Uji PD Lapangan dan Tahanan Induksi pada Trafo 750kV: Studi Kasus dan Rekomendasi

I. Pendahuluan

Proyek percontohan transmisi dan substasi 750kV Guanting–Lanzhou Timur di China secara resmi mulai beroperasi pada 26 September 2005. Proyek ini mencakup dua substasi—Lanzhou Timur dan Guanting (masing-masing dilengkapi dengan empat transformator 750kV, tiga di antaranya membentuk bank transformator tiga fase yang beroperasi, dengan satu dalam keadaan siaga)—dan satu jalur transmisi. Transformator 750kV yang digunakan dalam proyek ini dikembangkan dan diproduksi secara mandiri di China. Selama uji komisioning di lapangan, terdeteksi adanya pelepasan sebagian (partial discharge/ PD) yang berlebihan pada transformator utama Fase A di Substasi Lanzhou Timur. Total 12 uji PD dilakukan sebelum dan sesudah komisioning. Makalah ini menganalisis standar acuan, prosedur, data, dan masalah yang berkaitan dengan uji PD transformator tersebut, dan memberikan rekomendasi teknik praktis untuk mendukung pengujian di lapangan transformator 750kV dan 1000kV di masa depan.

II. Parameter Dasar Transformator

Transformator utama di Substasi Lanzhou Timur diproduksi oleh Xi’an XD Transformer Co., Ltd. Parameter kunci adalah sebagai berikut:

• Model: ODFPS-500000/750

• Tegangan Nominal: HV 750kV, MV (dengan tap changer ±2.5%) kV, LV 63kV

• Kapasitas Nominal: 500/500/150 MVA

• Tegangan Operasi Maksimum: 800/363/72.5 kV

• Metode Pendinginan: Sirkulasi minyak paksa dengan pendinginan udara (OFAF)

• Berat Minyak: 84 ton; Berat Total: 298 ton

• Tingkat Isolasi Gulungan HV: Impuls penuh gelombang 1950kV, impuls gelombang potong 2100kV, tegangan tahanan induksi singkat 1550kV, tegangan tahanan frekuensi daya 860kV

III. Prosedur Uji dan Standar

(A) Prosedur Uji

Berdasarkan GB1094.3-2003, prosedur uji pelepasan sebagian (PD) untuk transformator terdiri dari lima periode waktu—A, B, C, D, dan E—dengan tegangan yang diterapkan yang ditentukan untuk setiap periode. Tegangan pristres selama periode C didefinisikan sebagai 1.7 satuan per unit (pu), di mana 1 pu = Um/√3 (Um adalah tegangan sistem maksimum). Nilai ini sedikit lebih rendah dari Um yang ditentukan dalam GB1094.3-1985. Untuk transformator Lanzhou Timur, Um = 800kV, sehingga tegangan pristres harus 785kV.

(B) Persyaratan Tegangan Tahanan

• Tegangan tahanan induksi singkat untuk transformator Lanzhou Timur adalah 860kV. Menurut "Standar Uji Komisioning untuk Peralatan Listrik UHV 750kV" Korporasi Jaringan Negara China, tegangan uji di lapangan harus 85% dari nilai uji pabrik, yaitu 731kV, yang kurang dari tegangan pristres yang diperlukan 1.7 pu (785kV).

• Untuk menyelesaikan konflik antara tegangan pristres dan tegangan tahanan komisioning, standar relevan menyatakan bahwa jika tegangan pristres melebihi 85% dari tegangan tahanan pabrik, tegangan pristres aktual harus disepakati oleh pengguna dan produsen. "Spesifikasi Teknis untuk Transformator Utama 750kV" secara eksplisit menentukan bahwa tegangan pristres uji PD di lapangan sama dengan 85% dari tegangan tahanan pabrik. Sebagai hasilnya, tegangan pristres untuk uji PD di lapangan transformator Lanzhou Timur ditetapkan 731kV. Pengukuran PD dan uji tahanan digabung, dengan fase uji tahanan berfungsi sebagai tahap pristres uji PD.

(C) Kriteria Penerimaan Pelepasan Sebagian

Pada tegangan uji 1.5 pu, tingkat pelepasan sebagian transformator harus kurang dari 500 pC.

IV. Proses Uji

Dari 9 Agustus 2005 hingga 26 April 2006, total 12 uji PD dilakukan pada transformator utama Fase A di Substasi Lanzhou Timur. Informasi uji kunci diringkas sebagai berikut:

Secara keseluruhan, tingkat PD (Partial Discharge) pada lilitan MV (Medium Voltage) dari trafo utama Fase A sebelum komisi berkisar antara 600 hingga 910 pC, melebihi kriteria penerimaan 500 pC. Namun, setelah pengujian ulang pada tanggal 26 April 2006, setelah komisi, tingkat PD turun menjadi 280 pC, memenuhi persyaratan.

V. Analisis Uji

(A) Tegangan Inisiasi Partial Discharge (PDIV) dan Tegangan Pemadaman (PDEV)

• Masalah Definisi: GB7354-2003 dan DL417-1991 memberikan definisi yang tidak jelas tentang PDIV dan PDEV. Misalnya, "nilai yang ditentukan" dalam definisi tersebut tidak didefinisikan dengan jelas—meskipun 500pC umumnya diasumsikan, ini menyebabkan inkonsistensi signifikan dalam aplikasi praktis. Selain itu, kebisingan latar belakang selama uji di lapangan sering mencapai puluhan hingga ratusan picocoulombs, membuat sulit untuk mengidentifikasi awal munculnya discharge.

• Pengamatan Kasus: Dalam 12 uji PD yang dilakukan pada trafo Fase A Lanzhou Timur, tingkat PD meningkat secara bertahap dengan tegangan, tanpa lonjakan yang jelas (perubahan maksimum sekitar 200pC), sehingga tidak mungkin menentukan PDIV yang jelas. Dalam beberapa uji, PD yang dapat diukur sudah ada pada tegangan rendah, membuat sulit untuk menilai apakah PDIV telah berkurang. Selain itu, standar nasional terbaru GB1094.3-2003 tidak menyebutkan PDIV atau PDEV, menyebabkan interpretasi dan penentuan yang tidak konsisten di kalangan praktisi.

(B) Lokalisasi Discharge

• Keterbatasan Metode Umum: Metode lokalisasi PD ultrasonik yang banyak digunakan mendeteksi perbedaan waktu gelombang ultrasonik yang dihasilkan oleh discharge yang tiba di sensor pada dinding tangki. Namun, metode ini menghadapi tantangan seperti teknologi yang belum matang, kebutuhan energi discharge yang cukup besar (dalam rentang sensitivitas sensor), dan lokalisasi yang tidak akurat karena refleksi dan refraksi ganda gelombang ultrasonik dari lilitan internal.

• Hasil Kasus: Selama uji pra-komisi, peralatan lokalisasi PD hanya memberikan perkiraan kasar lokasi discharge. Sistem pemantauan ruang kontrol gagal mendeteksi variasi PD dengan tegangan, membatasi manfaat hasil. Sistem pemantauan online yang dipasang kemudian juga gagal mendeteksi perubahan relevan selama uji pada 26 April 2006. Oleh karena itu, hasil lokalisasi ultrasonik harus ditangani dengan hati-hati ketika tingkat PD rendah.

(C) Tingkat Keparahan Discharge

Meskipun standar menentukan batas 500pC pada 1.5 pu, dalam praktek, tidak ada perbedaan signifikan antara 500pC dan 700pC—keduanya termasuk dalam orde magnitudo yang sama. Selain itu, ketika PD di bawah 1000pC, biasanya tidak ada jejak discharge yang terlihat di dalam trafo, dan inspeksi drainase minyak di lapangan jarang menunjukkan anormal. Mengembalikan trafo 750kV (besar dan berat) ke pabrik untuk perbaikan membawa risiko tinggi.

VI. Rekomendasi

(A) Meningkatkan Tingkat Isolasi

Tegangan tahanan induksi trafo Lanzhou Timur relatif rendah. Mengingat sejarah pendek dan pengalaman terbatas dalam pembuatan trafo 750kV domestik, serta kebutuhan untuk uji PD di lapangan, disarankan bahwa trafo utama 750kV masa depan memiliki tegangan tahanan induksi tidak kurang dari 900kV.

(B) Melonggarkan Kriteria Uji PD Komisi di Lapangan

Di luar negeri, uji PD secara ketat hanya dilakukan di pabrik, tidak diulang di lapangan. Di China, bagaimanapun, uji PD di lapangan adalah item komisi wajib. Disarankan untuk melonggarkan kriteria penerimaan uji PD di lapangan untuk trafo 750kV menjadi kurang dari 1000pC, dengan alasan berikut:

• Trafo dengan tingkat PD antara 500–1000pC sering menunjukkan reduksi PD setelah periode penyimpanan atau operasi tertentu (misalnya, trafo Fase A Lanzhou Timur).

• Ketika PD di bawah 1000pC, biasanya tidak ditemukan jejak discharge yang terlihat, inspeksi di lapangan jarang mendeteksi masalah, dan pengembalian ke pabrik membawa risiko tinggi.

• Uji PD di lapangan untuk trafo 750kV dan 1000kV efektif merupakan "uji tahanan semi":

• Margin tegangan kecil: Untuk trafo Lanzhou Timur, tegangan uji PD pada 1.5 pu (693kV, ±3% ketidakpastian pengukuran: 672–714kV) sangat dekat dengan tegangan tahanan komisi 731kV, hanya menyisakan margin 2.4%. Bahkan jika trafo 750kV masa depan memiliki tegangan tahanan induksi dinaikkan menjadi 900kV, uji komisi pada 765kV masih menyisakan margin terbatas. Demikian pula, untuk trafo 1000kV, tegangan uji PD (1.4 pu = 889kV) sangat dekat dengan tingkat tahanan 935kV.

• Durasi panjang: Meskipun durasi tahanan standar hanya sekitar 56 detik (pada frekuensi uji 108Hz), uji PD lengkap menerapkan 1.5 pu selama hingga 65 menit. Pengujian berulang dapat menyebabkan kerusakan isolasi kumulatif, mempengaruhi umur trafo.

• Ada sedikit kasus di mana pengujian ulang di lapangan mengurangi PD berlebihan menjadi tingkat yang dapat diterima; sebaliknya, tingkat PD dapat meningkat (misalnya, trafo Fase A Lanzhou Timur: 700pC pada 10 Agustus 2005, meningkat menjadi 910pC pada 23 September).

(C) Mendefinisikan Ulang Tegangan Inisiasi dan Pemadaman PD

Standar yang ada tidak memiliki definisi yang jelas untuk PDIV dan PDEV, yang dapat menyesatkan interpretasi uji (seperti yang terlihat dalam kasus Lanzhou Timur). Disarankan untuk mendefinisikan ulang istilah-istilah ini dengan kriteria numerik yang eksplisit dan menyertakan panduan untuk kasus di mana PDIV dan PDEV tidak jelas teramati.

(D) Memperkuat Penelitian Teknik Praktis di Lapangan

• Kumpulkan Pola PD Trafo Nyata: Sebagian besar pola PD yang paling umum dalam literatur berasal dari simulasi laboratorium, yang berbeda dari perilaku trafo nyata. Diagram ilustratif tidak cukup untuk membimbing pekerjaan di lapangan. Sangat penting untuk mengumpulkan dan menganalisis pola PD dunia nyata dan menyusunnya menjadi manual referensi untuk analisis kualitatif dan penentuan lokasi.

• Lanjutkan Penelitian Anti-Interferensi: Interferensi eksternal adalah tantangan utama dalam pengujian PD di lapangan. Sistem pengukuran saat ini tidak dapat membedakan antara discharge asli dan interferensi, sangat bergantung pada pengalaman operator. Diperlukan lebih banyak penelitian tentang sumber interferensi dan metode penekanan.

(E) Memerlukan Sertifikasi bagi Personel Pengujian

Pengukuran PD adalah uji tegangan tinggi rutin di lapangan yang paling menuntut secara teknis dan tidak terduga. Namun, kesalahan penilaian sering terjadi. Personel harus menjalani pelatihan sistematis dalam prinsip-prinsip dasar, penyambungan peralatan, pencocokan komponen, eliminasi interferensi, dan penentuan lokasi PD, dan harus mendapatkan sertifikasi sebelum diperbolehkan melakukan uji.

(F) Kalibrasi Rutin Instrumen Pengujian

GB7354-2003 dengan jelas menyatakan bahwa instrumen pengukur PD harus dikalibrasi setidaknya dua kali setahun atau setelah perbaikan besar. Dalam praktiknya, ini sering tidak diikuti secara ketat, dengan beberapa instrumen digunakan selama bertahun-tahun tanpa kalibrasi—kesalahan hingga puluhan kali telah tercatat. Disarankan untuk menerapkan kalibrasi sesuai standar nasional secara ketat untuk memastikan akurasi pengukuran.

(G) Gunakan Pemantauan Online jika Diperlukan

Teknologi pemantauan online telah meningkat secara signifikan. Untuk trafo 750kV dengan tingkat PD melebihi batas namun tidak terlalu tinggi, pemantauan online yang ditingkatkan adalah pendekatan yang masuk akal. Selain PD, parameter seperti suhu, arus grounding inti dan cakram, dan kromatografi minyak juga harus dipantau untuk menilai kesehatan trafo secara komprehensif.

VII. Kesimpulan dan Prospek

• Kesimpulan: Standar yang ada memberikan definisi yang tidak memadai untuk tegangan inisiasi dan kepunahan PD, membatasi kegunaannya dalam membimbing uji di lapangan. Tingkat isolasi trafo 750kV Lanzhou Timur relatif rendah, sehingga uji PD-nya pada dasarnya adalah "uji tahanan quasi". 12 uji PD di lapangan pada trafo Fase A kemungkinan menyebabkan beberapa stres isolasi kumulatif. Trafo 750kV masa depan harus memiliki tingkat isolasi setidaknya 900kV.

• Prospek: Penelitian dan perencanaan untuk transmisi tegangan ultra-tinggi AC 1000kV China telah selesai, dan proyek demonstrasi sedang dibangun. Mengingat margin isolasi 1000kV trafo yang bahkan lebih kecil, penelitian tentang uji komisioning di lapangan harus dimulai lebih awal untuk memberikan dukungan teknis bagi aplikasi praktis.