Analisis Penyebab dan Perbaikan Kesalahan Pembuangan pada Tongkat Insulasi Pemutus Sirkuit Tangki SF₆ 500kV
Sebagai komponen kunci dari pemutus sirkuit, batang tarik isolasi adalah bagian isolasi dan transmisi penting dari peralatan GIS (Gas-Insulated Switchgear). Batang ini harus memiliki keandalan tinggi dalam hal sifat mekanis dan listrik. Secara umum, batang tarik isolasi jarang mengalami kerusakan, tetapi jika terjadi kegagalan, dapat memiliki konsekuensi serius bagi pemutus sirkuit.
Pemutus sirkuit 550kV di sebuah stasiun pembangkit tertentu memiliki susunan horizontal satu putus, dengan model 550SR-K dan mekanisme operasi hidrolik. Pemutus sirkuit ini memiliki kapasitas pemutusan 63kA, tegangan nominal 550kV, arus nominal 4000A, arus pemutusan nominal 63kA, tegangan tahanan petir impuls nominal 1675kV, tegangan tahanan switching impuls nominal 1300kV, dan tegangan tahanan frekuensi kuasa nominal 740kV. Batang isolasi pemutus sirkuit terbuat dari resin epoksi, dengan ketebalan 15mm, lebar 40mm, dan densitas 1,1-1,25g/cm³.
Proses Kegagalan
Suatu stasiun pembangkit listrik tenaga air sedang mempersiapkan untuk melanjutkan pengiriman daya untuk transformator utama No. 4. Skema kabel utama stasiun pembangkit tersebut ditunjukkan pada Gambar 1. Komputer atas terlebih dahulu membuka pemutus sirkuit 5032, kemudian membuka pemutus sirkuit 5031. Komputer atas melaporkan sinyal seperti "Alarm Terbuka TV" dan "Kegagalan Perangkat Perlindungan Pemutus Sirkuit 5031". Pemeriksaan lapangan menunjukkan bahwa baik perangkat perlindungan maupun perangkat kontrol keselamatan pemutus sirkuit 5031 memiliki alarm terbuka TV. Pemeriksaan komputer atas menemukan bahwa untuk trafo tegangan di zona T pemutus sirkuit 5032 dan 5031, Uab= 0, Uca = 306kV, dan Ubc = 305kV. Pemeriksaan lapangan sebenarnya menunjukkan bahwa kedua pemutus sirkuit 5032 dan 5031 berada dalam posisi terbuka.
Personel pemeliharaan mengukur tegangan gulungan sekunder fase C sebesar 55V dan fase A dan B sebesar 0V di kotak terminal trafo tegangan tubuh di zona T pemutus sirkuit 5032 dan 5031. Awalnya diperkirakan ada kerusakan pada fase C pemutus sirkuit 5031.
Situasi Pemeriksaan Lapangan
Setelah terjadinya kegagalan, stasiun pembangkit segera mencari titik kegagalan di lapangan dan melakukan analisis penyebab kegagalan. Stasiun juga menghubungi pusat pengaturan provinsi untuk mentransfer pemutus sirkuit 5031 ke status pemeliharaan. Setelah personel dari produsen pemutus sirkuit tiba di lokasi, mereka memeriksa mekanisme operasi pemutus sirkuit 5031 lagi. Ditemukan bahwa posisi batang operasi mekanisme berada dalam keadaan "terbuka" normal, dan tidak ditemukan keanehan pada mekanisme, seperti ditunjukkan pada Gambar 2. Diperkirakan awalnya bahwa kegagalan disebabkan oleh masalah internal pemutus sirkuit.
Mengingat bahwa resistansi penutupan pemutus sirkuit jauh lebih kecil daripada resistansi grounding, jika keadaan internal pemutus sirkuit sebenarnya berada dalam posisi tertutup, resistansi grounding pemutus sirkuit ini akan jauh lebih rendah daripada dua fase lainnya. Resistansi grounding tiga fase pemutus sirkuit 5031 diukur tanpa membuka sakelar isolasi grounding di kedua sisi pemutus sirkuit. Hasil pengukuran adalah sebagai berikut: Fase A 273,3 μΩ, Fase B 245,8 μΩ, dan Fase C 256,0 μΩ. Tidak ditemukan data abnormal untuk Fase C.
Setelah pemutus sirkuit 5031 dimasukkan ke dalam status pemeliharaan, proses pemulihan gas untuk pemutus sirkuit fase 5031C dimulai, dan persiapan dibuat untuk membuka tutup untuk pemeriksaan. Flange atas pemutus sirkuit fase 5031C diangkat. Pemeriksaan menunjukkan bahwa kontak gerak dan statis pemutus sirkuit ini berada dalam posisi terbuka normal, struktur keseluruhan pemutus sirkuit utuh, dan tidak ditemukan benda asing atau tanda pelepasan yang jelas. Menggunakan multimeter, resistansi kontak antara kontak gerak dan statis pemutus sirkuit diukur sebesar 0,6 Ω (dalam rentang normal), dan tidak ada koneksi listrik antara kontak gerak dan statis dengan batang tarik isolasi, seperti digambarkan pada Gambar 3.
Setelah flange atas dan lubang akses bawah pemutus sirkuit diangkat kembali untuk pemeriksaan, bau gosong yang jelas terdeteksi di ruang gas. Ada zat bubuk coklat-hitam di dasar ruang gas dan di lokasi membran anti-ledakan bawah, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Tes penutupan lambat manual dilakukan pada pemutus sirkuit fase 5031C. Operasi penutupan normal, dan tidak ada fenomena abnormal yang diamati. Setelah penutupan manual lambat selesai, tubuh pemutus sirkuit diperiksa kembali. Ditemukan bahwa ada dua tanda pelepasan pada batang tarik isolasi pemutus sirkuit. Salah satunya retak secara jelas, seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Ada juga tanda tracking pada permukaan batang tarik isolasi, dan tanda-tanda ini menjalar sepanjang seluruh batang tarik isolasi.
Setelah memeriksa batang tarik isolasi dan tidak menemukan titik pelepasan baru, tes pembukaan lambat manual dilakukan pada pemutus sirkuit fase 5031C. Operasi pembukaan normal. Setelah pembukaan selesai, batang tarik isolasi diperiksa kembali, dan masih tidak ditemukan titik pelepasan baru. Endoskop digunakan untuk memeriksa secara menyeluruh bagian dalam pemutus sirkuit, dan tidak ditemukan fenomena abnormal lainnya.
Analisis Penyebab Kegagalan
Setelah batang tarik isolasi yang rusak dilepas, batang tersebut diamati dan diukur. Batang tersebut panjangnya 570mm, lebar 40mm, dan tebal 15mm. Ada dua titik terbakar pelepasan yang jelas pada seluruh batang tarik isolasi, masing-masing berjarak 182mm dan 315mm dari ujung. Salah satunya memiliki retakan sepanjang sekitar 53mm. Ada jejak jalur tracking yang jelas pada permukaan seluruh batang tarik isolasi, yang menghubungkan lubang sisi dalam di kedua ujung batang.
Isolasi batang tarik isolasi yang rusak diukur. Ketika diukur dengan multimeter, isolasi antara lubang yang berdekatan di ujung-ujungnya normal. Isolasi antara dua lubang sisi dalam di kedua ujungnya adalah 1,583MΩ. Ketika diukur dengan meter hambatan isolasi, nilai resistansi adalah 643k&Ω (pada tegangan 1010V), dan isolasi antara dua lubang sisi luar di kedua ujungnya adalah 1,52T&Ω (pada tegangan 5259V). Untuk batang tarik isolasi normal, isolasi antara dua lubang sisi dalam di kedua ujungnya yang diukur pada tegangan 5259V lebih besar dari 5,26T&Ω.
Berdasarkan hasil pemeriksaan di atas, dapat ditentukan bahwa isolasi batang tarik isolasi pemutus sirkuit fase 5031C telah tembus, dan menunjukkan konduktivitas di bawah kondisi tegangan relatif rendah.
Ketika batang tarik isolasi pemutus sirkuit fase 5031C dipotong untuk pemeriksaan, ditemukan bahwa, kecuali ujung-ujung batang di mana tidak ada lubang udara yang terlihat, ada lubang udara panjang sepanjang jalur tracking di dalam batang, seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
Penembusan total; kedua, proporsi bahan atau waktu pengerasan batang tarik isolasi tidak memenuhi persyaratan yang relevan, mengakibatkan kekuatan isolasi yang tidak merata pada bagian-bagian yang berbeda dari batang tarik isolasi. Di bawah medan listrik yang kuat, area dengan isolasi yang lebih rendah pertama kali tembus, dan kemudian area isolasi rendah lainnya mengikuti, akhirnya mengakibatkan penembusan total batang tarik isolasi.
Tindakan Penanganan
Tindakan Umum
Setelah menentukan penyebab kegagalan pemutus sirkuit fase 5031C, stasiun pembangkit mengatur penggantian batang tarik isolasi pemutus sirkuit fase C. Setelah penggantian selesai, ruang gas dikeringkan, diisi gas hingga tekanan nominal 0,45MPa, dan dibiarkan berdiri selama 24 jam. Kemudian, tes rutin dilakukan, termasuk mengukur kandungan kelembaban di ruang gas, memeriksa resistansi penutupan, melakukan tes karakteristik, dan mendeteksi kebocoran gas. Setelah tes rutin lulus, tes tahanan tegangan AC dan pelepasan parsial dilakukan untuk pemutus sirkuit 5031 dalam keadaan terbuka dan tertutup. Aksesori dipasang kembali, dan permohonan untuk melanjutkan pengiriman daya diajukan.
Tes Tahanan Tegangan AC dan Pelepasan Parsial
Tegangan uji diterapkan dari jalur cadangan 3E. Sebelum tes, rangkaian sekunder trafo arus (TA) di kedua sisi pemutus sirkuit 5031 dan 5031 serta 5032 dipendekkan dan di-grounding di tubuh utama. Juga, rangkaian sekunder semua TA di jalur cadangan 3E dipendekkan dan di-grounding di tubuh utama, dan trafo tegangan dalam jangkauan tes dilepas. Tes tahanan tegangan AC dan pelepasan parsial masing-masing dilakukan ketika pemutus sirkuit 5031 berada dalam keadaan tertutup dan terbuka.
Untuk peralatan GIS 500kV di stasiun pembangkit, tegangan operasi tertinggi , tegangan fase , tegangan uji pabrik , dan tegangan tahanan maksimum di lapangan , dengan durasi .
Seperti ditunjukkan pada Gambar 7, urutan tes tahanan tegangan penutupan dan pelepasan parsial adalah sebagai berikut: GIS diusia dan dipurifikasi pada tegangan selama 5 menit, dan bus diusia dan dipurifikasi pada tegangan selama 3 menit. Tes tahanan tegangan AC kemudian ditingkatkan menjadi dan dipertahankan selama 60 detik. Tegangan kemudian dikurangi dengan cepat menjadi , dan pelepasan parsial ruang gas pemutus sirkuit 5031 diuji selama 3 menit. Setelah tes, tegangan dikurangi dengan cepat menjadi 0kV.
Seperti ditunjukkan pada Gambar 8, prosedur tes tahanan tegangan terbuka dan pengukuran pelepasan parsial adalah sebagai berikut: Tegangan uji dinaikkan secara merata menjadi dan dipertahankan selama 60 detik. Setelah tes tahanan tegangan selesai, tegangan dikurangi dengan cepat menjadi , dan pelepasan parsial ruang gas pemutus sirkuit 5031 diuji. Setelah tes, tegangan dikurangi dengan cepat menjadi 0kV.
Kesimpulan
Kualitas batang tarik isolasi pemutus sirkuit tangki SF₆ 500kV sangat penting untuk keamanan pemutus sirkuit dan keamanan jaringan listrik. Produsen peralatan harus menerapkan kontrol kualitas yang ketat. Sebelum perakitan peralatan, tes pelepasan parsial harus dilakukan pada batang tarik isolasi, dan inspeksi bahan dapat dilakukan menggunakan metode seperti deteksi cacat jika diperlukan. Setelah pemutus sirkuit dioperasikan, pekerjaan deteksi pelepasan parsial hidup reguler harus dilakukan menggunakan metode seperti frekuensi sangat tinggi dan ultrasonik. Pada saat yang sama, deteksi pelepasan parsial hidup offline harus dikombinasikan dengan pemeliharaan pemutus sirkuit. Untuk pemutus sirkuit dengan tingkat pelepasan parsial abnormal, analisis produk dekomposisi gas SF₆ dapat dilakukan secara bersamaan untuk mendiagnosis kesehatan isolasi pemutus sirkuit SF₆ pada tahap awal, mencegah kegagalan peralatan, dan memastikan operasi aman dan stabil jaringan listrik.
