Apa penyebab kerusakan dan pembakaran pada transformator tegangan GIS 35 kV?

1. Gambaran Kecelakaan
1.1 Struktur dan Koneksi Trafo Tegangan Peralatan GIS 35kV

Peralatan switchgear ganda bus dengan isolasi gas ZX2, diproduksi pada Maret 2011 dan dioperasikan secara resmi pada Juli 2012, dikonfigurasi dengan dua grup trafo tegangan bus (PT) untuk setiap bagian bus. Dua grup PT dari bagian bus yang sama dirancang dalam satu kabinet switchgear dengan lebar 600 mm. Trafo tiga fasa disusun dalam formasi segitiga di bagian bawah kabinet.

PT terhubung ke disconnector di ruang bus peralatan switchgear PT melalui colokan kabel pendek. Disconnector terhubung ke bus tiga fasa melalui kontak bergerak di ruang bus SF₆ yang sepenuhnya tertutup. Struktur bus yang sepenuhnya tertutup mengurangi tingkat kegagalan, dan bus tidak dilengkapi dengan perlindungan bus khusus. Kegagalan bus diselesaikan melalui perlindungan cadangan saklar masuk daya.

1.2 Mode Operasi Sebelum Terbakar

Sebelum kecelakaan, jaringan listrik beroperasi sebagai berikut:

• Sistem 220kV: Garis Qiaoshi dan Garis Huishi berjalan paralel dengan saklar penghubung bus ditutup.

• Beban Transformator Utama: Transformator utama No.1 membawa 47 MW, dan No.2 membawa 14 MW.

• Sistem 35kV: Unit A beroperasi dengan dua bus dalam operasi terpisah. Generator No.2, membawa 30.5 MW, terhubung ke Bus II Unit A melalui Bus 1 Unit E, saklar interkoneksi minyak panas 361 dan 367, dan beroperasi paralel dengan transformator utama No.2.

1.3 Proses Kecelakaan

• Pra-kendala

• Mulai pukul 15:11:20.393 pada 19 April, perangkat proteksi saklar 367 Unit E (Unit Bus untuk Generator 1 dan 2) berulang kali mengeluarkan alarm putus PT, yang secara intermiten direset.

• Perangkat Terbakar

• Pada pukul 15:12:59, asap dan percikan dilihat di kabinet PT Bus 1 Unit E. Perlindungan overcurrent nol-sekuensial saklar 361 dan 367 diaktifkan, memutus kedua saklar tersebut.

• Pemeriksaan Lapangan

• Pintu kabinet terbuka. Trafo Fase A terbakar parah, dan colokan Fase B retak. Perangkat internal terbakar.

• Kawat sekunder kabinet pelindung sebelah rusak. Tes tekanan dan isolasi ruang bus normal.

2. Analisis Penyebab
2.1 Kualitas Peralatan dan Defek Instalasi

• Masalah Desain dan Manufaktur

• Proses cat isolasi buruk menyebabkan discharge parsial.

• Lembaran inti besi longgar menyebabkan pemanasan arus eddy.

• Pembungkusan kumparan tidak teratur meningkatkan risiko short circuit antar putaran.

• Defek Instalasi dan Pemeliharaan

• Penyambungan sekrup grounding buruk meningkatkan resistansi kontak.

• Deformasi inti besi selama transportasi/instalasi.

• Stres transversal dari colokan kabel pendek menyebabkan retak epoxy seiring waktu.

2.2 Kondisi Operasi Abnormal

• Kerusakan Sirkuit Sekunder

• Overloading pada sirkuit sekunder karena loop paralel berlebihan, menghasilkan peningkatan pembangkitan panas menurut \(Q = I²rt\).

• Short circuit sekunder memicu lonjakan arus primer dan overheating.

• Overvoltage Sistem

• Ferroresonance disebabkan oleh operasi switching atau grounding arcing, menghasilkan overvoltage hingga 2.5 kali nilai nominal.

• Distorsi gelombang mempercepat penuaan isolasi.

• Imbalance Tiga Fase

• Konten harmonik tinggi (terutama harmonik ganjil) menyebabkan ketidakseimbangan impedansi.

• Arus pergeseran titik netral menyebabkan overheating pada sirkuit nol-sekuensial.

2.3 Analisis Pembongkaran Produsen

• Lokasi Kegagalan

• Retak epoxy pada lubang pemasangan flange trafo Fase A menyebabkan grounding intermiten.

• Fraktur mekanis colokan Fase B memicu short circuit antar fase.

• Analisis Stres

• Koneksi kabel non-fleksibel menghasilkan stres transversal yang terpusat di lubang flange.

• Progres kegagalan: Grounding intermiten → Abrasi lapisan aluminium → Reset kegagalan → Breakdown akhir.

3. Rencana Retrofit
3.1 Optimalisasi Pemantauan Peralatan

• Implementasikan pemantauan online discharge parsial untuk peralatan switchgear GIS model yang sama dan buat data dasar.

• Lakukan tes resistansi isolasi berkala dengan ambang batas 200 MΩ.

3.2 Peningkatan Desain Struktural

• Ekspansi Kabinet: Tingkatkan lebar kabinet dari 600 mm menjadi 800 mm untuk meningkatkan pendinginan.

• Upgrade Koneksi: Ganti colokan kabel pendek dengan koneksi langsung untuk mengurangi stres.

• Desain Modular: Adopsi trafo/arrester plug-in untuk meminimalkan waktu pemeliharaan.

3.3 Peningkatan Sistem Perlindungan

• Tambahkan pemutus sirkuit khusus untuk peralatan switchgear PT dengan perlindungan overcurrent/overvoltage.

• Pasang perangkat perlindungan bus khusus untuk isolasi cepat kegagalan.

• Optimalkan desain sirkuit nol-sekuensial untuk mengurangi risiko resonansi.

3.4 Penyesuaian Strategi Operasi dan Pemeliharaan

• Buat catatan manajemen siklus hidup lengkap untuk peralatan, mendokumentasikan data instalasi dan pemeliharaan.

• Lakukan tes konten kelembaban SF₆ triwulanan dengan ambang batas ≤300 ppm.

• Lakukan tes karakteristik volt-ampere PT tahunan untuk dibandingkan dengan data pabrik.

4. Pelajaran dan Tindakan Pencegahan
4.1 Pelajaran Kunci

• Kesalahan Desain: Lokasi bersama PT meningkatkan risiko penyebaran kegagalan.

• Ketidakefektifan Pemeliharaan: Gagal mendeteksi kerusakan stres kumulatif.

• Kekurangan Perlindungan: Bergantung pada perlindungan cadangan menunda penyelesaian kegagalan.

4.2 Tindakan Pencegahan

• Perkuat pengawasan manufaktur peralatan, fokus pada proses isolasi dan integritas struktural.

• Promosikan pemeliharaan berbasis kondisi menggunakan pemantauan getaran untuk menilai tingkat stres.

• Revisi spesifikasi desain untuk mewajibkan koneksi fleksibel antara PT dan bus.

• Lakukan latihan anti-kecelakaan untuk menstandarisasi prosedur respons darurat untuk kegagalan PT.

4.3 Hasil Implementasi

Data pasca-retrofit menunjukkan:

• Discharge parsial berkurang dari 80 pC menjadi 15 pC.

• Kenaikan suhu di bawah beban penuh berkurang 12°C.

• Waktu respons kegagalan berkurang dari 600 ms menjadi 40 ms.

5. Kesimpulan

Kecelakaan ini mengungkap banyak risiko tersembunyi dalam desain, instalasi, dan pemeliharaan peralatan GIS. Melalui optimasi struktural, peningkatan sistem perlindungan, dan peningkatan manajemen, sistem pencegahan risiko komprehensif telah dibentuk. Pemantauan berkelanjutan kinerja peralatan akan memberikan pengalaman retrofit yang dapat direplikasi untuk substation serupa.