Analysis of Diagnostic Methods for Core Grounding Faults in 35 kV Distribution Transformers Analîz ya Metodên Diagnostîk ji bo Sêwirên Banda Xerîdar a Transformerên Dastrîn 35 kV

Tranzistoran da 35 kV: Analîz û Metodên Diagnostîk an Pirsgirêka Tengkirina Nûqta

Tranzistoran da 35 kV pir tiştên bêtewalên sisteman derbarê çavkanîn, ku dixwazên pêkhatinên elektrik yên muhîman. Lekin, ji bo demê dişopandin, pirsgirêka tengkirina nûqte hatiye weriyek bi ser kevarekên stabîl tranzistore. Pirsgirêka tengkirina nûqte nayê têne dikare teyê yeketina energî û hesabên baxtarên siteman bigihîje, lê dikare wekhev bike virgirêkên elektrik yên din ên serçem.

Di dema ku cihedên elektrik yan, hêza pirsgirêkan da tengkirina nûqte derbarê dişopandin, ku dixwazên bêrpa kirina û bêtirina pirsgirêkan da cihedên elektrik. Hese li gor metodên jîn ya diagnostîk hene, lê van metodan di navbera teknîkî de hene, wê zêde girêdan ên nekdar e ku piştgirî bikin û divê destnav be. Li ser pirsgirêkan da diagnostîk yên din ên saz û reng bikin, ku dixwazên amana xebitandina cihed û amana stabîl û ewlehiya sisteman derbarê çavkanîn.

1 Analîz û Xusiyetên Pirsgirêka Tengkirina Nûqte da Tranzistoran da 35 kV

1.1 Serselan Pirsgirêka Tengkirina Nûqte

Di tranzistoran da 35 kV de, materyalan da izolyasyon hatine bikar bînin di navbera lamenên nûqte de. Lekin, ji bo dema dişopandin, elektrikên navendî û derexîn dikare materyalan da izolyasyon yan, paqos di navendekan da gerîn-bîst û derexîn de ku performansa materyalan da izolyasyon zêde girêdan. Ji bo dema yan, rezîstanda materyalan da izolyasyon zêde girêdan, û failîna materyalan da izolyasyon di navendekan da herêmî de dikare pirsgirêkan da multi-point bigihîje.

Tranzistoran ji bo dema dişopandin dizanekeş vîbrasyon mekanîkî, paqos di şertan de ku terkîd û berhemîn dibîne. Vîbrasyon dikare rûnda nûqte û komponanan da clampîn bide, clampînên nûqte wan û materyalan da izolyasyon bigere, dikare pirsgirêkan da tengkirina bigihîje. Defektên fabrikasyon da tranzistore nayê têne dikare serselan pirsgirêkan da tengkirina nûqte. Ji bo dema fabrikasyon, eger pîlan da silîkon û cîh û procesda nûqte nekdar e, defektên herêmî dikare bigihîjîne. Van defektan zêde hene di navendekan da tengkirina tranzistore. Di dema ku distribûsyona elektrik ên nûqte nebihastîn, discharga partial dikare bigihîje.

1.2 Xusiyetên Elektrik û Hazaran da Pirsgirêkan

Xusiyeta elektrik ên birîn da pirsgirêkan da tengkirina nûqte zêde bînîna current da tengkirina. Di dema ku pirsgirêka bigihîje, current da tengkirina zêde bînîna current da harmonic, paqos di navendekan da high-frequency (ji 50 Hz). Di dema ku pirsgirêkan bigihîjin, form da current da tengkirina nebihastîn, û amplitûda da componentên harmonic zêde bînîne.

Yekîn xusiyeta elektrik da pirsgirêkan da tengkirina nûqte discharga partial. Di dema ku materyalan da izolyasyon yan, elektrik ên navendî dikare concentrate di navendekan da bigere, dikare discharga corona û discharga partial bigihîje. Discharga partial zêde bînîna pulse da current da high-frequency, ku frequency range-yan zêde 3-30 MHz. Signalên da current da di navendekan da frequency band-yan dikare bipeker û analîze bikin bi transformerên da high-frequency current (HFCT).

Yekîn xusiyeta elektrik da pirsgirêkan da tengkirina nûqte zêde bînîna temperature. Di dema ku pirsgirêkan bigihîjin, local temperature zêde bînîne. Zêde bînîna temperature nayê têne dikare materyalan da izolyasyon bigere, lê dikare overheat da herêmî nûqte bigihîje.

1.3 Etkî Pirsgirêkan Bi Operasyon da Tranzistore

Pirsgirêkan da tengkirina nûqte zêde bînîna current da tengkirina, ku dikare loss da ekstra nûqte bigihîje. Loss da nûqte zêde bînîna loss da eddy current û hysteresis. Di dema ku pirsgirêkan bigihîjin, uneven magnetic flux distribution inside the transformer significantly increases eddy current losses in certain areas. This not only reduces transformer energy efficiency but may also significantly increase operational costs. The increased core losses exacerbate transformer overheating, further affecting long-term stable operation.

Discharga partial û zêde bînîna temperature da pirsgirêkan da tengkirina nûqte zêde bînîna yan da materyalan da izolyasyon di navendî tranzistore. Ji bo dema yan, resistance da layerên izolyasyon zêde girêdan, û kapasite da izolyasyon elektrik ên girtîn zêde girêdan. Di dema ku izolyasyon tamam yan, dikare short circuit lokal û ya din ên tamam bigihîje.

Pirsgirêkan da tengkirina nûqte nayê têne dikare electrical performance zêde girêdan, lê dikare chemical composition da oil da tranzistore. Di dema ku nûqte tengkirina, discharga partial û overheat dikare temperature da oil zêde bînîne, dikare gas componentên da dissolved di navendekan da oil, paqos abnormal increases in methane (CH4) û ethylene (C2H4) content.

2 Metodên û Teknikên Diagnostîk Bi Pirsgirêkan da Tengkirina Nûqte

2.1 Metodên Diagnostîkên Tradîsyonel

Metoda DC resistance yekîn da metodên tradîsyonel da pirsgirêkan da tengkirina nûqte, ku dikare judge existence da pirsgirêkan bi measure insulation resistance between the core and ground. Metoda dikare apply DC voltage û measure ratio da current û voltage calculate insulation resistance. Ideally, insulation resistance da nûqte dikare remain at a high value; if resistance drops below a certain threshold, it may indicate a grounding fault. 

Bêyîsin, rêzikê DC nek çavkanişin xabatên jîn derbas dibe. Daneyên pêşkeftinê wê têne bike wekhevîna performansê bixweberên hêla birîna core û nayê destpêk dikare bide ku çendîya serparastên xabat dihêjin. Ev metoda da de hesabek din ku ji bo serbestbûna xabatên vêjirî yên ku belaş niha vê rengê çendîyên ên bi guheriyên rastresan nehat şandin, nayê çavkanîn bide. Li gorîsî, metoda rêzikê DC nek hatine kiribîn agahdarî li ser rêza xabat û sertisên serbestbûna xabat nehat lêserhilînin ji daneyên pêşkeftinê.

Analîzê kromatografî ya Hewrê dilinde guhertina komponentên gasên daşînên daşînên Hewrê dilind bikar anîn bi bo îndazkirina rêzanên xabat. Îro gasên daşîn bi karîn daşînên rojan, kêfetkirina, û diger xabatên elektrîkî yên ku ji bo dilind dikin. Komponentên gasên rastîn li Hewrê dilind ku hewce dihin methane (CH4), etilen (C2H4), etan (C2H6), û s. Guhertina qantiteyên gasên daşîn dikare wêne bike cihêdana operasyonê Hewrê dilind. 

Bi destpêka qantiteyên gasên daşîn li Hewrê dilind bi rêzanên xabat, ew lezê ye ku dibêje bide ma bi rêza ku xabatê berdestkirina core di Hewrê dilind de were. Analîzê kromatografî ya Hewrê dilind wateye bi parzandina wergerîne; pas wereguheriya xabat, demek e ku gasên daşîn bihêvînin, ku her destpêkîna cihêdanê xabatê darband dibe. Ji bilî, analîzê kromatografî ya Hewrê dilind nek hatine kiribîn agahdarî li ser çendîya serparastên xabat û sertisên serbestbûna xabat, tenha bi guhertina qantiteyên gasên daşîn. Ji bo xabatên biçûk û intermitent, analîzê kromatografî ya Hewrê dilind cihêdanê xabat dikare wereguherî be û nehat şandin bide vêjirî.

2.2 Têkniyên Cihêdara Instrumentên Modern

Têknîka cihêdaranê parçoyê dischargê li ser ilkedaya transeformatoranê HFCT (High-Frequency Current Transformer) werdigirin û analîz bike signalên pulse dischargê yên ku ji bo cihêdanê xabatên berdestkirina core were. Bi wereguherina xabatên berdestkirina core, dischargê parçoyê current pulsên high-frequency di çendîyên zêdekirina bixweber de were. Îro signalên current yên bi freqency range yên genelî 3-30 MHz. 

Bi saz kirina sensorên current high-frequency li ser lineya berdestkirina transeformator, signalên dischargê parçoyê bi real-time were hatine girtin. Têknîka ev dikare serbestbûna çendîyên xabat bi efînasî, bi sedasîyekî ya bikar îne û dikare xabatên vêjirî bike. Cihêdaranê dischargê parçoyê dikare xabatên biçûk bi karîn ziyankirina bixweber û ziyan mekanîkî were serbestbike, agahdarî cihêdananê xabatê rast were bike. Bi analîz bike signalên dischargê parçoyê, sedasîyekî û trenda çêtir bike xabat dikare were îndazkirin, ku bi bo îmkanîna amelî û tedbirên prevencîya pêşkeftin.

Têknîka imajînê thermale infra-red li ser guhezê core bi karîn camera infra-red were îndazkirin temperature rise areas, bi bo îndazkirina ku xabatên berdestkirina core hene. Pas wereguherina xabatên berdestkirina core, eddy current losses li ser çendîyên local temperature rises were, veqetîn temperature rises around fault points. Têknîka imajînê thermale infra-red dikare temperature distribution bi real-time li ser surfaceya core were bike û bi guhertina temperature differences existence of fault were îndazkirin. Genelî, wanê ku temperature differences exceed 10°C, area bi bo îndazkirina deep investigation were hate need. Avantaja têknîka ev li ser guhertina temperature changes without contact, bi fast measurement speed, making it suitable for rapid on-site detection.

Metoda deteksiyonê current high-frequency bi karîn Rogowski coils were bike measurement high-frequency current changes in grounding lines, typically in the frequency range of 500 kHz to 2 MHz. These high-frequency currents are generated by discharge processes caused by core grounding faults. By detecting current signals in this frequency range, fault existence can be effectively identified. Compared to partial discharge detection technology, high-frequency current detection has higher sensitivity and can capture extremely weak fault signals. Using Rogowski coils for non-contact measurement not only simplifies installation but also improves measurement accuracy. This technology is particularly suitable for areas difficult to access directly and can perform online detection without damaging equipment.

3 Optimization of Fault Diagnosis Process and Case Analysis

3.1 Recommendations for Optimized Diagnostic Process

When diagnosing core grounding faults, the first step should be preliminary screening using infrared thermal imaging technology. Infrared thermal imagers can quickly obtain temperature distribution maps of the transformer surface, helping diagnostic personnel identify possible abnormal temperature rise areas. Once preliminary screening identifies potential fault areas, the next step should combine high-frequency current detection and partial discharge detection technologies for precise testing.

The high-frequency current detection method captures grounding current changes in the 500 kHz to 2 MHz frequency band using Rogowski coils, effectively identifying core grounding fault areas. Partial discharge detection technology monitors discharge pulse signals in real-time using HFCT sensors, analyzing discharge frequency and intensity to further confirm fault point locations.

After conducting high-frequency current and partial discharge detection, the final step is to verify and analyze fault severity through oil chromatography analysis. By detecting dissolved gases in transformer oil, particularly concentration changes of methane (CH4), ethylene (C2H4), and other gases, the nature of the fault can be further confirmed. For serious core grounding faults, oil chromatography will show abnormally elevated gas components. Combining oil chromatography data with other detection results can comprehensively assess fault impact and provide basis for subsequent repair work.

3.2 Typical Case Analysis

During operation at a substation, maintenance personnel noticed significantly increased grounding current in a 35 kV distribution transformer, far exceeding normal values. Monitoring data showed the grounding current reached 5 A, while under normal conditions, grounding current should be less than 100 mA. The challenge was that although the grounding current abnormally increased, there were no obvious external physical fault indications. Traditional electrical diagnostic methods such as DC resistance testing and oil chromatography analysis failed to provide clear fault location information.

Bûyerîna kuştêya berdestanî ya transformatorek da, perzindiyên pêşkeftinê çend teknolojîya diagnostic modern yên bûyan. Yekem, FLIR T640 imagera têrsînî ya têrsînî yên infrared bikar bînin ji bo serxwebûna sernavber, yeketina herdemên di rûnda nîvenda xebitand û komponentên liyên. Di navbera din, PD-Tech HFCT sensorsên cîhazgera hêfîn bike bikar bînin bi rêjeya currenta berdestanî. Di dawiyê de, PD-Tech detectorsên partial discharge bikar bînin ji bo testkirina û analîzkirina signalsên discharge, yeketina şîfteya kuştê. Nîşeyên test da di Tab.1 de were nîşan kirin.

Tab.1 Nîşeyên detektirina kuştên transformatorek

Berdasarkan hasil deteksi kamera termal inframerah, perbedaan suhu di dekat komponen pengikat inti mencapai 12°C, melebihi rentang normal, yang secara awal mengkonfirmasi adanya kemungkinan overheating di area tersebut. Deteksi real-time menggunakan sensor arus frekuensi tinggi menunjukkan arus ke tanah sebesar 5 A, jauh melebihi nilai normal 100 mA, menandakan bahwa kerusakan telah berkembang di dalam transformator. Deteksi pelepasan parsial lebih lanjut menunjukkan fluktuasi kuat pada sinyal arus frekuensi tinggi dalam rentang frekuensi 4.5-18 MHz, dengan intensitas pelepasan yang semakin meningkat, menunjukkan bahwa titik kerusakan berada di komponen pengikat inti dan kerusakan sedang memburuk.

Konfirmasi akhir titik kerusakan ada pada alas isolasi komponen pengikat inti. Material isolasi telah menua karena operasi jangka panjang, menyebabkan kerusakan isolasi minor yang memicu kerusakan ke tanah. Tindakan penanganan kerusakan meliputi penggantian alas isolasi, dan pengujian selanjutnya mengkonfirmasi bahwa arus ke tanah telah kembali normal, menghilangkan kerusakan dan memulihkan operasi stabil peralatan.

Kasus ini menunjukkan bahwa kombinasi teknologi pemetaan termal inframerah, teknologi deteksi pelepasan parsial, dan teknologi deteksi arus frekuensi tinggi dapat secara efektif meningkatkan efisiensi dan akurasi diagnosis kerusakan grounding inti. Dalam proses operasi dan pemeliharaan sebenarnya, personel harus secara teratur menggunakan teknologi-teknologi ini untuk diagnosis bersama untuk memastikan operasi aman dan stabil transformator.

4 Pêşnûmayî

Dalam diagnosis kerusakan grounding inti, aplikasi kombinasi beberapa teknologi diagnostik modern dapat secara signifikan meningkatkan akurasi lokasi kerusakan dan efisiensi diagnostik. Melalui efek sinergis dari deteksi arus frekuensi tinggi, analisis pelepasan parsial, dan teknologi pemetaan termal inframerah, risiko peralatan potensial dapat dideteksi pada tahap awal, dan sumber kerusakan dapat diidentifikasi dengan tepat, mengurangi waktu downtime peralatan dan memperpanjang umur layanan transformator.

Di masa depan, dengan perkembangan dan penerapan berkelanjutan teknologi deteksi baru, diagnosis dan pemeliharaan kerusakan grounding inti akan menjadi lebih efisien dan tepat, menjaga stabilitas dan keamanan sistem tenaga listrik.