Analisis dan Penanganan Ketidaknormalan Pengukuran pada Transformator Gabungan Luar 35 kV

1. Pengenalan

Kerusakan sering terjadi pada PT dan leburan fuse sisi primer pada transformer kombinasi menyebabkan pengukuran meter tenaga tidak tepat dan mengancam keselamatan operasi grid tenaga. Makalah ini fokus pada kerusakan berulang PT dan masalah leburan fuse pada transformer kombinasi 35 kV, menyelidiki penyebab kerusakan, mengusulkan solusi, dan memulihkan jumlah tenaga yang salah melalui koefisien koreksi. Ini secara efektif mengurangi kerugian grid dan mengurangi risiko pelayanan.

1.1 Pengenalan Transformer Kombinasi

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

2. Bahaya Kerusakan Transformer Kombinasi

Sebagai perangkat pengukuran tenaga inti dalam sistem tenaga, PT pada transformer kombinasi bertanggung jawab untuk mengubah sinyal tegangan tinggi menjadi sinyal tegangan rendah untuk perangkat pengukuran/perlindungan. Ketika PT rusak atau fuse tegangan tinggi meleleh, bahayanya adalah sebagai berikut:

• Ketepatan Pengukuran Terganggu : Kerusakan PT dan peleburan fuse dapat menyebabkan kesalahan dalam sistem pengukuran energi listrik, mempengaruhi ketepatan pengukuran dan menimbulkan sengketa antara perusahaan penyedia tenaga dan pengguna.

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

• Hazards Keselamatan Pribadi : Transformer kombinasi adalah peralatan tegangan tinggi. Kerusakan mungkin menyebabkan insulasi rusak dan bocor, mengancam keselamatan pribadi petugas operasi dan pemeliharaan.

3. Penyebab Kerusakan Overvoltage pada Transformer Kombinasi

Selama operasi sebenarnya, transformer kombinasi sering mengalami peleburan fuse tegangan tinggi dan kerusakan PT. Penyebab utamanya termasuk:

• Overvoltage Resonansi Feromagnetik : Komponen feromagnetik bersifat linear pada tegangan nominal. Selama kerusakan, rangkaian magnetik jenuh, dan induktansi berubah non-linear. Membentuk loop osilasi dengan kapasitansi sistem, memicu resonansi feromagnetik berkelanjutan. Overvoltage menyebabkan peleburan/fusing fuse tegangan tinggi PT yang sering, mengancam keselamatan grid.

• Beban Sekunder Berlebihan : Beban sekunder berlebihan menyebabkan transformer menghasilkan banyak panas dengan pendinginan sulit. Suhu internal winding naik terlalu tinggi, akhirnya membakar PT.

• Short Circuit Sisi Primer-Sekunder : Short circuit pada sisi primer/sekunder PT menghasilkan arus besar, menyebabkan peleburan fuse tegangan tinggi dan pembakaran peralatan.

• Overvoltage Pemutusan : Operasi yang tidak tepat menghasilkan overvoltage, menyebabkan fuse tegangan tinggi PT meleleh.

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

4. Analisis Kasus
4.1 Informasi Dasar Pengguna

Pada 23 Agustus 2021, terjadi kerusakan PT fase A pada transformer kombinasi pengguna 35 kV, mengakibatkan pengukuran meter energi tidak tepat. Dalam tahun sebelumnya, transformer kombinasi ini telah mengalami 3 kerusakan. Sebelum Januari 2021, pengguna dipasok oleh substasi 35 kV Shazi dengan pengukuran normal. Setelah Agustus 2021, pasokan tenaga diubah ke jalur keluar 35 kV substasi 110 kV Zhoujiaba (jalur ganda Zhouwan #353 dan Zhouri #354). Panjang total jalur sekitar 1,5 km. Sisi 35 kV di-ground melalui koil pemadam busur. Titik pengukuran ditetapkan pada 2 jalur keluar 35 kV substasi 110 kV Zhoujiaba. Kawat primer ditunjukkan pada Gambar 1.

4.2 Titik Pengukuran dan Garis Waktu Kerusakan

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

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

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

Garis Waktu Kerusakan:

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

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

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

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

4.3 Analisis Kerusakan

Saat kerusakan terjadi, beban pengguna ringan, kabel sekunder normal, dan tidak ada short circuit. Setelah pengujian:

• Resistansi grounding jalur sesuai, dan merupakan sistem grounding tidak efektif. Kerusakan grounding mungkin mudah menyebabkan arus petir gagal dibuang, memicu peleburan fuse;

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

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

• Dipicu oleh Kerusakan Grounding: Saat terjadi grounding satu fase pada jalur, winding PT dan kapasitansi jalur-ke-tanah membentuk sirkuit paralel, memenuhi kondisi untuk resonansi feromagnetik. Grounding satu fase menyebabkan tegangan dua fase lainnya naik, inti besi jenuh dengan cepat, dan resonansi menyebabkan arus winding melonjak, melelehkan fuse tegangan tinggi; aliran overcurrent jangka panjang juga akan membakar PT.

• Dipicu oleh Operasi Tidak Tepat: Beban tiga fase sistem hampir seimbang, tetapi selama operasi pemutusan, tiga fase tidak sinkron (penutupan/pembukaan tidak serempak), menyebabkan arus inrush pada winding dan inti besi transformer tegangan, memicu overvoltage resonansi feromagnetik.

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 ulangan resonansi feromagnetik.

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

• Pendeteksian dan Penanganan Harmonik: Gunakan kalibrator meter energi on-site untuk mendeteksi harmonik pada tegangan sekunder. Jika ada anomali, dorong pengguna untuk menanganinya untuk memastikan kepatuhan terhadap GB/T 14549 - 1993 "Kualitas Tenaga - Harmonik dalam Grid Tenaga Publik": Tingkat distorsi harmonik total tegangan 35 kV ≤ 3%, harmonik ganjil ≤ 2,4%, harmonik genap ≤ 1,2%.

Efek Implementasi: Setelah langkah-langkah diimplementasikan, transformer kombinasi beroperasi normal, tanpa kerusakan PT atau peleburan fuse.

4.5 Perhitungan Rekonsiliasi Jumlah Energi

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

Prinsip: Bandingkan daya aktif selama pengukuran yang benar dan tidak benar untuk mendapatkan koefisien koreksi k, lalu hitung jumlah rekonsiliasi energi \(\Delta W\). 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 daripada selama pengukuran yang tidak benar. Meter energi mendaftarkan energi kurang selama kerusakan, dan pelanggan harus menambah jumlah energi. Ketika k = 1, meter energi mengukur dengan benar. Ketika 0 < k < 1, meter energi mendaftarkan energi lebih, dan jumlah energi harus dikembalikan kepada pelanggan. Ketika k < 0, meter energi berbalik, dan pelanggan harus menambah jumlah energi.

(2) Parameter Pengukuran Terkait Pengguna

Kapasitas penerimaan pengguna adalah 2500 kVA, dan metode pengukuran adalah pengukuran tinggi-supply tinggi (dipelihara oleh kotak pengukuran gabungan tekanan tinggi). Rasio tegangan adalah 35000 V/100 V, dan rasio arus adalah 50 A/5 A. Faktor pengali pengukuran gabungan 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. Tenaga 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 dalam Tabel 1.

Perhitungan Jumlah Rekonsiliasi Energi 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 34&deg;(L). Kemudian sudut faktor daya &phi;=4&deg;(L). Dengan asumsi beban seimbang, koefisien koreksi adalah:

Perhitungan jumlah rekonsiliasi energi adalah sebagai berikut:

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

Perhitungan jumlah rekonsiliasi energi adalah sebagai berikut:

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

5. Kesimpulan

Dalam operasi sebenarnya, transformer kombinasi sering terbakar dan fuse tegangan tinggi meleleh, mengancam serius keselamatan grid. Biasanya, masalah-masalah tersebut disebabkan oleh overvoltage resonansi, serta desain/perencanaan peralatan yang tidak tepat dan ketidakcocokan parameter.

Saat menganalisis kerusakan: Pertama, periksa cacat transformer dan verifikasi kapasitas fuse 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 keselamatan grid.