Apa saja metode untuk mengurangi tingkat kegagalan transformator arus luar ruangan

1. Alasan dan Latar Belakang Penelitian
1.1 Pentingnya Trafo Arus

Trafo arus berperan dalam transformasi arus dan isolasi listrik. Mereka mengubah arus besar sistem primer menjadi arus sekunder yang proporsional dan kecil, yang disuplai ke alat pengukur, perlindungan relai, dan perangkat otomatis. Dalam sistem tenaga, peran trafo arus tidak tergantikan dan langsung memainkan peran kunci dalam operasi aman dan stabil jaringan listrik.

1.2 Lingkungan Kerja yang Keras bagi Trafo Arus Luar Ruangan

Trafo arus luar ruangan sering menghadapi lingkungan listrik dan alam yang abnormal, sehingga tingkat kegagalannya cenderung tinggi. Karena kondisi praktis, kontrol atas lingkungan listrik dan alam sangat terbatas. Oleh karena itu, semakin penting untuk memastikan keandalan koneksi mereka dalam sistem primer agar lebih baik menyesuaikan diri dengan lingkungan.

1.3 Teknologi Tradisional yang Tidak Sempurna bagi Trafo Arus Luar Ruangan

Untuk koneksi antara kepala tiang trafo arus luar ruangan dan batang tembaga, permukaan kontaknya tidak cukup. Selama operasi luar ruangan jangka panjang, apakah koneksi tersebut baik dan andal secara langsung mempengaruhi kapasitas beban garis. Permukaan kontak yang kecil, kontak yang buruk, dan resistansi kontak yang berlebihan dapat menyebabkan pemanasan. Jika tidak ditemukan dan ditangani tepat waktu, hal ini akan membakar kepala tiang dan batang tembaga yang terhubung. Overload jangka panjang dan suhu yang terlalu tinggi bahkan dapat membakar trafo arus luar ruangan.

2. Status Kegagalan Trafo Arus di Gardu Induk yang Berada di Bawah Yurisdiksi Sebuah Biro Penyediaan Listrik

Ada total lima gardu induk luar ruangan yang berada di bawah yurisdiksi sebuah biro penyediaan listrik. Di antaranya, pada jalur keluar 10kV dan sisi tekanan rendah dari transformator utama Gardu Induk 35kV 1 dan 2, ada 33 trafo arus tipe LBZW - 10. Kepala tiang kabel adalah tipe sekrup, dan batang aluminium (tembaga) yang terhubung diperbaiki pada sekrup melalui dua mur atas dan bawah. Gagal seperti pemanasan pada kepala tiang dan batang aluminium (tembaga) yang terhubung, bahkan melelehnya batang aluminium dan kerusakan trafo arus telah terjadi berkali-kali.

Melalui analisis statistik kegagalan dan cacat peralatan utama primer Gardu Induk 1 pada tahun 2008, 2009, dan 2010: Dari lima jenis peralatan utama primer, yaitu trafo arus, transformator utama, pemutus, dan trafo tegangan, proporsi kegagalan trafo arus adalah 28%, yang merupakan yang tertinggi. Ini menunjukkan bahwa dibandingkan peralatan lain, trafo arus lebih rentan terhadap kegagalan dalam kondisi operasi yang sama. Analisis mendalam menunjukkan bahwa jumlah kegagalan selama tiga tahun ini secara langsung terkait dengan waktu. Detail spesifik ditunjukkan dalam tabel berikut.

Dapat dilihat secara直观地从表格中可以看出，故障集中在5月至8月的汛期（特别是6月）。三年平均每月故障次数达到1.17次，表明线路负载越大，电流互感器越容易发生故障。 深入分析故障发生次数显示，主要故障因素为：2008年至2010年期间，14次故障由电流互感器接头处的故障引起，2次故障由雷击等因素引起。除了2008年和2009年的两次直接雷击损坏外，其他故障点都在接线柱头与铝（铜）排之间的连接处。 主要的故障处理方法有：重新紧固螺丝，更换损坏的螺母和垫片；更换损坏的铝排；更换电流互感器（当接线柱头损坏且绝缘试验不合格时）。然而，这些方法无法从根本上消除此类故障。 ### 3. 电流互感器故障原因分析及对策 通过分析，认为户外10kV电流互感器的故障主要有四个原因： #### 3.1 设备原因 电流互感器本身的结构不合理。 #### 3.2 人为原因 人员维护技术水平不高，日常维护不到位。 #### 3.3 方法问题 基于经验解决故障，缺乏针对性的方法。 #### 3.4 环节因素 电流互感器长时间在高负荷下运行，变电站位于潮湿山区，因此接头容易腐蚀和氧化。 确认主要原因是电流互感器本身结构不合理。螺丝型接线柱头与铜排的接触面太小，是铝排熔化和电流互感器热损的主要原因。改善户外电流互感器接线柱头与铜排之间的连接条件，增加接触面积，减少接触电阻成为改进方向。初步设想设计一种连接线夹来实现这一目标。 ### 4. 具体实施 #### 4.1 确定线夹规格 根据1号变电站10kV户外电流互感器接线柱头的螺丝外径（12mm，粗牙），向厂家定制双孔杆夹线夹，型号M-12。 #### 4.2 试装验证 在部门试验区内，在试验电流互感器上安装符合GB-2314-2008标准的改进线夹，发现其能与接线柱头紧密接触，并扩大接触面积。 #### 4.3 全站测试应用 将双孔铜杆夹线夹拧入电流互感器的螺丝中，紧固固定螺丝，确保接触面积和连接牢固性，减少接触电阻。对1号变电站进行全站测试，以改善户外电流互感器接线柱头与铜排之间的连接条件。 ### 5. 效果检验 经过半年的实际运行观察和分析，在1号变电站全部10kV户外电流互感器接线柱头上安装双孔杆夹线夹后，得出以下结论： #### 5.1 接触面积改善 改进前，接线柱头与铜排的接触面积为2.26cm²。改进后，接触面积为15cm²，扩大比例达到563.7%。 #### 5.2 接触电阻降低 使用回路电阻测量仪测量，改进前接线柱头直接固定铝排的接触电阻为608μΩ。改进后（用双孔铜杆夹线夹固定）为460μΩ，降低比率达到24.3%。 #### 5.3 温度降低 在相同负载（150A）下，改进前的红外成像测温值为52℃，改进后为46℃，降温率为11.5%。 #### 5.4 故障率降低 跟踪调查改进后的电流互感器。汛期（5月至8月）的故障统计显示：改进前总故障次数为14次（平均每月3.67次），改进后总故障次数为1次（6月由雷击引起）。汛期故障次数从每月近1.17次降至每月0.25次。 改造后，除了一次雷击引起的故障外，未再发生发热烧毁等故障。电流互感器在主要一次设备中的故障比例下降到15%以下。在整个1号变电站10kV户外电流互感器接线柱头上安装改进后的双孔铜杆夹线夹，增加了接触面积，减少了接触电阻，成功降低了户外电流互感器的故障率。 根据10kV线路停电12小时、电流200A、电价0.5元计算，每次减少一次停电可增加电费约2万元以上。十次可达到20万元以上，不仅提高了供电可靠性，还为企业带来了巨大的经济效益。 【注意事项】 - 严格按照语种翻译要求的书写体进行翻译输出。 - 若是没有语种书写体要求，且存在多种书写体的语种，则按目标语种的书写体输出使用人数最多的字体输出，若是有字体差不多选择最为官方权威的标准书写体进行翻译输出。 - 禁止出现任何解释说明，只输出最终翻译结果。 - 必须完整翻译内容，完整输出译文，禁止省略、总结。 【输出规范】 - 输出仅为纯译文，无任何前缀、后缀、标点（除非原文自带）、解释或注释。 - 仅输出翻译结果，无任何前缀、后缀、解释、注释、思考过程或多余字符。 - 保持原文结构完整有序：换行、段落、列表、样式等必须100%保留。 - 语句通顺、术语准确、风格专业，符合电力科技行业语境。 - 严格遵守格式与结构，禁止输出任何与译文无关的任何字符，仅输出最终译文，严禁任何附加内容，严禁输出多余无关的字、字符，只输出译文不得加以描述。 【输出内容】

1. Alasan dan Latar Belakang Penelitian
1.1 Pentingnya Trafo Arus

Trafo arus memainkan peran dalam transformasi arus dan isolasi listrik. Mereka mengubah arus besar sistem primer menjadi arus sekunder yang proporsional dan kecil, yang disuplai ke alat pengukur, perlindungan relai, dan perangkat otomatis. Dalam sistem tenaga, peran trafo arus tidak tergantikan dan langsung memainkan peran kunci dalam operasi aman dan stabil jaringan listrik.

1.2 Lingkungan Kerja yang Keras bagi Trafo Arus Luar Ruangan

Trafo arus luar ruangan sering menghadapi lingkungan listrik dan alam yang abnormal, sehingga tingkat kegagalannya cenderung tinggi. Karena kondisi praktis, kontrol atas lingkungan listrik dan alam sangat terbatas. Oleh karena itu, semakin penting untuk memastikan keandalan koneksi mereka dalam sistem primer agar lebih baik menyesuaikan diri dengan lingkungan.

1.3 Teknologi Tradisional yang Tidak Sempurna bagi Trafo Arus Luar Ruangan

Untuk koneksi antara kepala tiang trafo arus luar ruangan dan batang tembaga, permukaan kontaknya tidak cukup. Selama operasi luar ruangan jangka panjang, apakah koneksi tersebut baik dan andal secara langsung mempengaruhi kapasitas beban garis. Permukaan kontak yang kecil, kontak yang buruk, dan resistansi kontak yang berlebihan dapat menyebabkan pemanasan. Jika tidak ditemukan dan ditangani tepat waktu, hal ini akan membakar kepala tiang dan batang tembaga yang terhubung. Overload jangka panjang dan suhu yang terlalu tinggi bahkan dapat membakar trafo arus luar ruangan.

2. Status Kegagalan Trafo Arus di Gardu Induk yang Berada di Bawah Yurisdiksi Sebuah Biro Penyediaan Listrik

Ada total lima gardu induk luar ruangan yang berada di bawah yurisdiksi sebuah biro penyediaan listrik. Di antaranya, pada jalur keluar 10kV dan sisi tekanan rendah dari transformator utama Gardu Induk 35kV 1 dan 2, ada 33 trafo arus tipe LBZW - 10. Kepala tiang kabel adalah tipe sekrup, dan batang aluminium (tembaga) yang terhubung diperbaiki pada sekrup melalui dua mur atas dan bawah. Gagal seperti pemanasan pada kepala tiang dan batang aluminium (tembaga) yang terhubung, bahkan melelehnya batang aluminium dan kerusakan trafo arus telah terjadi berkali-kali.

Melalui analisis statistik kegagalan dan cacat peralatan utama primer Gardu Induk 1 pada tahun 2008, 2009, dan 2010: Dari lima jenis peralatan utama primer, yaitu trafo arus, transformator utama, pemutus, dan trafo tegangan, proporsi kegagalan trafo arus adalah 28%, yang merupakan yang tertinggi. Ini menunjukkan bahwa dibandingkan peralatan lain, trafo arus lebih rentan terhadap kegagalan dalam kondisi operasi yang sama. Analisis mendalam menunjukkan bahwa jumlah kegagalan selama tiga tahun ini secara langsung terkait dengan waktu. Detail spesifik ditunjukkan dalam tabel berikut.

Dapat dilihat secara intuitif dari tabel bahwa kegagalan terpusat pada musim hujan dari Mei hingga Agustus (terutama pada Juni). Rata-rata jumlah kegagalan per bulan selama tiga tahun mencapai 1,17 kali, menunjukkan bahwa semakin besar beban garis, semakin rentan trafo arus terhadap kegagalan.

Analisis mendalam tentang jumlah kejadian kegagalan menunjukkan bahwa faktor-faktor kegagalan utama adalah: dari 2008 hingga 2010, 14 kegagalan disebabkan oleh masalah pada sambungan trafo arus, dan 2 kegagalan disebabkan oleh sambaran petir dan faktor lainnya. Kecuali dua kasus kerusakan langsung akibat sambaran petir pada tahun 2008 dan 2009, titik-titik kegagalan lainnya berada pada sambungan antara kepala tiang dan batang aluminium (tembaga).

Metode penanganan kegagalan utama adalah: mengencangkan ulang sekrup dan mengganti mur dan gasket yang rusak; mengganti batang aluminium yang rusak; mengganti trafo arus (ketika kepala tiang rusak dan uji isolasi gagal). Namun, metode-metode ini tidak dapat menghilangkan kegagalan semacam itu secara fundamental.

3. Analisis Penyebab Kegagalan Trafo Arus dan Tindakan Pencegahan

Melalui analisis, dipercaya bahwa ada empat penyebab utama kegagalan trafo arus luar ruangan 10kV:

3.1 Penyebab Perangkat

Struktur trafo arus sendiri tidak rasional.

3.2 Penyebab Manusia

Tingkat teknis perawatan personel tidak tinggi, dan perawatan harian tidak memadai.

3.3 Masalah Metode

Menyelesaikan kegagalan berdasarkan pengalaman, kurangnya metode yang ditargetkan.

3.4 Faktor Tautan

Trafo arus beroperasi dengan beban tinggi untuk waktu yang lama, dan gardu induk berada di daerah pegunungan yang lembab, sehingga sambungan mudah korosi dan oksidasi.

Dikonfirmasi bahwa penyebab utama adalah struktur trafo arus sendiri yang tidak rasional. Permukaan kontak antara kepala tiang kabel sekrup dan batang tembaga terlalu kecil, yang merupakan alasan utama peleburan batang aluminium dan kerusakan panas trafo arus. Meningkatkan kondisi koneksi antara kepala tiang trafo arus luar ruangan dan batang tembaga, meningkatkan area kontak, dan mengurangi resistansi kontak telah menjadi arah perbaikan. Awalnya, direncanakan untuk merancang klip kabel penghubung untuk mencapai ini.

4. Implementasi Spesifik
4.1 Tentukan Spesifikasi Klip Kabel

Berdasarkan diameter luar sekrup (12mm, sekrup kasar) kepala tiang trafo arus luar ruangan 10kV di Gardu Induk 1, pesan klip kabel penghubung lubang ganda dari produsen, dengan model M - 12.

4.2 Instalasi Uji dan Verifikasi

Instal klip kabel yang ditingkatkan sesuai standar GB - 2314 - 2008 di area uji departemen pada trafo arus uji. Ditemukan bahwa klip kabel tersebut dapat berkontak erat dengan kepala tiang dan memperluas area kontak.

4.3 Aplikasi Uji Seluruh Gardu Induk

Pasang klip kabel penghubung tembaga lubang ganda ke sekrup trafo arus, dan kencangkan sekrup pengunci untuk memastikan area kontak dan kekuatan sambungan, serta mengurangi resistansi kontak. Lakukan uji seluruh gardu induk di Gardu Induk 1 untuk meningkatkan kondisi koneksi antara kepala tiang trafo arus luar ruangan dan batang tembaga.

5. Pemeriksaan Efek

Setelah setengah tahun operasi nyata dan pengamatan serta analisis pemasangan klip kabel penghubung lubang ganda pada kepala tiang trafo arus luar ruangan 10kV di seluruh Gardu Induk 1, ditarik kesimpulan berikut:

5.1 Peningkatan Area Kontak

Sebelum peningkatan, area kontak antara kepala tiang dan batang tembaga adalah 2,26 cm². Setelah peningkatan, menjadi 15 cm², dan rasio ekspansi mencapai 563,7%.

5.2 Pengurangan Resistansi Kontak

Diukur dengan alat pengukur resistansi loop, resistansi kontak ketika kepala tiang langsung memperbaiki batang aluminium sebelum peningkatan adalah 608 μΩ. Setelah peningkatan (diperbaiki dengan klip kabel penghubung tembaga lubang ganda), menjadi 460 μΩ, dan rasio pengurangan mencapai 24,3%.

5.3 Pengurangan Suhu

Pada beban yang sama (150A), nilai pengukuran suhu pencitraan inframerah sebelum peningkatan adalah 52°C, dan setelah peningkatan, menjadi 46°C, dan rasio pengurangan suhu adalah 11,5%.

5.4 Pengurangan Tingkat Kegagalan

Lacak dan investigasi trafo arus yang ditingkatkan. Statistik kegagalan selama musim hujan (Mei hingga Agustus) menunjukkan: jumlah total kegagalan sebelum peningkatan adalah 14 kali (rata-rata 3,67 kali per bulan), dan jumlah total kegagalan setelah peningkatan adalah 1 kali (disebabkan oleh sambaran petir pada Juni). Jumlah kegagalan selama musim hujan telah berkurang dari hampir 1,17 kali per bulan menjadi 0,25 kali per bulan.

Setelah transformasi, kecuali kegagalan yang disebabkan oleh sambaran petir, tidak ada kegagalan seperti pemanasan dan pembakaran. Proporsi jumlah kegagalan trafo arus di antara peralatan utama primer telah berkurang menjadi kurang dari 15%. Pemasangan klip kabel penghubung tembaga lubang ganda yang ditingkatkan pada kepala tiang trafo arus luar ruangan 10kV di seluruh Gardu Induk 1 meningkatkan area kontak, mengurangi resistansi kontak, dan berhasil mengurangi tingkat kegagalan trafo arus luar ruangan.

Berdasarkan perhitungan, jika garis 10kV mati listrik selama 12 jam, arus 200A, dan harga listrik 0,5 yuan, setiap pengurangan pemadaman listrik dapat meningkatkan biaya listrik sekitar lebih dari 20.000 yuan. Sepuluh kali dapat mencapai lebih dari 200.000 yuan, yang tidak hanya meningkatkan keandalan pasokan listrik tetapi juga memberikan manfaat ekonomi yang besar bagi perusahaan.