Analisis Kaedah Diagnostik untuk Ralat Pembumian Teras dalam Transformator Pembahagian 35 kV

Pengubahsuai Tegangan Pembahagian 35 kV: Analisis dan Kaedah Diagnostik Kesalahan Pengendalian Teras

Pengubahsuai tegangan pembahagian 35 kV adalah peralatan penting yang biasa dalam sistem kuasa, membawa tugas penting penghantaran tenaga elektrik. Walau bagaimanapun, semasa operasi jangka panjang, kesalahan pengendalian teras telah menjadi isu utama yang mempengaruhi operasi stabil pengubahsuai. Kesalahan pengendalian teras tidak hanya mempengaruhi kecekapan tenaga pengubahsuai dan meningkatkan kos pemeliharaan sistem, tetapi juga mungkin memicu kegagalan elektrik yang lebih serius.

Seiring dengan usia peralatan kuasa, frekuensi kesalahan pengendalian teras secara beransur-ansur meningkat, memerlukan peningkatan diagnosis dan rawatan kesalahan dalam operasi dan pemeliharaan peralatan kuasa. Walaupun terdapat beberapa kaedah diagnostik yang sedia ada, masih terdapat botol leher teknikal seperti kecekapan pengesanan yang rendah dan lokasi kesalahan yang sukar. Terdapat keperluan mendesak untuk mengeksplorasi dan mengaplikasikan teknologi diagnosis kesalahan yang lebih tepat dan sensitif untuk meningkatkan kebolehpercayaan operasi peralatan dan memastikan kestabilan dan keselamatan sistem kuasa.

1 Analisis Sebab dan Ciri-ciri Kesalahan Pengendalian Teras dalam Pengubahsuai Tegangan Pembahagian 35 kV

1.1 Sebab-sebab Biasa Kesalahan Pengendalian Teras

Dalam pengubahsuai tegangan pembahagian 35 kV, bahan insulasi biasanya digunakan antara lembaran teras untuk isolasi. Namun, semasa operasi jangka panjang, medan elektrik dalaman dan suhu menyebabkan penuaan beransur-ansur bahan insulasi, terutamanya dalam persekitaran tekanan tinggi dan suhu tinggi di mana prestasi insulasi merosot dengan cepat. Seiring dengan penuaan, rintangan insulasi berkurang, dan kegagalan insulasi di kawasan tertentu boleh membentuk kesalahan pengendalian multi-titik.

Pengubahsuai pasti mengalami getaran mekanikal semasa operasi jangka panjang. Terutamanya di bawah keadaan fluktuasi beban yang signifikan, getaran boleh menyebabkan perpindahan relatif teras dan komponen penyekat teras. Penyekat teras yang longgar atau bahan isolasi yang rosak mungkin memicu kesalahan pengendalian. Kecederaan pembuatan teras pengubahsuai juga merupakan sebab penting kesalahan pengendalian teras. Semasa pembuatan, jika lembaran besi silikon mempunyai sisik, pelapisan insulasi tidak rata, atau ketepatan pemprosesan teras tidak mencukupi, kerusakan insulasi tempatan mungkin berlaku. Kecederaan ini sering terkonsentrasi pada bahagian pengendalian pengubahsuai. Apabila pengagihan medan elektrik dalam teras tidak rata, pelepasan separa mungkin berlaku.

1.2 Ciri-ciri Elektrik dan Bahaya Kesalahan

Ciri elektrik paling langsung kesalahan pengendalian teras adalah peningkatan arus pengendalian. Selepas berlakunya kesalahan pengendalian, arus pengendalian biasanya menunjukkan fluktuasi arus dengan komponen harmonik, terutamanya di wilayah frekuensi tinggi di atas 50 Hz. Apabila kesalahan berlaku, bentuk gelombang arus pengendalian sering kali nampak bukan sinusoidal, dengan amplitud komponen harmonik yang lebih besar.

Ciri lain yang biasa bagi kesalahan pengendalian teras adalah pelepasan separa. Setelah kegagalan bahan insulasi, medan elektrik berkumpul di kawasan yang rosak, menyebabkan pelepasan corona dan fenomena pelepasan separa. Pelepasan separa biasanya menghasilkan pulsa arus frekuensi tinggi dengan julat frekuensi umumnya antara 3-30 MHz. Isyarat arus dalam julat frekuensi ini boleh ditangkap dan dianalisis menggunakan transformer arus frekuensi tinggi (HFCT) khusus.

Ciri elektrik lain yang dipicu oleh kesalahan pengendalian teras adalah efek peningkatan suhu. Disebabkan oleh kerugian eddy di titik kesalahan, suhu tempatan meningkat. Efek peningkatan suhu ini tidak hanya merosakkan bahan insulasi secara langsung tetapi juga mungkin menyebabkan pemanasan berlebihan di kawasan teras tertentu.

1.3 Impak Kesalahan terhadap Operasi Pengubahsuai

Kesalahan pengendalian teras menyebabkan peningkatan arus pengendalian, yang seterusnya menimbulkan kerugian tambahan dalam teras pengubahsuai. Kerugian teras terdiri daripada kerugian eddy dan kerugian histeresis. Apabila berlaku kesalahan pengendalian, pengagihan fluks magnet yang tidak rata di dalam pengubahsuai secara signifikan meningkatkan kerugian eddy di kawasan tertentu. Ini tidak hanya mengurangkan kecekapan tenaga pengubahsuai tetapi juga mungkin meningkatkan kos operasi secara signifikan. Peningkatan kerugian teras memperburuk pemanasan berlebihan pengubahsuai, lebih lanjut mempengaruhi operasi stabil jangka panjang.

Pelepasan separa dan efek peningkatan suhu yang disebabkan oleh kesalahan pengendalian teras mempercepatkan penuaan bahan insulasi dalaman pengubahsuai. Semasa penuaan insulasi, rintangan lapisan insulasi beransur-ansur berkurang, dan keupayaan isolasi elektrik gagal secara beransur-ansur. Apabila insulasi sepenuhnya gagal, ia mungkin memicu hubungan pendek tempatan atau kemalangan hubungan pendek lengkap yang lebih serius.

Kesalahan pengendalian teras tidak hanya menyebabkan penurunan prestasi elektrik tetapi juga mempengaruhi komposisi kimia minyak pengubahsuai. Apabila teras mengendalikan, pelepasan separa dan pemanasan berlebihan menyebabkan suhu minyak dalaman meningkat, menyebabkan perubahan komponen gas terlarut dalam minyak, terutamanya peningkatan abnormal kandungan metana (CH4) dan etilena (C2H4).

2 Kaedah Diagnostik dan Perbandingan Teknikal untuk Kesalahan Pengendalian Teras

2.1 Kaedah Diagnostik Tradisional

Kaedah rintangan DC adalah salah satu kaedah diagnostik tradisional untuk kesalahan pengendalian teras, yang utamanya menilai keberadaan kesalahan dengan mengukur rintangan insulasi antara teras dan tanah. Kaedah ini menggunakan voltan DC dan mengukur nisbah arus terhadap voltan untuk mengira rintangan insulasi. Secara ideal, rintangan insulasi teras harus kekal pada nilai yang tinggi; jika rintangan jatuh di bawah ambang batas tertentu, ia mungkin menunjukkan adanya kesalahan pengendalian.

Namun, kaedah rintangan DC tidak dapat mengenal pasti lokasi titik rosak dengan tepat. Hasil pengukuran hanya boleh mencerminkan prestasi pemisahan keseluruhan inti dan tidak dapat menentukan kawasan rosak tertentu. Kaedah ini juga mempunyai lag tertentu, terutamanya apabila penuaan pemisah belum menyebabkan perubahan rintangan yang signifikan, menjadikan pengesanan awal rosak tidak efektif. Selain itu, kaedah rintangan DC tidak dapat memberikan maklumat tentang jenis rosak, dan ciri-ciri rosak yang terperinci tidak dapat diekstrak dengan berkesan daripada data pengukuran.

Analisis kromatografi minyak mendeteksi perubahan komponen gas terlarut dalam minyak transformer untuk mengandaikan jenis rosak. Gas-gas terlarut ini biasanya dihasilkan apabila terjadi pembuangan, panas berlebihan, atau kegagalan elektrik lain di dalam transformer. Komponen gas biasa dalam minyak transformer termasuk metana (CH4), etilena (C2H4), etana (C2H6), dan sebagainya. Perubahan konsentrasi gas dapat mencerminkan status operasional transformer. 

Dengan membandingkan konsentrasi gas terlarut dalam minyak dengan jenis rosak, ia mungkin untuk menentukan secara awal sama ada rosak penyambungan inti telah berlaku pada transformer. Analisis kromatografi minyak mempunyai tindak balas yang relatif lewat; selepas rosak berlaku, ia memerlukan masa bagi gas terlarut untuk berkumpul, menghadkan ketepatan diagnosis rosak. Selain itu, analisis kromatografi minyak tidak dapat memberikan lokasi rosak yang tepat atau ciri-ciri spesifik, hanya menunjukkan rosak melalui perubahan konsentrasi gas. Untuk rosak minor atau intermiten, diagnosis analisis kromatografi minyak mungkin tertunda dan tidak dapat bertindak balas dengan cepat kepada kejadian rosak.

2.2 Teknologi Pengesanan Instrumen Moden

Teknologi pengesanan pelepasan separa didasarkan pada prinsip transformator arus frekuensi tinggi (HFCT), menangkap dan menganalisis isyarat pulsa pelepasan yang disebabkan oleh penyambungan inti untuk mendiagnosis rosak. Apabila rosak penyambungan inti berlaku, pelepasan separa menghasilkan pulsa arus frekuensi tinggi pada titik kerusakan pemisah. Isyarat arus ini biasanya bermanifestasi sebagai bunyi hiruk frekuensi tinggi atau isyarat pulsa dengan julat frekuensi umumnya antara 3-30 MHz. 

Dengan memasang sensor arus frekuensi tinggi pada garis penyambungan transformer, isyarat pelepasan separa boleh ditangkap secara real-time. Teknologi ini dapat mengesahkan lokasi titik rosak separa dengan berkesan, mempunyai sensitiviti yang tinggi, dan boleh mengesan rosak pada tahap awal. Pengesanan pelepasan separa dapat mengenal pasti rosak minor yang disebabkan oleh penuaan pemisah atau kerosakan mekanikal, memberikan maklumat diagnosis rosak yang tepat. Dengan menganalisis isyarat pelepasan separa, keparahan dan trend perkembangan rosak boleh dinilai, membolehkan langkah pemeliharaan atau pencegahan yang sesuai.

Teknologi pencitraan termal inframerah mendeteksi kawasan peningkatan suhu setempat pada inti menggunakan pencitra termal inframerah untuk menentukan sama ada rosak penyambungan wujud. Selepas rosak penyambungan berlaku pada transformer, kerugian eddi semasa di kawasan setempat menyebabkan peningkatan suhu, terutamanya peningkatan suhu yang signifikan di sekitar titik rosak. Teknologi pencitraan termal inframerah boleh mendapatkan taburan suhu real-time pada permukaan inti dan menentukan keberadaan rosak melalui perbezaan suhu. Biasanya, apabila perbezaan suhu melebihi 10°C, penyelidikan fokus diperlukan pada kawasan tersebut. Kelebihan teknologi ini terletak pada kemampuannya untuk mendeteksi perubahan suhu tanpa sentuhan, dengan kelajuan pengukuran yang cepat, menjadikannya sesuai untuk pengesanan tapak yang cepat.

Kaedah pengesanan arus frekuensi tinggi menggunakan gegelung Rogowski untuk mengukur perubahan arus frekuensi tinggi pada garis penyambungan, biasanya dalam julat frekuensi 500 kHz hingga 2 MHz. Arus frekuensi tinggi ini dihasilkan oleh proses pelepasan yang disebabkan oleh rosak penyambungan inti. Dengan mendeteksi isyarat arus dalam julat frekuensi ini, keberadaan rosak boleh dikenal pasti dengan berkesan. Berbanding dengan teknologi pengesanan pelepasan separa, pengesanan arus frekuensi tinggi mempunyai sensitiviti yang lebih tinggi dan boleh menangkap isyarat rosak yang sangat lemah. Menggunakan gegelung Rogowski untuk pengukuran tanpa sentuhan tidak hanya memudahkan pemasangan tetapi juga meningkatkan kejituan pengukuran. Teknologi ini sangat sesuai untuk kawasan yang sukar diakses dan boleh melakukan pengesanan dalam talian tanpa merosakkan peralatan.

3 Pengeoptimuman Proses Diagnosis Rosak dan Analisis Kes

3.1 Cadangan untuk Proses Diagnosis yang Dioptimumkan

Apabila mendiagnosis rosak penyambungan inti, langkah pertama haruslah penyaringan awal menggunakan teknologi pencitraan termal inframerah. Pencitra termal inframerah boleh dengan cepat mendapatkan peta taburan suhu permukaan transformer, membantu petugas diagnosis mengenal pasti kawasan potensial peningkatan suhu abnormal. Setelah penyaringan awal mengenal pasti kawasan rosak potensial, langkah seterusnya harus menggabungkan teknologi pengesanan arus frekuensi tinggi dan pengesanan pelepasan separa untuk pengujian tepat.

Kaedah pengesanan arus frekuensi tinggi menangkap perubahan arus penyambungan dalam julat frekuensi 500 kHz hingga 2 MHz menggunakan gegelung Rogowski, mengenal pasti dengan berkesan kawasan rosak penyambungan inti. Teknologi pengesanan pelepasan separa memantau isyarat pulsa pelepasan secara real-time menggunakan sensor HFCT, menganalisis frekuensi dan intensiti pelepasan untuk mengesahkan lokasi titik rosak.

Selepas melakukan pengesanan arus frekuensi tinggi dan pelepasan separa, langkah akhir adalah mengesahkan dan menganalisis keparahan rosak melalui analisis kromatografi minyak. Dengan mendeteksi gas terlarut dalam minyak transformer, terutamanya perubahan konsentrasi metana (CH4), etilena (C2H4), dan gas lain, sifat rosak boleh dikonfirmasi lebih lanjut. Untuk rosak penyambungan inti yang serius, analisis kromatografi minyak akan menunjukkan komponen gas yang meningkat secara abnormal. Menggabungkan data kromatografi minyak dengan hasil pengesanan lain boleh menilai secara menyeluruh impak rosak dan memberikan asas untuk kerja pembaikan seterusnya.

3.2 Analisis Kes Típikal

Semasa operasi di sebuah substesen, petugas pemeliharaan mengamati peningkatan arus penyambungan yang signifikan pada transformer distribusi 35 kV, jauh melebihi nilai normal. Data pemantauan menunjukkan arus penyambungan mencapai 5 A, manakala di bawah keadaan normal, arus penyambungan harus kurang dari 100 mA. Cabaran yang dihadapi ialah walaupun arus penyambungan meningkat secara abnormal, tiada indikasi rosak fizikal luaran yang jelas. Kaedah diagnosis elektrik tradisional seperti ujian rintangan DC dan analisis kromatografi minyak gagal memberikan maklumat lokasi rosak yang jelas.

Untuk menyelesaikan masalah kesalahan grounding inti transformator ini, petugas pemeliharaan menggunakan beberapa teknologi diagnosis moden. Pertama, mereka menggunakan kamera termal inframerah FLIR T640 untuk penyaringan awal, dengan cepat mengenal pasti kawasan peningkatan suhu pada inti dan komponen berkaitan. Kemudian, mereka menggunakan sensor arus frekuensi tinggi PD-Tech HFCT untuk memantau arus grounding. Akhirnya, mereka menggunakan pengesan pelepasan separa PD-Tech untuk menguji dan menganalisis isyarat pelepasan, mengenal pasti titik kesalahan. Keputusan ujian ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jad.1 Keputusan pendeteksian masalah kesalahan transformator

Berdasarkan hasil pengesanan imager termal inframerah, perbezaan suhu di kawasan komponen klip inti mencapai 12°C, melebihi julat normal, mengesahkan secara awal kemungkinan pemanasan berlebihan di kawasan ini. Pengesanan masa nyata menggunakan sensor arus frekuensi tinggi mendedahkan arus grounding sebanyak 5 A, jauh melebihi nilai normal 100 mA, menunjukkan bahawa satu kerusakan telah berkembang di dalam transformer. Pengesanan pelepasan separa lebih lanjut menunjukkan fluktuasi kuat dalam isyarat arus frekuensi tinggi dalam julat frekuensi 4.5-18 MHz, dengan intensiti pelepasan yang semakin meningkat, menunjukkan bahawa titik kerusakan terletak pada komponen klip inti dan kerusakan tersebut semakin parah.

Titik kerusakan akhirnya disahkan berada pada bantalan insulasi komponen klip inti. Bahan insulasi telah lapuk disebabkan operasi jangka panjang, menyebabkan kerosakan insulasi minor yang memicu kerusakan grounding. Tindakan rawatan kerusakan termasuk menggantikan bantalan insulasi, dan ujian seterusnya mengesahkan bahawa arus grounding telah kembali ke tahap normal, menghapuskan kerusakan dan memulihkan operasi stabil peralatan.

Kes ini menunjukkan bahawa kombinasi teknologi imager termal inframerah, teknologi pengesanan pelepasan separa, dan teknologi pengesanan arus frekuensi tinggi dapat meningkatkan efisiensi dan ketepatan diagnosis kerusakan grounding inti secara berkesan. Dalam proses operasi dan pemeliharaan sebenar, kakitangan harus secara berkala menggunakan teknologi-teknologi ini untuk diagnosis bersama untuk memastikan operasi transformer yang selamat dan stabil.

4 Kesimpulan

Dalam diagnosis kerusakan grounding inti, aplikasi gabungan pelbagai teknologi diagnosis moden boleh meningkatkan ketepatan lokasi kerusakan dan kecekapan diagnosis secara signifikan. Melalui kesan sinergi pengesanan arus frekuensi tinggi, analisis pelepasan separa, dan teknologi imager termal inframerah, risiko peralatan potensial dapat dikesan pada tahap awal, dan sumber kerusakan dapat dikenal pasti dengan tepat, mengurangkan waktu henti peralatan dan memperpanjang umur layanan transformer.

Pada masa akan datang, dengan perkembangan dan aplikasi berterusan teknologi pengesanan baru, diagnosis dan pemeliharaan kerusakan grounding inti akan menjadi lebih cekap dan tepat, melindungi kestabilan dan keselamatan sistem kuasa.