Analisis ng mga Paraan ng Pagtukoy para sa mga Kamalian sa Grounding ng Core sa 35 kV na Distribution Transformers

Mga Transformer ng Distribusyon na 35 kV: Pagsusuri at mga Paraan ng Pagtukoy sa Core Grounding Fault

Ang mga transformer ng distribusyon na 35 kV ay karaniwang mahalagang kagamitan sa mga sistema ng kuryente, na nagdadala ng mahahalagang gawain ng paghahatid ng enerhiya. Gayunpaman, sa panahon ng mahabang operasyon, ang mga core grounding fault ay naging isang malaking isyu na nakakaapekto sa estableng operasyon ng mga transformer. Ang mga core grounding fault hindi lamang nakakaapekto sa enerhiyang epektibidad ng mga transformer at nagdudulot ng pagtaas ng cost ng pag-aayos ng sistema, ngunit maaari rin itong mag-trigger ng mas seryosong electrical failures.

Bilang ang mga kagamitang pampagana ay lumalangin, ang frequency ng mga core grounding fault ay unti-unting tumataas, na nangangailangan ng pinahusay na pagtukoy at paggamot sa mga operasyon at pag-aayos ng mga kagamitang pampagana. Bagama't mayroong ilang paraan ng pagtukoy ng kasalukuyan, mayroon pa ring teknikal na bottlenecks tulad ng mababang detection efficiency at mahirap na pag-locate ng fault. Mayroong urgent na pangangailangan upang suriin at gamitin ang mas precise at sensitive na teknolohiya ng pagtukoy ng fault upang mapabuti ang reliabilidad ng operasyon ng kagamitan at tiyakin ang estabilidad at seguridad ng sistema ng kuryente.

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, karaniwang ginagamit ang insulating materials sa pagitan ng mga lamination ng core para sa isolation. Gayunpaman, sa panahon ng mahabang operasyon, ang internal electric fields at temperatura ay nagdudulot ng gradual aging ng mga insulating materials, lalo na sa high-voltage at high-temperature environments kung saan ang insulation performance ay mas mabilis na bumababa. Habang umuunlad ang aging, ang insulation resistance ay bumababa, at ang partial insulation failure sa ilang lugar ay maaaring bumuo ng multi-point grounding faults.

Ang mga transformer ay hindi maiiwasang dadaanan ng mechanical vibration sa mahabang operasyon. Lalo na sa kondisyong may 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 defecto sa paggawa ng core ng mga transformer ay din mahalagang dahilan ng mga core grounding fault. Sa panahon ng paggawa, kung ang silicon steel sheets ay may burrs, uneven insulation coating, o insufficient core processing precision, maaaring magkaroon ng local insulation damage. Ang mga defecto na ito ay madalas na nakonsentrado 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 mga Panganib 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 nag-occur ang mga fault, ang waveform ng grounding current ay madalas na hindi sinusoidal, na may mas malaking amplitudes ng harmonic components.

Ang isa pang typical na katangian ng mga core grounding fault ay ang partial discharge. Pagkatapos ng pag-occur ng partial discharge, ang electric field ay nakonsentrado sa nasirang bahagi, na nagdudulot ng corona discharge at partial discharge phenomena. Ang partial discharge ay karaniwang nag-generate ng high-frequency current pulses na may frequency range 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 in-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 nag-damage sa insulating materials, ngunit maaari ring mag-cause 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 nagdudulot ng additional losses sa core ng transformer. Ang core losses ay binubuo ng eddy current losses at hysteresis losses. Kapag nag-occur ang mga grounding fault, ang uneven magnetic flux distribution sa loob ng transformer ay nasisira ang eddy current losses sa ilang lugar. Ito hindi lamang nagbabawas sa enerhiyang epektibidad ng transformer, ngunit maaari ring makapagdulot ng significant increase sa operational costs. Ang pagtaas ng core losses ay nagpapalala sa pag-overheat ng transformer, na nag-aapekto sa long-term stable operation.

Ang partial discharge at temperature rise effects na dulot ng mga core grounding fault ay nagpapabilis ng aging ng internal insulation materials ng mga transformer. Sa panahon ng aging, ang resistance ng insulation layers ay unti-unting bumababa, at ang electrical isolation capability ay unti-unting nababago. Kapag completely nabigo ang insulation, maaari itong 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, ngunit din nag-aapekto sa chemical composition ng transformer oil. Kapag nag-ground ang core, ang partial discharge at pag-overheat ay nagdudulot ng pagtaas ng temperatura ng internal oil, na nagdudulot ng pagbabago sa dissolved gas components sa oil, lalo na ang abnormal na pagtaas ng methane (CH4) at ethylene (C2H4) content.

2 Mga Paraan ng Pagtukoy at Teknikal na Pagkakatulad 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 nagtataya ng fault existence sa pamamagitan ng pagsukat ng insulation resistance sa pagitan ng core at ground. Ang paraan na ito ay gumagamit ng DC voltage at pagsukat ng ratio ng current at 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 ilang threshold, maaari itong mag-indikasyon ng grounding fault.

Ngunit ang paraan ng direksiyong DC resistance hindi makakapagtukoy nang tama sa mga punto ng pagkakamali. Ang mga resulta ng pagsukat nito ay maaaring ipakita lamang ang pangkalahatang kakayahan ng insulasyon sa buong core at hindi maaaring matukoy ang partikular na lugar ng pagkakamali. Ang paraan na ito ay may tiyak na lag din, lalo na kapag ang aging ng insulasyon ay hindi pa nagdulot ng malaking pagbabago sa resistance, kaya walang mabisang deteksiyon ng maagang pagkakamali. Bukod dito, ang paraan ng DC resistance hindi maaaring magbigay ng impormasyon tungkol sa uri ng pagkakamali, at ang detalyadong katangian ng pagkakamali ay hindi maaaring makuha nang epektibo mula sa data ng pagsukat.

Ang analisis ng oil chromatography ay nagdidetekta ng mga pagbabago sa mga komponente ng disolbido na gas sa langis ng transformer upang mabigay ang pagtatasa ng uri ng pagkakamali. Ang mga disolbido na gas na ito ay karaniwang nabubuo kapag may discharge, sobrang init, o iba pang electrical failures sa loob ng transformer. Ang mga karaniwang gas components sa langis ng transformer 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 dissolved gas concentrations sa langis at sa uri ng pagkakamali, maaari itong muna-munang matukoy kung may nangyaring core grounding fault sa transformer. Ang analisis ng oil chromatography ay may mas delayed response; pagkatapos ng pagkakamali, kailangan ng oras para maitayo ang dissolved gases, na limitado ang timeliness ng fault diagnosis. Bukod dito, ang analisis ng oil chromatography hindi maaaring magbigay ng tumpak na lokasyon ng pagkakamali o espesipikong katangian, kundi lamang ang pagtutok ng pagkakamali sa pamamagitan ng mga pagbabago sa concentration ng gas. Para sa minor o intermittent faults, ang diagnosis ng oil chromatography maaaring maantala at hindi maaaring tumugon agad 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 pinag-aaralan ang mga pulso ng discharge na dulot ng core grounding upang madiagnosis ang mga pagkakamali. Kapag may nangyaring core grounding faults, ang partial discharge ay nagbibigay ng high-frequency current pulses sa mga puntos ng damage sa insulasyon. Ang mga pulso ng current 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 mailap ang mga pulso ng partial discharge sa real-time. Ang teknolohiya na ito ay maaaring mabilis na matukoy ang mga lokal na puntos ng pagkakamali, may mataas na sensitivity, at maaaring matukoy ang mga pagkakamali sa maagang yugto. Ang partial discharge detection ay maaaring mabisa na matukoy ang minor faults dulot ng aging ng insulasyon o mechanical damage, na nagbibigay ng tumpak na impormasyon sa diagnosis ng pagkakamali. Sa pamamagitan ng pag-analisa ng mga pulso ng partial discharge, maaaring matukoy ang kalubhang at trend ng pag-unlad ng mga pagkakamali, na nagbibigay ng basehan para sa corresponding maintenance o preventive measures.

Ang infrared thermal imaging technology ay nagdedetect ng mga lokal na temperatura na umuusbong sa core gamit ang infrared thermal imagers upang matukoy kung mayroong 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 makuha ang real-time temperature distribution sa ibabaw ng core at matukoy 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 ang mas mabigat na pagsisiyasat sa lugar na iyon. Ang advantage ng teknolohiya na ito ay nasa kanyang kakayahan na mabigay ang mga pagbabago ng temperatura nang walang kontak, na may mabilis na speed ng pagsukat, na siyang 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 pulso ng current sa frequency range na ito, maaaring mabisa na 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 makuha ang napakababang mga pulso ng pagkakamali. Ang paggamit ng Rogowski coils para sa non-contact measurement hindi lamang nagpapadali ng installation kundi pati na rin nagpapataas ng accuracy ng pagsukat. Ang teknolohiya na ito ay partikular na angkop para sa mga lugar na mahirap puntahan nang direktang at maaaring gawin ang online detection nang hindi nasasaktan ang mga equipment.

3 Optimization of Fault Diagnosis Process and Case Analysis

3.1 Recommendations for Optimized Diagnostic Process

Kapag nangangailangan ng diagnosis ng core grounding faults, ang unang hakbang ay dapat maging preliminary screening gamit ang infrared thermal imaging technology. Ang mga infrared thermal imagers ay maaaring mabilis na makuha ang mga map ng temperature distribution sa ibabaw ng transformer, na tumutulong sa mga personnel sa diagnosis na matukoy ang posible na mga abnormal na temperatura na umuusbong. Kapag ang preliminary screening ay natukoy ang mga potensyal na lugar ng pagkakamali, ang susunod na hakbang ay dapat mag-combine ng high-frequency current detection at partial discharge detection technologies para sa precise testing.

Ang paraan ng high-frequency current detection ay nag-capture ng mga pagbabago ng grounding current sa 500 kHz hanggang 2 MHz frequency band gamit ang Rogowski coils, na mabisa na matukoy ang mga lugar ng core grounding fault. Ang teknolohiya ng partial discharge detection ay naga-monitor ng mga pulso ng discharge sa real-time gamit ang HFCT sensors, na nag-aanalisa ng frequency at intensity ng discharge upang mas mabigyan ng tiyak na lokasyon ng mga puntos ng pagkakamali.

Pagkatapos ng high-frequency current at partial discharge detection, ang huling hakbang ay dapat i-verify at i-analyze ang kalubhang ng pagkakamali gamit ang oil chromatography analysis. Sa pamamagitan ng pag-detect ng dissolved gases sa langis ng transformer, lalo na ang mga pagbabago sa concentration ng methane (CH4), ethylene (C2H4), at iba pang mga gas, maaaring mabigyan ng mas tiyak na confirmation ang nature ng pagkakamali. Para sa malubhang core grounding faults, ang oil chromatography ay magpapakita ng abnormally elevated gas components. Ang pag-combine ng data ng oil chromatography kasama ang iba pang mga resulta ng detection ay maaaring mabigyan ng comprehensive assessment ng impact ng pagkakamali at magbibigay 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 grounding current sa isang 35 kV distribution transformer, na lubos na lumampas sa normal values. Ang monitoring data ay nagpakita na ang grounding current ay umabot sa 5 A, habang sa normal conditions, ang grounding current ay dapat mas mababa sa 100 mA. Ang hamon ay nasa kung saan bagama't ang grounding current ay abnormal na tumaas, walang malinaw na external physical fault indications. Ang mga traditional electrical diagnostic methods tulad ng DC resistance testing at oil chromatography analysis ay hindi mabigay ang malinaw na impormasyon sa lokasyon ng pagkakamali.

Upang malutas ang isyung ito ng pag-ground ng core ng transformer, ginamit ng mga tauhan sa maintenance ang ilang modernong teknolohiya para sa pag-diagnose. Una, ginamit nila ang FLIR T640 na infrared thermal imager para sa unang pag-screen, nabilisang matukoy ang mga lugar na may pagtaas ng temperatura sa core at sa mga kaugnay na komponente. Pagkatapos, ginamit nila ang PD-Tech HFCT high-frequency current sensors upang monitorein 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 Tabla 1.

Tab.1 Mga resulta ng pag-detect ng isyu sa transformer

Batay sa resulta ng pagmamasid ng infrared thermal imager, ang pagkakaiba-iba ng temperatura malapit sa core clamping components ay umabot sa 12°C, na lumampas sa normal na range, na unang pagkakataon na napatunayan ang posibleng sobrang init 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 fault na nangyari sa loob ng transformer. Ang karagdagang partial discharge detection ay nagpakita ng malakas na pagbabago sa mga signal ng high-frequency current sa frequency range na 4.5-18 MHz, na may patuloy na pagtaas ng lakas ng discharge, na nagpapahiwatig na ang punto ng fault ay nasa core clamping assembly at ang fault ay lumalala.

Ang huling pagpapatunay ng punto ng fault ay nasa insulating pad ng core clamping component. Ang materyales ng insulation ay lumubha dahil sa mahabang panahon ng operasyon, na nagresulta sa maliit na pinsala sa insulation na nag-trigger ng grounding fault. Ang mga hakbang sa pagtreat ng fault ay kinabibilangan ng pagpalit ng insulating pad, at ang susunod na pagsusuri ay napatunayan na ang grounding current ay bumalik na sa normal, na nagwawakas sa fault at nagbalik sa stable operation ng equipment.

Ito ay nagpapakita na ang kombinasyon ng infrared thermal imaging technology, partial discharge detection technology, at high-frequency current detection technology ay maaaring makabuluhang mapabuti ang efficiency at accuracy ng core grounding fault diagnosis. Sa aktwal na proseso ng operation at maintenance, ang mga tauhan ay dapat na regular na gumamit ng mga teknolohiya na ito para sa joint diagnosis upang siguruhin ang ligtas at stable operation ng mga transformer.

4 Kasimpulan

Sa pagdiagnose ng core grounding faults, ang combined application ng maraming modernong diagnostic technologies ay maaaring lubhang mapabuti ang accuracy ng fault location at diagnostic efficiency. Sa pamamagitan ng synergistic effects ng high-frequency current detection, partial discharge analysis, at infrared thermal imaging technology, ang potensyal na mga risk ng equipment ay maaaring ma-detect sa maagang yugto, at ang mga pinagmulan ng fault ay maaaring ma-identify nang tumpak, na nagbabawas ng downtime ng equipment at nagpapahaba ng service life ng mga transformer.

Sa hinaharap, habang patuloy na unlad at aplikasyon ng bagong mga teknolohiya ng pagdetect, ang diagnosis at maintenance ng core grounding faults ay magiging mas efficient at tumpak, na nagpapanatili ng stability at seguridad ng mga power systems.