Pagsusuri ng mga Paraan ng Pagtuklas ng Kasagabalang Grounding sa Core ng 35 kV na Mga Distribusyon Transformer

35 kV Distribution Transformers: Pagsusuri at Metodong Diagnostiko ng Core Grounding Fault

Ang mga 35 kV distribution transformers ay karaniwang mahalagahang kagamitan sa mga sistema ng kuryente, na nagtataglay ng mahalagahang tungkulin sa paglipat ng enerhiyang elektriko. Gayunpaman, sa mahabang panahon ng operasyon, ang mga core grounding fault ay naging isang pangunahing isyu na nakakaapekto sa estableng operasyon ng mga transformer. Ang mga core grounding fault hindi lamang nakakaapekto sa enerhiyang epektibidad ng mga transformer at lumilikha ng mas mataas na gastos sa pagmamanntento ng sistema, kundi maaari rin itong mag-trigger ng mas seryosong mga electrical failure.

Bilang ang mga kagamitang pampanganggilo ay lumalangin, ang frequency ng mga core grounding fault ay unti-unting tumataas, na nangangailangan ng mas mapaglabanan at paggamot sa mga fault sa operasyon at pagmamanntento ng mga kagamitang pampanganggilo. Bagama't mayroong ilang metoda ng pag-diagnose na kasalukuyang umiiral, mayroon pa ring teknikal na botellas na tulad ng mababang detection efficiency at hirap na lokasyon ng fault. Mayroon ding urgenteng pangangailangan upang suriin at gamitin ang mas precise at sensitive na teknolohiya ng pag-diagnose ng fault upang mapabuti ang operational reliability ng mga kagamitan at tiyakin ang estabilidad at seguridad ng power system.

1 Pagsusuri ng mga Dahilan at Katangian ng Mga Core Grounding Fault sa 35 kV Distribution Transformers

1.1 Karaniwang Dahilan ng Mga Core Grounding Fault

Sa mga 35 kV distribution transformers, ang mga insulating materials ay karaniwang ginagamit sa pagitan ng mga lamination ng core para sa isolation. Gayunpaman, sa mahabang panahon ng operasyon, ang internal electric fields at temperatura ay nagdudulot ng gradual aging ng mga insulating materials, partikular na sa high-voltage at high-temperature environments kung saan ang insulation performance ay mas mabilis na lumulubog. Bilang ang aging ay patuloy, ang insulation resistance ay bumababa, at ang insulation failure sa partial areas ay maaaring lumikha ng multi-point grounding faults.

Ang mga transformer ay hindi maiiwasang dadaanan ng mechanical vibration sa mahabang panahon ng operasyon. Lalo na sa kondisyon ng malaking load fluctuations, ang vibration ay maaaring magdulot ng relative displacement ng core at core clamping components. Ang loose core clamps o damaged isolation materials ay maaaring mag-trigger ng grounding faults. Ang mga manufacturing defect ng transformer core ay din mahalagahang dahilan ng mga core grounding fault. Sa panahon ng manufacturing, kung ang silicon steel sheets ay may burrs, uneven insulation coating, o insufficient core processing precision, maaaring magkaroon ng local insulation damage. Ang mga defect na ito ay madalas na nakatuon sa mga bahagi ng grounding ng transformer. Kapag ang electric field distribution sa core ay hindi pantay, maaaring magkaroon ng partial discharge.

1.2 Electrical Characteristics at Hazards ng Mga Fault

Ang pinakadirektang electrical characteristic ng mga core grounding fault ay ang pagtaas ng grounding current. Pagkatapos ng pag-occur ng grounding fault, ang grounding current ay karaniwang nagpapakita ng current fluctuations na may harmonic components, lalo na sa high-frequency regions na higit sa 50 Hz. Kapag ang mga fault ay nangyayari, ang waveform ng grounding current ay madalas na hindi sinusoidal, na may mas malaking amplitudes ng harmonic components.

Ang isa pang typical characteristic ng mga core grounding fault ay ang partial discharge. Pagkatapos ng insulation material failure, ang electric field ay nakakonsentrado sa mga nasirang area, na nagdudulot ng corona discharge at partial discharge phenomena. Ang partial discharge ay karaniwang naglilikha ng high-frequency current pulses na may frequency ranges na karaniwang nasa 3-30 MHz. Ang mga current signals sa frequency band na ito ay maaaring i-capture at i-analyze gamit ang specialized high-frequency current transformers (HFCT).

Ang isa pang electrical characteristic na ina-trigger ng mga core grounding fault ay ang temperature rise effect. Dahil sa eddy current losses sa fault point, ang lokal na temperatura ay tumaas. Ang temperature rise effect na ito hindi lamang direktang nagdudulot ng pinsala sa mga insulating materials kundi maaari rin itong magdulot ng overheating sa partial areas ng core.

1.3 Impact ng Mga Fault sa Operasyon ng Transformer

Ang mga core grounding fault ay nagdudulot ng pagtaas ng grounding current, na sa kanyang pagkakataon ay nagdudulot ng additional losses sa core ng transformer. Ang core losses ay binubuo ng eddy current losses at hysteresis losses. Kapag ang grounding faults ay nangyayari, ang hindi pantay na magnetic flux distribution sa loob ng transformer ay significantly nagdudulot ng pagtaas ng eddy current losses sa ilang areas. Ito hindi lamang nagbabawas ng energy efficiency ng transformer kundi maaari rin itong significantly magdulot ng pagtaas ng operational costs. Ang pagtaas ng core losses ay nagpapahigpit sa pag-overheat ng transformer, na mas lalo pang nakakaapekto sa mahabang-term stable operation.

Ang partial discharge at temperature rise effects na dulot ng mga core grounding fault ay nagpapabilis ng aging ng mga internal insulation materials sa mga transformer. Sa panahon ng insulation aging, ang resistance ng insulation layers ay unti-unting bumababa, at ang electrical isolation capability ay unti-unting nababawasan. Kapag ang insulation ay ganap na nabigo, maaaring ito ay mag-trigger ng local short circuits o mas seryosong complete short circuit accidents.

Ang mga core grounding fault hindi lamang nagdudulot ng pagbaba ng electrical performance kundi maaari rin itong makaapekto sa chemical composition ng transformer oil. Kapag ang core ay grounded, ang partial discharge at pag-overheat ay nagdudulot ng pagtaas ng internal oil temperature, na nagreresulta sa pagbabago ng dissolved gas components sa oil, lalo na ang abnormal na pagtaas ng methane (CH4) at ethylene (C2H4) content.

2 Metodong Diagnostiko at Teknikal na Paghahambing para sa Mga Core Grounding Fault

2.1 Traditional Diagnostic Methods

Ang DC resistance method ay isa sa mga traditional diagnostic methods para sa mga core grounding fault, na unang-una'y sumusunod sa pag-judge ng fault existence sa pamamaraan ng pag-measure ng insulation resistance sa pagitan ng core at ground. Ang metoda na ito ay gumagamit ng DC voltage at nagme-measure ng ratio ng current sa voltage upang kalkulahin ang insulation resistance. Sa ideal, ang insulation resistance ng core ay dapat mananatili sa mataas na halaga; kung ang resistance ay bumaba sa ibaba ng isang tiyak na threshold, maaaring ito ay nagpapahiwatig ng grounding fault.

Ngunit, ang paraan ng DC resistance ay hindi maaaring ma-accurately na lokasyonin ang mga punto ng pagkakamali. Ang mga resulta ng pagsukat nito ay maaari lamang ipakita ang average na insulation performance ng buong core at hindi maaaring matukoy ang tiyak na lugar ng pagkakamali. Ang paraan na ito ay mayroon ding isang tiyak na lag, lalo na kapag ang insulation aging ay hindi pa nagdulot ng malaking pagbabago sa resistance, kaya ang maagang pagtukoy ng pagkakamali ay hindi epektibo. Bukod dito, ang paraan ng DC resistance ay hindi maaaring magbigay ng impormasyon tungkol sa uri ng pagkakamali, at ang mga detalyadong katangian ng pagkakamali ay hindi maaaring makuha nang epektibo mula sa data ng pagsukat.

Ang analisis ng oil chromatography ay natutukoy ang mga pagbabago sa mga komponente ng dissolved gas sa transformer oil upang hulaan ang mga uri ng pagkakamali. Ang mga dissolved gases na ito ay karaniwang nabubuo kapag may discharge, overheating, o iba pang electrical failures sa loob ng transformer. Ang mga karaniwang gas components sa transformer oil ay kinabibilangan ng methane (CH4), ethylene (C2H4), ethane (C2H6), atbp. Ang mga pagbabago sa concentration ng gas ay maaaring ipakita ang operational status ng transformer. 

Sa pamamagitan ng paghahambing ng concentration ng dissolved gas sa oil sa mga uri ng pagkakamali, maaari tayong preliminar na matukoy kung may nangyaring core grounding fault sa transformer. Ang analisis ng oil chromatography ay may medyo delayed na response; pagkatapos ng pagkakamali, kailangan ng oras upang ang dissolved gases ay maging sapat, na limita ang timeliness ng pagtukoy ng pagkakamali. Bukod dito, ang analisis ng oil chromatography ay hindi maaaring magbigay ng accurate na lokasyon ng pagkakamali o tiyak na katangian, kundi nagpapakita lamang ng pagkakamali sa pamamagitan ng mga pagbabago sa concentration ng gas. Para sa mga minor o intermittent faults, ang diagnosis ng oil chromatography analysis ay maaaring ma-delay at hindi maaaring agad sumagot sa pagkakamali.

2.2 Modern Instrument Detection Technologies

Ang teknolohiya ng partial discharge detection ay batay sa prinsipyong high-frequency current transformers (HFCT), na nakukuha at ina-analyze ang mga discharge pulse signals dahil sa core grounding upang tukuyin ang mga pagkakamali. Kapag may nangyaring core grounding faults, ang partial discharge ay nagbibigay ng high-frequency current pulses sa mga puntos ng insulation damage. Ang mga current signals na ito ay karaniwang lumilitaw bilang high-frequency noise o pulse signals na may frequency range na karaniwang nasa 3-30 MHz. 

Sa pamamagitan ng pag-install ng high-frequency current sensors sa grounding line ng transformer, maaaring makuha ang mga partial discharge signals sa real-time. Ang teknolohiyang ito ay maaaring epektibong lokasyonin ang mga puntos ng pagkakamali, may mataas na sensitivity, at maaaring matukoy ang mga pagkakamali sa maagang yugto. Ang partial discharge detection ay maaaring epektibong matukoy ang mga minor faults dahil sa insulation aging o mechanical damage, na nagbibigay ng accurate na impormasyon sa pagtukoy ng pagkakamali. Sa pamamagitan ng pag-aanalisa ng mga partial discharge signals, maaaring i-assess ang severity at development trend ng mga pagkakamali, na nagbibigay ng basehan para sa corresponding maintenance o preventive measures.

Ang infrared thermal imaging technology ay natutukoy ang mga lokal na temperatura na umuunlad sa core gamit ang infrared thermal imagers upang tukuyin kung may grounding faults. Pagkatapos ng nangyaring grounding faults sa mga transformer, ang eddy current losses sa mga lokal na lugar ay nagdudulot ng pagtaas ng temperatura, lalo na ang malaking pagtaas ng temperatura sa paligid ng mga puntos ng pagkakamali. Ang infrared thermal imaging technology ay maaaring makuhang real-time temperature distribution sa ibabaw ng core at tukuyin ang pagkakaroon ng pagkakamali sa pamamagitan ng mga pagkakaiba-iba ng temperatura. Karaniwan, kapag ang mga pagkakaiba-iba ng temperatura ay lumampas sa 10°C, kinakailangan ng mas malapit na pag-aaral ng area. Ang advantage ng teknolohiyang ito ay nasa kanyang kakayahan na matukoy ang mga pagbabago ng temperatura nang walang kontak, na may mabilis na speed ng pagsukat, kaya ito ay angkop para sa mabilis na on-site detection.

Ang high-frequency current detection method ay gumagamit ng Rogowski coils upang sukatin ang mga pagbabago ng high-frequency current sa mga grounding lines, karaniwang nasa frequency range ng 500 kHz hanggang 2 MHz. Ang mga high-frequency currents na ito ay nabubuo dahil sa mga proseso ng discharge na dulot ng core grounding faults. Sa pamamagitan ng pag-detect ng mga current signals sa frequency range na ito, maaaring epektibong matukoy ang pagkakaroon ng pagkakamali. Kumpara sa teknolohiya ng partial discharge detection, ang high-frequency current detection ay may mas mataas na sensitivity at maaaring kuhanin ang napakababang fault signals. Ang paggamit ng Rogowski coils para sa non-contact measurement hindi lamang nagpapadali ng installation kundi nagpapataas din ng accuracy ng pagsukat. Ang teknolohiyang ito ay partikular na angkop para sa mga lugar na mahirap abutin nang direkta at maaaring gawin ang online detection nang hindi nasusira ang equipment.

3 Optimization of Fault Diagnosis Process and Case Analysis

3.1 Recommendations for Optimized Diagnostic Process

Kapag ang pagtukoy ng core grounding faults, ang unang hakbang ay dapat na preliminary screening gamit ang infrared thermal imaging technology. Ang mga infrared thermal imagers ay maaaring mabilis na makuhang temperature distribution maps ng ibabaw ng transformer, na tumutulong sa diagnostic personnel na matukoy ang mga posible na abnormal na pagtaas ng temperatura. Kapag ang preliminary screening ay matukoy ang mga potential na lugar ng pagkakamali, ang susunod na hakbang ay dapat na kombinasyon ng high-frequency current detection at partial discharge detection technologies para sa precise testing.

Ang paraan ng high-frequency current detection ay nakukuha ang mga pagbabago ng grounding current sa 500 kHz hanggang 2 MHz frequency band gamit ang Rogowski coils, na epektibong matutukoy ang mga lugar ng core grounding fault. Ang teknolohiya ng partial discharge detection ay nimonito ang mga discharge pulse signals sa real-time gamit ang HFCT sensors, na ina-analyze ang frequency at intensity ng discharge upang mas mapatunayan ang mga lokasyon ng pagkakamali.

Pagkatapos ng high-frequency current at partial discharge detection, ang huling hakbang ay dapat na verify at analyze ang severity ng pagkakamali sa pamamagitan ng oil chromatography analysis. Sa pamamagitan ng pag-detect ng dissolved gases sa transformer oil, lalo na ang mga pagbabago sa concentration ng methane (CH4), ethylene (C2H4), at iba pang mga gas, maaaring mas mapatunayan ang nature ng pagkakamali. Para sa mga serious na core grounding faults, ang oil chromatography ay magpapakita ng abnormal na elevated gas components. Ang pag-combine ng oil chromatography data sa iba pang mga resulta ng detection ay maaaring comprehensive na assess ang impact ng pagkakamali at magbigay ng basehan para sa subsequent repair work.

3.2 Typical Case Analysis

Sa panahon ng operasyon sa isang substation, ang mga maintenance personnel ay napansin ang significantly increased na grounding current sa isang 35 kV distribution transformer, na lubhang lumampas sa normal values. Ang monitoring data ay nagpakita na ang grounding current ay umabot sa 5 A, habang sa normal na kondisyon, ang grounding current ay dapat na mas mababa sa 100 mA. Ang hamon ay nang bagama't ang grounding current ay abnormal na tumaas, wala ring obvious na external physical fault indications. Ang mga traditional na electrical diagnostic methods tulad ng DC resistance testing at oil chromatography analysis ay hindi nagbigay ng clear na information sa paglalokasyon ng pagkakamali.

Upang malutas ang isyung ito ng pag-ground ng core ng transformer, ginamit ng mga tauhan sa pagmamanento ang ilang modernong teknolohiya sa pagtuklas. Una, ginamit nila ang FLIR T640 na infrared thermal imager para sa unang pag-screen, mabilis na nahanap ang mga lugar kung saan tumaas ang temperatura sa core at mga related na komponente. Pagkatapos, ginamit nila ang PD-Tech HFCT high-frequency current sensors upang bantayan ang ground current. Sa wakas, ginamit nila ang PD-Tech partial discharge detectors upang suriin at analisin ang mga signal ng pag-discharge, at matukoy ang punto ng pagkakamali. Ang mga resulta ng pagsusuri ay ipinapakita sa Table 1.

Tab.1 Mga resulta ng pagtuklas ng isyung sa transformer

Batay sa resulta ng pagmamasid ng infrared thermal imager, ang pagkakaiba ng temperatura malapit sa core clamping components ay umabot sa 12°C, na lumampas sa normal na range, na nagpapatunay na mayroong posible na overheating sa lugar na ito. Ang real-time detection gamit ang high-frequency current sensors ay nagpakita ng grounding current na 5 A, na lubhang lumampas sa normal na halaga na 100 mA, na nagpapahiwatig na mayroong nangyaring kaparaanan sa loob ng transformer. Ang karagdagang partial discharge detection ay nagpakita ng malakas na pag-alsa ng high-frequency current signals sa frequency range na 4.5-18 MHz, na may patuloy na pagtaas ng lakas ng discharge, na nagpapahiwatig na ang punto ng kaparaanan ay nasa core clamping assembly at ang kaparaanan ay patuloy na lumala.

Ang huling pagpapatunay ng punto ng kaparaanan ay nasa insulating pad ng core clamping component. Ang insulation material ay lumuma dahil sa mahabang panahon ng operasyon, na nagdulot ng maliit na pinsala sa insulation na nag-trigger ng grounding fault. Ang mga hakbang para sa pagtreat ng kaparaanan ay kinabibilangan ng pagpalit ng insulating pad, at ang susunod na pagsubok ay nagpapatunay na bumalik na ang grounding current sa normal, na nagwawasto sa kaparaanan at nagbabalik ng matatag na operasyon ng kagamitan.

Inihahandog ng kaso na ito na ang kombinasyon ng teknolohiya ng infrared thermal imaging, partial discharge detection technology, at high-frequency current detection technology ay maaaring makapag-angkop na mapataas ang epektibidad at katumpakan ng pag-diagnose ng core grounding fault. Sa aktwal na proseso ng operasyon at maintenance, dapat na regular na gumamit ng mga teknolohiyang ito ang mga tao para sa joint diagnosis upang tiyakin ang ligtas at matatag na operasyon ng mga transformer.

4 Kasunod

Sa pag-diagnose ng mga kaparaanan sa core grounding, ang kombinadong aplikasyon ng maraming modernong teknolohiya ng pag-diagnose ay maaaring makapag-angkop na mapataas ang katumpakan ng lokasyon ng kaparaanan at epektibidad ng pag-diagnose. Sa pamamagitan ng mga epekto ng high-frequency current detection, partial discharge analysis, at infrared thermal imaging technology, maaaring ma-detekta ang mga potensyal na panganib sa kagamitan sa maagang yugto, at maaaring ma-identify ang mga pinagmulan ng kaparaanan nang mas tiyak, na nagbabawas ng downtime ng kagamitan at nagpapahaba ng buhay ng mga transformer.

Sa hinaharap, kasabay ng patuloy na pag-unlad at aplikasyon ng mga bagong teknolohiya ng pag-detect, ang pag-diagnose at maintenance ng mga kaparaanan sa core grounding ay magiging mas epektibo at mas tumpak, na nagpapanatili ng estabilidad at seguridad ng mga sistema ng kuryente.