Analisis dan Penanganan Ketidaknormalan Pengukuran pada Trafo Gabungan Outdoor 35 kV

1. Pendahuluan

Kerusakan PT yang sering terjadi dan lelehnya sekering sisi primer pada transformator kombinasi menyebabkan pengukuran energi meter tidak akurat dan mengancam serius operasi aman jaringan listrik. Makalah ini fokus pada kerusakan berulang PT dan masalah lelehnya sekering pada transformator kombinasi 35 kV, menyelidiki penyebab kerusakan, mengusulkan solusi, dan memulihkan jumlah listrik yang salah melalui koefisien koreksi. Ini secara efektif mengurangi kerugian jaringan dan mengurangi risiko layanan.

1.1 Pengenalan Transformator Kombinasi

Dalam sistem listrik, transformator kombinasi adalah komponen kunci dari perangkat pengukuran dan perlindungan. Terdiri dari transformator tegangan (PT) dan transformator arus, mereka menggunakan perbedaan putaran antara kumparan primer dan sekunder untuk mengubah arus primer yang besar dan tegangan tinggi menjadi arus dan tegangan yang kecil dan sesuai untuk instrumen sekunder dan perlindungan relai. Sementara itu, mereka mencapai isolasi listrik antara sisi primer dan sekunder untuk memastikan keselamatan personel dan peralatan di sisi sekunder.

2. Bahaya Kerusakan Transformator Kombinasi

Sebagai perangkat pengukuran utama dalam sistem listrik, PT dari transformator kombinasi bertanggung jawab untuk mengonversi sinyal tegangan tinggi menjadi sinyal tegangan rendah untuk perangkat pengukuran/perlindungan. Ketika PT rusak atau sekering tegangan tinggi meleleh, bahayanya adalah sebagai berikut:

• Akurasi Pengukuran Terganggu : Kerusakan PT dan pelelehan sekering dapat menyebabkan kesalahan dalam sistem pengukuran energi listrik, mempengaruhi akurasi pengukuran, dan memicu perselisihan antara perusahaan penyedia listrik dan pengguna.

• Tingkat Kegagalan Peralatan Meningkat : Kerusakan PT dapat menyebabkan ketidakseimbangan tegangan sistem (terlalu tinggi/terlalu rendah), mengganggu stabilitas sistem; kerusakan transformator juga dapat menyebabkan operasi abnormal perangkat perlindungan, meningkatkan risiko kegagalan peralatan lainnya.

• Bahaya Keselamatan Pribadi : Transformator kombinasi adalah peralatan tegangan tinggi. Kerusakan dapat menyebabkan insulasi rusak dan bocor, mengancam keselamatan pribadi petugas operasi dan pemeliharaan.

3. Penyebab Kegagalan Overvoltage pada Transformator Kombinasi

Selama operasi sebenarnya, transformator kombinasi sering mengalami pelelehan sekering tegangan tinggi dan kerusakan PT. Penyebab utamanya termasuk:

• Overvoltage Resonansi Ferromagnetik : Komponen feromagnetik bersifat linear pada tegangan nominal. Selama gangguan, rangkaian magnetik jenuh, dan induktansi berubah non-linier. Membentuk loop osilasi dengan kapasitansi sistem, ini memicu resonansi ferromagnetik berkelanjutan. Overvoltage menyebabkan pelelehan/bakar frekuensi tinggi sekering PT, mengancam keamanan jaringan.

• Beban Sekunder Berlebihan : Beban sekunder berlebihan menyebabkan transformator menghasilkan banyak panas dengan sulit untuk disipasi. Suhu internal kumparan naik terlalu tinggi, akhirnya membakar PT.

• Sirkuit Pendek Sisi Primer-Sekunder : Sirkuit pendek pada sisi primer/sekunder PT menghasilkan arus yang besar, menyebabkan pelelehan sekering tegangan tinggi dan kerusakan peralatan.

• Overvoltage Pengoperasian : Operasi yang tidak tepat menghasilkan overvoltage, menyebabkan pelelehan sekering tegangan tinggi PT.

• Overvoltage Petir : Overvoltage langsung/induktif petir merusak insulasi kumparan, merusak peralatan.

4. Analisis Kasus
4.1 Informasi Dasar Pengguna

Pada tanggal 23 Agustus 2021, terjadi kerusakan PT fase A pada transformator kombinasi pengguna 35 kV, mengakibatkan pengukuran energi meter tidak akurat. Dalam tahun sebelumnya, transformator kombinasi ini telah mengalami 3 kali kerusakan. Sebelum Januari 2021, pengguna diberi daya oleh Substasi 35 kV Shazi dengan pengukuran normal. Setelah Agustus 2021, pasokan listrik diubah ke jalur keluar 35 kV dari Substasi 110 kV Zhoujiaba (jalur ganda Zhouwan Line #353 dan Zhouri Line #354). Panjang total jalur sekitar 1,5 km. Sisi 35 kV di-ground melalui coil pembatas busur. Titik pengukuran ditetapkan pada dua jalur keluar 35 kV dari Substasi 110 kV Zhoujiaba. Wiring primer ditunjukkan pada Gambar 1.

4.2 Titik Pengukuran dan Garis Waktu Kerusakan

Kedua titik pengukuran menggunakan transformator kombinasi 35 kV, dengan koneksi tiga-fase tiga-kawat dan koneksi V/V untuk transformator tegangan. Di antaranya:

• Jalur 35 kV Zhouri Line #354 (Titik Pengukuran 2): Beroperasi normal, tidak ada kerusakan;

• Jalur 35 kV Zhouwan Line #353 (Titik Pengukuran 1): Kerusakan sering terjadi.

Garis Waktu Kerusakan:

• 23 Agustus 2021: PT pertama terbakar, diganti dengan produk dari Henan Xinyang Hutong Electric Co., Ltd.;

• 4 Maret 2022: PT terbakar lagi, diganti dengan transformator kombinasi dari Jiangxi Gandi Electric Co., Ltd.;

• 13 Juni 2022: Sekering tegangan tinggi fase C meleleh, hilang tegangan;

• 21 September 2022: Sekering tegangan tinggi fase A meleleh, hilang tegangan lagi.

4.3 Analisis Kerusakan

Ketika kerusakan terjadi, beban pengguna ringan, wiring sekunder normal, dan tidak ada sirkuit pendek. Setelah pengujian:

• Resistansi grounding jalur sesuai, dan merupakan sistem grounding tidak efektif. Gangguan grounding dapat dengan mudah menyebabkan arus petir gagal dibuang, memicu pelelehan sekering;

• Tidak ada overvoltage selama operasi dan pemeliharaan, menghilangkan faktor manusia.

Dengan fenomena kerusakan dan penyebab umum, penyebab utama ditentukan sebagai overvoltage resonansi ferromagnetik, dengan skenario pemicu spesifik:

• Dipicu oleh Gangguan Grounding: Ketika terjadi grounding satu fase pada jalur, kumparan PT dan kapasitansi jalur-ke-tanah membentuk rangkaian paralel, memenuhi kondisi untuk resonansi ferromagnetik. Grounding satu fase menyebabkan tegangan dua fase lainnya naik, inti besi jenuh dengan cepat, dan resonansi menyebabkan arus kumparan melonjak, melelehkan sekering tegangan tinggi; arus berlebihan jangka panjang juga akan membakar PT.

• Dipicu oleh Operasi yang Tidak Tepat: Beban tiga fase sistem pada dasarnya seimbang, tetapi selama operasi switching, tiga fase tidak sinkron (penutupan/pembukaan tidak serempak), menyebabkan arus masuk pada kumparan transformator tegangan dan inti besi jenuh, memicu overvoltage resonansi ferromagnetik.

4.4 Solusi

Setelah menganalisis penyebab kerusakan, langkah-langkah berikut diambil:

• Pasang Perangkat Penghilang Harmonik: Pasang 1 set perangkat penghilang harmonik di sisi bus 35 kV substasi untuk menekan kembali terjadinya resonansi ferromagnetik.

• Perlindungan Overvoltage di Sisi Sekunder: Pasang perangkat perlindungan overvoltage di sisi sekunder untuk menahan overvoltage yang disebabkan oleh faktor lingkungan dan melindungi isolasi internal transformator.

• Pendeteksian dan Penanganan Harmonik: Gunakan kalibrator energi listrik on-site untuk mendeteksi harmonik pada tegangan sekunder. Jika ada anomali, dorong pengguna untuk menanganinya untuk memastikan sesuai dengan GB/T 14549 - 1993 "Kualitas Daya - Harmonik di Jaringan Listrik Umum": Tingkat distorsi harmonik total tegangan 35 kV ≤ 3%, harmonik ganjil ≤ 2,4%, harmonik genap ≤ 1,2%.

Efek Implementasi: Setelah langkah-langkah tersebut diimplementasikan, transformator kombinasi beroperasi normal, tanpa kerusakan PT atau pelelehan sekering.

4.5 Perhitungan Rekonsiliasi Jumlah Listrik

Akurasi pengukuran energi listrik berkaitan dengan kepentingan ekonomi kedua belah pihak penyedia dan konsumen listrik. Kerusakan memerlukan rekonsiliasi jumlah listrik. Makalah ini mengambil contoh kerusakan ketiga dan menggunakan metode koefisien koreksi untuk perhitungan:

Prinsip: Bandingkan daya aktif selama pengukuran yang benar dan salah untuk mendapatkan koefisien koreksi k, lalu hitung jumlah listrik rekonsiliasi \(\Delta W\). Dengan asumsi beban tiga fase seimbang, rumus untuk koefisien koreksi k adalah:

(1) Interpretasi Koefisien Koreksi k

Ketika k > 1, daya aktif selama pengukuran yang benar lebih besar dari pengukuran yang salah. Meter energi mendaftar listrik kurang selama kerusakan, dan pelanggan harus mengganti jumlah listrik. Ketika k = 1, meter energi mengukur dengan benar. Ketika 0 < k < 1, meter energi mendaftar listrik lebih, dan jumlah listrik harus dikembalikan kepada pelanggan. Ketika k < 0, meter energi berbalik, dan pelanggan harus mengganti jumlah listrik.

(2) Parameter Pengukuran Berkaitan dengan Pengguna

Kapasitas penerimaan pengguna adalah 2500 kVA, dan metode pengukuran adalah high-supply high-metering (dihitung oleh kotak pengukuran gabungan tegangan tinggi). Rasio tegangan adalah 35000 V/100 V, dan rasio arus adalah 50 A/5 A. Faktor pengali pengukuran komprehensif adalah 3500. Kapasitas meter energi adalah 3&times;100 V/3&times;1.5 - 6 A, dengan akurasi 0.5S.

Kerusakan ketiga pengguna terjadi pada 13 Juni 2022, dengan fase C kehilangan tegangan. Listrik dipulihkan sekitar pukul 8:00 pada 4 Agustus 2022. Tarif listrik berdasarkan waktu telah diterapkan sejak 1 Juli 2022. Data yang dikumpulkan seperti tegangan sistem, daya, dan faktor daya ditunjukkan pada Tabel 1.

Perhitungan Jumlah Listrik Rekonsiliasi Tahap Pertama

Seperti yang terlihat dari Tabel 1, selama periode 13 Juni 2022 hingga 30 Juni 2022, tegangan fase A normal, faktor daya rata-rata 0,82, dan sudut elemen adalah 34&deg;(L). Maka sudut faktor daya &phi;=4&deg;(L). Dengan asumsi beban seimbang, koefisien koreksi adalah:

Perhitungan jumlah listrik rekonsiliasi adalah sebagai berikut:

Dari Rumus (2) dan Rumus (3), dapat dilihat bahwa k > 1, artinya listrik terukur kurang, dan jumlah listrik tambahan sebesar 15.134 kWh harus dipulihkan.(2) Perhitungan Jumlah Listrik Rekonsiliasi Tahap Kedua.Selama periode 1 Juli 2022 hingga 4 Agustus 2022, tegangan fase A normal, faktor daya rata-rata 0,87, dan sudut elemen adalah 29&deg;(L). Maka sudut faktor daya &phi;=0&deg;. Dengan asumsi beban seimbang, koefisien koreksi adalah:

Perhitungan jumlah listrik rekonsiliasi adalah sebagai berikut:

Dari Rumus (4) dan Rumus (5), dapat dilihat bahwa k > 1, artinya listrik terukur kurang, dan jumlah listrik tambahan sebesar 51.996 kWh harus dipulihkan.Jumlah listrik rekonsiliasi total yang harus dipulihkan:

5. Kesimpulan

Dalam operasi sebenarnya, transformator kombinasi sering terbakar dan sekering tegangan tinggi meleleh, mengancam serius keamanan jaringan. Biasanya, masalah-masalah semacam itu disebabkan oleh overvoltage resonansi, serta desain/pilihan peralatan yang tidak tepat dan ketidaksesuaian parameter.

Saat menganalisis kerusakan: Pertama, periksa cacat transformator dan verifikasi kapasitas sekering tegangan tinggi. Kedua, pasang perangkat penghilang harmonik primer yang tepat untuk menangani overvoltage resonansi. Setelah kecelakaan, tanggapi dengan cepat dan tangani dengan benar untuk mencegah eskalasi dan dampak sosial. Akhirnya, pelajari dari pengalaman, tingkatkan keterampilan penanganan kerusakan, dan pastikan keamanan jaringan.