasi insulasi secara semula jadi merosot dari masa ke semasa, menjadikan transformator lebih rentan kepada kegagalan di bawah keadaan abnormal seperti pemblokiran katup. Selain itu, reka bentuk atau pemilihan yang tidak tepat—seperti arus rated yang salah atau kelas ketepatan—boleh menyebabkan jemu inti semasa peristiwa pemblokiran. Sebagai contoh, dalam projek DC UHV tertentu, arus rated transformator arus terlalu rendah; semasa pemblokiran katup, inti cepat jemu, gagal mengukur arus dengan tepat dan menyebabkan relai pelindung berfungsi dengan salah.

Untuk memahami dengan lebih baik perbandingan setiap jenis gangguan dalam kegagalan pemutus litar busbar neutral semasa penyekatan valve pengubah, makalah ini telah melakukan analisis statistik data gangguan dari beberapa projek transmisi DC UHV, dengan hasil ditunjukkan dalam Jadual 2.

Jadual 2: Perbandingan Jenis Gangguan Pemutus Litar Busbar Neutral Semasa Penyekatan Valve Pengubah UHV

4. Langkah Pencegahan dan Penanganan Kesalahan Pemutus Litar Bus Neutral Semasa Penahanan Pengubah Tegangan UHV
4.1 Langkah Pencegahan Kesalahan
4.1.1 Peningkatan Pilihan dan Reka Bentuk Peralatan
Selama fasa pembinaan projek penghantaran DC UHV, impak keadaan abnormal seperti penahanan pengubah tegangan terhadap pemutus litar bus neutral harus dipertimbangkan sepenuhnya, dan pilihan serta reka bentuk peralatan harus dioptimalkan dengan berasingan. Komponen utama—seperti pemutus litar dengan prestasi isolasi yang tinggi, kontak tahan api yang cemerlang, mekanisme operasi yang boleh dipercayai, dan transformator arus yang diberi rating yang sesuai—harus dipilih. Sebagai contoh, bushing isolasi seramik yang dibuat daripada bahan isolasi canggih dan proses pembuatan boleh meningkatkan kebolehpercayaan isolasi; bahan kontak dengan ketahanan api yang kuat memperpanjang jangka hayat kontak; dan mekanisme operasi yang direka dengan baik memastikan pembukaan/penutupan yang tepat dan boleh dipercayai di bawah pelbagai keadaan operasi.

4.1.2 Peningkatan Pemantauan dan Pemeliharaan Peralatan
Sistem pemantauan peralatan yang komprehensif harus ditubuhkan untuk memantau secara berterusan parameter operasi pemutus litar bus neutral, termasuk parameter elektrik, suhu, tekanan, getaran, dan petunjuk status lain. Melalui analisis data, risiko kesalahan potensial dapat dikenali awal. Sebagai contoh, termografi inframerah boleh digunakan untuk memantau suhu di kontak dan titik sambungan; kenaikan suhu yang tidak normal akan memicu pemeriksaan dan tindakan betulkan secara segera. Pemantauan dalam talian rintangan isolasi dan pelepasan separa membantu menilai keadaan isolasi. Selain itu, pemeliharaan rutin—termasuk pembersihan, pelumasan, dan pengencangan—harus diperkuatkan untuk memastikan peralatan tetap dalam keadaan operasi optimum.

4.1.3 Peningkatan Kualiti Lingkungan Operasi
Lingkungan operasi pemutus litar bus neutral harus ditingkatkan untuk mengurangkan impak negatif lingkungan. Sebagai contoh, sistem penyucian udara boleh dipasang di stesen transformasi untuk mengurangkan pencemar udara dan gas korosif; langkah-langkah kawalan kelembapan yang efektif—seperti dehumidifiers—dapat mengekalkan keadaan kering di sekitar peralatan. Di kawasan pesisir atau kawasan yang sangat tercemar industri, rawatan perlindungan khas—seperti lapisan anti-korosi—dapat diterapkan untuk meningkatkan ketahanan peralatan terhadap penurunan lingkungan.

4.2 Langkah Penanganan Kesalahan
4.2.1 Penggunaan Teknologi Diagnosis Kesalahan Cepat
Apabila kesalahan dikesan pada pemutus litar bus neutral, teknologi diagnosis kesalahan cepat harus digunakan untuk mengenal pasti jenis kesalahan dan punca asalnya dengan tepat. Sistem diagnosis pintar, dikombinasikan dengan data operasi masa nyata dan ciri-ciri kesalahan, memungkinkan lokalisasi kesalahan yang cepat melalui analisis data dan penghitungan berdasarkan model. Sebagai contoh, pemantauan dan analisis masa nyata parameter arus dan voltan boleh membantu menentukan sama ada gagal isolasi, kerusakan kontak, atau malfungsi transformator arus telah berlaku; analisis getaran boleh mengungkap isu mekanikal dalam mekanisme operasi.

4.2.2 Penubuhan Prosedur Penanganan Kesalahan yang Rasional
Prosedur penanganan kesalahan yang terperinci dan rasional harus ditubuhkan untuk memastikan respons yang cepat dan berkesan apabila kegagalan berlaku. Prosedur-prosedur ini harus termasuk pelaporan kesalahan, pemeriksaan di tapak, diagnosis kesalahan, perancangan baiki, pelaksanaan baiki, ujian peralatan, dan pengesahan penerimaan. Sepanjang proses, pengekalan protokol keselamatan yang ketat adalah penting untuk melindungi tenaga kerja dan peralatan. Sebagai contoh, semasa menangani kesalahan isolasi, kuasa harus diputuskan dan tenaga yang tersimpan dilepaskan sebelum pemeriksaan dan baiki; selepas penggantian komponen, ujian dan pemeriksaan penerimaan yang teliti harus mengesahkan bahawa prestasi memenuhi standard yang diperlukan.

4.2.3 Peralatan Sandaran Kecemasan dan Rancangan Kontijensi
Untuk mengurangkan impak kegagalan pemutus litar bus neutral terhadap operasi sistem, peralatan sandaran kecemasan harus tersedia, dan rancangan kontijensi yang komprehensif harus dirumuskan. Dalam kejadian kesalahan yang teruk yang tidak dapat dibaiki dengan segera, peralatan sandaran boleh dikerahkan dengan cepat untuk memulihkan operasi sistem yang normal. Pemeliharaan dan ujian rutin peralatan sandaran adalah perlu untuk memastikan ia tetap dalam keadaan siap sedia yang baik. Rancangan kontijensi harus menentukan prosedur respons kecemasan, tanggungjawab tenaga kerja, protokol komunikasi, dan elemen-elemen penting lain untuk membolehkan penanganan kecemasan yang tertib dan berkesan.

5. Kesimpulan
Semasa penahanan pengubah tegangan UHV, pemutus litar bus neutral menghadapi pelbagai risiko kesalahan—termasuk gagal isolasi, malfungsi mekanisme operasi, kerusakan kontak, dan kesalahan transformator arus—semua ini boleh mengganggu operasi selamat dan stabil sistem penghantaran DC UHV. Dengan menganalisis secara mendalam mekanisme penahanan pengubah tegangan dan keadaan operasi pemutus litar bus neutral di bawah keadaan tersebut, jenis-jenis kesalahan biasa dan punca-puncanya telah dikenal pasti dengan jelas, disokong oleh kajian kasus yang terperinci. Untuk mencegah dan menangani kesalahan-kesalahan ini secara berkesan, langkah-langkah pencegahan harus dilaksanakan dalam pemilihan dan reka bentuk peralatan, pemantauan dan pemeliharaan operasi, dan peningkatan lingkungan. Secara serentak, strategi penanganan kesalahan—termasuk teknologi diagnosis cepat, prosedur baiki yang piawai, dan sistem sandaran kecemasan—harus diambil untuk lebih meningkatkan kebolehpercayaan operasi sistem penghantaran DC UHV.