Analisis kerusakan pada pemutus sirkuit SF6 di substasi 750 kV

Felix Spark

Bidang: Kegagalan dan Pemeliharaan

China

Karena sifat isolasi listrik yang sangat baik dan kemampuan pemadam busurnya, gas sulfur heksafluorida (SF₆) telah digunakan secara luas dalam sistem tenaga listrik tegangan tinggi dan extra-tinggi. Dibandingkan dengan pemutus sirkuit tradisional, pemutus sirkuit SF₆ lebih andal dan memiliki umur layanan yang lebih lama. Namun, seiring bertambahnya waktu penggunaan dan beban, kerusakan pada pemutus sirkuit SF₆ secara bertahap muncul, terutama kerusakan akibat breakdown, yang telah menjadi ancaman tersembunyi bagi operasi aman jaringan listrik. Kerusakan breakdown tidak hanya merusak peralatan, tetapi juga dapat menyebabkan pemadaman listrik skala besar dan mempengaruhi stabilitas jaringan listrik. Ketika terjadi kerusakan, disertai dengan busur api dan suhu tinggi, hal ini dapat merusak bahan isolasi internal dan komponen logam, bahkan dapat memicu kebakaran dan ledakan. Oleh karena itu, penelitian mekanisme kerusakan breakdown pada pemutus sirkuit SF₆, identifikasi penyebab utama, dan usulan tindakan pencegahan sangat penting untuk memastikan operasi aman sistem tenaga listrik.

Saat ini, para ilmuwan di dalam dan luar negeri telah melakukan penelitian yang luas tentang mekanisme kerusakan pada pemutus sirkuit SF₆, terutama fokus pada aspek seperti pengujian kinerja listrik, analisis penuaan bahan, dan simulasi distribusi medan listrik. Namun, karena struktur internal pemutus sirkuit SF₆ yang kompleks dan melibatkan banyak faktor, penelitian yang ada masih memiliki batasan. Terutama untuk kerusakan breakdown dalam operasi aktual, karena keterbatasan kondisi lapangan dan kesulitan dalam pembongkaran peralatan, masih kurang penelitian yang sistematis dan komprehensif.

Oleh karena itu, makalah ini melakukan analisis komprehensif, termasuk investigasi kerusakan lapangan, analisis pembongkaran peralatan, dan pengujian kinerja listrik, untuk kerusakan breakdown pada pemutus sirkuit SF₆ di suatu gardu induk. Tujuannya adalah untuk mengungkap sepenuhnya mekanisme kerusakan dan memberikan dasar ilmiah serta dukungan teknis untuk perbaikan desain, operasi dan pemeliharaan, serta pencegahan kerusakan peralatan serupa di masa depan.

(2) Deteksi Produk Dekomposisi Gas SF₆, Kadar Air Mikro, dan Kepuraan

Uji lapangan dilakukan pada produk dekomposisi gas SF₆, kadar air mikro, dan kepuraan dari pemutus sirkuit yang rusak. Data uji ditunjukkan dalam Tabel 1. Berdasarkan analisis hasil uji, produk dekomposisi gas SF₆ dan kadar air mikro di ruang pemadam busur fase C pemutus sirkuit yang rusak jauh melebihi batas standar yang ditentukan dalam "Kode Uji Pemeliharaan Berbasis Kondisi Peralatan Transmisi dan Transformasi" (SO₂ ≤ 1 μL/L, H₂S ≤ 1 μL/L, air mikro ≤ 300 μL/L) [5]. Sebaliknya, hasil uji ruang gas pemutus sirkuit lainnya semua normal, tanpa ditemukan anomali. Berdasarkan data di atas, dapat diprediksi awal bahwa mungkin ada kerusakan arcing di dalam ruang pemadam busur fase C pemutus sirkuit yang rusak.

Tabel 1 Data Uji Produk Dekomposisi Gas SF₆, Kadar Air Mikro, dan Kepuraan

(3) Pemeriksaan Hambatan Isolasi Utama Pemutus Sirkuit
Selama uji hambatan isolasi fase C pemutus sirkuit yang rusak, prosedur operasi standar harus diikuti, dan harus dipastikan bahwa pemutus sirkuit berada dalam keadaan putus. Selama uji, satu sisipan bushing di-ground sementara tegangan diterapkan pada sisi lain. Dengan cara ini, kinerja isolasi setiap port pemutus sirkuit, serta antara sirkuit konduktif dan casing, dievaluasi secara komprehensif.
Melalui analisis data uji, ditemukan bahwa kinerja isolasi fase C pemutus sirkuit secara umum kurang, terutama masalah kinerja isolasi di port putus sisi Ⅱ-bus pemutus sirkuit sangat menonjol. Data uji ditunjukkan dalam Tabel 2.

Tabel 2 Data Uji Isolasi di Port Putus Sisi Ⅱ-bus Pemutus Sirkuit

(4) Pengujian Kapasitansi dan Rugi Daya Dielektrik Kapasitor Paralel antara Port Pemutusan Pemutus Sirkuit

Dalam kondisi uji lapangan, karena tidak mungkin menguji kapasitansi setiap kapasitor port pemutusan secara individual, metode pengujian perbandingan untuk kapasitansi dan rugi daya dielektrik kapasitor paralel antara port pemutusan pemutus sirkuit fase ABC diterapkan. Selama operasi spesifik, dengan pemutus sirkuit dalam keadaan putus, metode pengujian inter-bushing (sambungan positif) dan bushing-to-ground (sambungan negatif) digunakan untuk melakukan pengujian kapasitansi dan rugi daya dielektrik. Data uji ditunjukkan dalam Tabel 3.

Tabel 3 Data Uji Kapasitansi dan Rugi Daya Dielektrik Pemutus Sirkuit yang Rusak

Melalui analisis perbandingan Tabel 3, ditemukan bahwa nilai kapasitansi yang diperoleh dari uji sambungan positif antara bushing relatif mendekati nilai aktual. Namun, terpengaruh oleh kapasitansi parasit di dalam pemutus sirkuit, masih ada perbedaan tertentu antara nilai terukur dan nilai hitung. Meskipun demikian, dari hasil uji kapasitansi paralel port pemutusan antara fase ABC, perbedaan kapasitansi antara ketiga fase relatif kecil. Berdasarkan ini, dapat diprediksi awal bahwa keadaan kapasitor paralel port pemutusan fase C normal.

(5) Pemeriksaan di Dalam Tangki Pemutus Sirkuit

Di lokasi penanganan kerusakan, gas fase C pemutus sirkuit yang rusak dipulihkan secara profesional. Kemudian, endoskop digunakan untuk melakukan pemeriksaan mendalam di dalam tangki. Setelah pemeriksaan rinci, ditemukan bahwa resistensi penutup dekat sisi Ⅱ-bus mengalami breakdown. Fragmen chip resistensi hitam tersebar di bagian bawah tangki. Selain itu, juga ditemukan bahwa selubung politetrafluoroetilena salah satu resistensi penutup retak dan jatuh ke bagian bawah tangki.

2.1.1 Pemeriksaan Saklar Pemutus

Setelah pemeriksaan rinci di lapangan, ditemukan bekas terbakar yang jelas pada bagian finger arcing kontak gerak di kedua sisi fase C saklar pemutus di kedua sisi pemutus sirkuit yang rusak. Selanjutnya, dengan mengoperasikan saklar pemutus fase C di lapangan, seluruh proses operasi berjalan lancar tanpa adanya macet. Selain itu, selama pemeriksaan, ditemukan tidak ada fenomena penyolderan antara kontak gerak dan statis. Setelah operasi pembukaan selesai, dilakukan pemeriksaan rinci terhadap dasar kontak statis dan finger kontak, dan tidak ditemukan bekas terbakar yang serius.

2.1.2 Pemeriksaan Perangkat Sekunder

Pada 12:31:50.758, 18 Juni 2022, fase C pemutus sirkuit yang rusak di gardu induk 750kV terkena ground. Setelah terjadi kerusakan, proteksi diferensial serat optik jalur dan proteksi diferensial bus 750kV Bus-Ⅱ keduanya beroperasi dengan benar. Melalui analisis mendalam arus kerusakan dan operasi proteksi diferensial bus serta proteksi jalur, ketika saklar pemutus berada dalam keadaan tertutup (selama periode tersebut tegangan sistem tetap stabil tanpa over-voltage), ditemukan bahwa 750kV Bus-Ⅱ mensuplai arus kerusakan ke titik kerusakan. Perlu dicatat bahwa CT₇ dan CT₈ yang terlibat dalam proteksi diferensial bus pemutus sirkuit yang rusak tidak mendeteksi adanya arus kerusakan. Berdasarkan observasi ini, ditentukan bahwa titik kerusakan harus berada di area antara pemutus sirkuit CT₇ dan bus. Sementara itu, CT₁ dan CT₂ untuk proteksi jalur mendeteksi adanya arus kerusakan, dan nilai arus kerusakan mencapai arus primer 4.5kA. Oleh karena itu, dapat ditarik kesimpulan lebih lanjut bahwa titik kerusakan berada di area antara CT₂ pemutus sirkuit yang rusak dan port pemutusan sisi Ⅱ-bus pemutus sirkuit. Kesimpulan ini sesuai dengan lokasi titik kerusakan yang ditemukan dalam pemeriksaan internal lapangan.

2.2 Pemeriksaan Pembongkaran

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, selama pemeriksaan di dalam tangki selama proses pembongkaran pemutus sirkuit, fragmen resistensi penutup dan selubung pelindungnya ditemukan tersebar di sekitar. Beberapa chip resistensi kolom keempat, yang terhubung paralel dengan port pemutusan utama di sisi mekanisme pemutus sirkuit, meledak, dan dua selubung pelindung resistensi yang bersesuaian juga pecah. Shield A resistensi menunjukkan jejak ablasi discharge pada dinding dalam tangki, dan shield B juga menunjukkan jejak ablasi discharge pada A. Selain itu, permukaan batang insulasi menunjukkan jejak hitam. Dengan memeriksa data perakitan, uji pabrik, dan pemasangan lapangan pemutus sirkuit, dan memeriksa bagian insulasi utama, tidak ditemukan anomali.

3 Analisis Penyebab Kerusakan

Melalui analisis pembongkaran, ditarik kesimpulan berikut: Selama proses penutupan saklar pemutus, shield A resistensi pertama kali mengeluarkan arus ke dinding dalam tangki. Hal ini menyebabkan arus abnormal pada resistensi kolom keempat, ketiga, dan kedua. Selanjutnya, shield B mengeluarkan arus ke A, menyebabkan resistensi kolom kedua dan ketiga short-circuit, dan arus utamanya terkonsentrasi di kolom keempat. Fenomena ini menyebabkan suhu chip resistensi di kolom keempat naik tajam, akhirnya menyebabkan ledakan, dan selubung pelindung resistensi pecah dan lepas. Selama proses discharge, pembentukan busur api suhu tinggi menyebabkan permukaan batang insulasi menjadi hitam.

Pemutus sirkuit tipe tangki dapat menahan tegangan impuls petir hingga 2100kV. Selama proses penutupan normal saklar pemutus, meskipun mungkin terjadi over-voltage, dalam kondisi operasi normal, tingkat over-voltage tersebut tidak cukup untuk memicu mekanisme discharge pemutus sirkuit. Namun, melalui analisis mendalam dan inferensi, diduga awalnya mungkin ada benda asing di dalam tangki. Benda asing ini mungkin memiliki dampak buruk pada distribusi medan listrik, menyebabkan distorsi medan listrik dan melebihi kekuatan isolasi celah gas SF₆ yang dapat ditoleransi. Dalam kasus ini, shield A resistensi mungkin pertama kali mengeluarkan arus ke dinding dalam tangki. Mengingat benda asing di dalam tangki mungkin tersembunyi di celah-celah yang tidak terlihat, ketika saklar pemutus ditutup dengan daya, over-voltage yang dihasilkan mungkin, di bawah pengaruh gaya medan listrik, memindahkan benda asing ke area dengan medan listrik yang lebih kuat, sehingga menyebabkan distorsi medan listrik dan terjadinya fenomena discharge.

4 Kesimpulan

Mengingat aplikasi luas peralatan pemutus sirkuit canggih dalam sistem tenaga listrik, kejadian seperti trip pemutus sirkuit tipe tangki dan peralatan GIS akibat benda asing terjadi sering. Untuk mencegah kerusakan semacam itu, diperlukan peningkatan pekerjaan deteksi hidup, terutama meningkatkan frekuensi deteksi untuk pemutus sirkuit yang beroperasi sering. Pada saat yang sama, selama penerimaan lapangan, harus diperiksa secara ketat apakah peralatan telah menyelesaikan 200 operasi mekanis untuk memastikan running-in mekanisme dan menghindari efek buruk dari serpihan logam pada operasi peralatan setelah komisi.