Analisis Impak Operasi Peralatan GIS terhadap Peralatan Sekunder

Impak Operasi GIS Disconnector terhadap Peralatan Sekunder dan Langkah-langkah Penanggulangan

1.Impak Operasi GIS Disconnector terhadap Peralatan Sekunder
1.1 Kesan Tegangan Transien Sementara
Semasa operasi pembukaan/penutupan pemutus laluan GIS (Gas-Insulated Switchgear), penghidupan semula dan penghentian ark berulang-ulang antara kontak menyebabkan pertukaran tenaga antara induktansi dan kapasitansi sistem, menghasilkan tegangan transien dengan magnitud 2–4 kali voltan fasa yang ditetapkan dan tempoh yang berkisar dari puluhan mikro saat hingga beberapa milisaat. Semasa operasi busbar pendek—di mana laju kontak disconnector adalah perlahan dan tidak mempunyai keupayaan untuk memadam ark—fenomena prestrike dan restrike menghasilkan Tegangan Transien Sangat Cepat (VFTOs).

VFTOs merambat melalui konduktor dan rangka GIS dalaman. Di titik ketidaksinambungan impedans (contohnya, bushings, transformer instrumen, terminal kabel), gelombang bergerak dipantulkan, dibiaskan, dan tindih, mendistorsi bentuk gelombang dan memperbesar puncak VFTO. Dengan muka gelombang yang curam dan masa naik dalam skala nanosaat, VFTOs menginduksi lonjakan tegangan sementara pada input peralatan sekunder, membawa risiko kerosakan kepada elektronik sensitif. Ini boleh menyebabkan relai pelindung beroperasi secara tidak betul—menyebabkan pemutusan yang tidak dibenarkan—dan mengganggu pemprosesan isyarat tepat tinggi dan penghantaran data. Selain itu, gangguan elektromagnetik (EMI) frekuensi tinggi yang dihasilkan oleh VFTO menurunkan modul komunikasi, meningkatkan kadar ralat bit atau menyebabkan hilangnya data, sehingga mengganggu fungsi pemantauan dan kawalan substation.

1.2 Kenaikan Potensial Rangka
Seiring dengan peningkatan jaringan tegangan ultra-tinggi (UHV) dan extra-tinggi (EHV) di China, gangguan elektromagnetik akibat operasi GIS disconnector telah menjadi semakin parah. Struktur koaksial GIS—yang terdiri daripada konduktor dalaman aluminium/perak dan rangka luar aluminium/besi—memiliki ciri transmisi frekuensi tinggi yang sangat baik. Akibat kesan kulit, arus transien frekuensi tinggi mengalir sepanjang permukaan luar konduktor dan permukaan dalam rangka, biasanya mencegah kebocoran medan dan mengekalkan rangka pada potensial tanah di bawah keadaan normal.

Namun, apabila arus transien yang dihasilkan oleh VFTO bertemu dengan ketidaksepadanan impedans (contohnya, di bushings atau terminal kabel), pantulan dan biasan separa berlaku. Beberapa komponen tegangan bergabung antara rangka dan bumi, menyebabkan kenaikan potensial seketika pada rangka yang biasanya ditanahkan. Ini membawa risiko kepada keselamatan pekerja dan mungkin menurunkan isolasi antara rangka dan konduktor dalaman, mempercepatkan penuaan bahan dan mengurangkan umur peralatan. Selain itu, potensial yang ditinggikan ini merambat melalui kabel dan peranti yang terhubung ke sistem sekunder, menginduksi EMI yang menyebabkan pemutusan palsu, ralat data, atau bahkan keruntuhan dalaman—secara langsung mengancam kebolehpercayaan sistem kuasa.

1.3 Gangguan Elektromagnetik (EMI)
Di substation GIS, operasi disconnector/pemutus dan sambaran petir menghasilkan medan elektromagnetik transien yang mempengaruhi sistem sekunder melalui penghubungan konduktif dan radiatif.

• Gangguan konduktif timbul melalui transformer instrumen dan perbezaan potensial tanah. VFTOs bergabung dari litar utama ke litar sekunder melalui kapasitansi dan induktansi stray dalam transformer. Mereka juga disuntikkan ke dalam grid tanah melalui elektrod tanah, meningkatkan seluruh potensial tanah dan menciptakan gelung tanah yang mengganggu peralatan sekunder.

• Gangguan radiatif berlaku apabila medan EM transien merambat melalui ruang, menghubungkan secara langsung ke kabel dan peranti sekunder. Penghubungan medan elektrik mempengaruhi nod berimpedans tinggi, menyebabkan distorsi isyarat atau pengaktifan palsu—terutamanya sensitif terhadap jarak, orientasi medan, dan geometri peranti. Penghubungan medan magnet menginduksi gaya elektromotif dalam litar      loop mengikut hukum Faraday; keparahannya bergantung pada kekuatan medan, kadar perubahan, dan luas loop.

1.4 Kesan Getaran Mekanikal
Operasi disconnector menginduksi getaran mekanikal akibat impak kontak, geseran, dan daya elektromagnetik semasa tindakan buat/tutup. Pemisahan cepat semasa pembukaan atau penyatuan paksa semasa penutupan menghasilkan gelombang gegar yang menggetarkan struktur GIS. Penghantaran melalui hubungan dan gigi gergaji lebih lanjut merambatkan getaran ke peralatan sekunder yang bersebelahan.

Getaran tersebut boleh melepas pemegang mekanikal, menurunkan sambungan elektrik, meningkatkan ralat pengukuran, atau—di bawah keadaan ekstrem—menyebabkan lilitan pendek. Paparan jangka panjang mempercepatkan penuaan komponen mekanikal dan elektronik, memendekkan umur peralatan dan mengurangkan kebolehpercayaan.

2.Langkah-langkah Penanggulangan untuk Perlindungan Peralatan Sekunder
2.1 Reka Bentuk Struktur GIS yang Dioptimumkan

• Pilihan Bahan: Gunakan campuran SF₆ dengan kekuatan dielektrik yang lebih tinggi; pilih bahan rendah kerugian, konduktiviti tinggi (contohnya, Cu/Al) untuk perisai; optimalisasikan panjang busbar dan kapasitansi untuk menekan amplitudo VFTO.

• Penambahbaikan Struktur: Licinkan geometri konduktor dan perisai untuk mengurangi konsentrasi medan elektrik; perbaiki reka bentuk sokongan insulator untuk pembagian medan yang seragam; laksanakan kelajuan operasi disconnector yang dikawal dan tambahkan litar snubber untuk menyerap tenaga transien.

• Kawalan Getaran: Pasang penahan hidraulik atau spring dalam mekanisme operasi; gunakan peredam getaran karet antara GIS dan asas; tingkatkan presisi permukaan kontak untuk meminimumkan daya impak.

2.2 Perlindungan dan Tanah yang Ditingkatkan

• Pelepasan: Tampung peranti sekunder yang sensitif (contohnya, relai, unit komunikasi) dalam kabinet konduktif (besi galvanis/aluminium) dengan jahitan yang tertutup. Gunakan kabel yang dilindungi atau kabel berganda dengan penghujung yang betul; gunakan konektor berpenapis dan skrin anyaman pada ventilasi. Untuk kabel pendek (<10 m), gunakan pelepasan satu titik; untuk jalur yang lebih panjang, gunakan pelepasan multi-titik untuk mengurangkan voltan teraruh.

• Pelepasan: Kekalkan rintangan pelepasan ≤4 Ω. Dalam tanah dengan rintangan tinggi, pasang grid pelepasan yang saling berkait dengan tiang menegak. Gunakan pelepasan satu titik untuk litar analog dan pelepasan multi-titik untuk sistem digital/tinggi frekuensi. Optimalkan susun atur grid (contohnya, anyaman segi empat dengan elektrod persimpangan silang) untuk memastikan penyebaran arus seragam dan kecerunan potensial rendah.

2.3 Teknologi Penapisan dan Pengekalan

• Penapis: Pasang penapis talian kuasa pada input peranti sekunder untuk menghalang bunyi hirau frekuensi tinggi. Terapkan algoritma penapisan isyarat digital untuk meningkatkan integriti data dalam saluran komunikasi.

• Perlindungan Lonjakan: Pasang pemancung ZnO berhampiran peranti sekunder untuk mengekang VFTOs dan lonjakan beralih. Gunakan peranti perlindungan lonjakan (SPDs) pada garisan isyarat dan komunikasi untuk memindahkan tenaga sementara ke tanah, memastikan penghantaran isyarat lemah yang stabil.

2.4 Penguatan Peranti Sekunder yang Diperkuat

• Perlindungan Perkakasan: Kuatkan rak pemasangan dengan besi yang lebih tebal dan penambah ketegaran. Isolasi peralatan menggunakan mount getah atau pemisah getaran dua tahap. Amanankan PCB dengan substrat yang lebih tebal, pengekalan tepi, dan bantalan pengedap. Potong komponen penting (contohnya, IC, relai) dalam enkapsulan atau pemegang elastik untuk mencegah longgar. Elakkan jejak yang panjang dan nipis untuk mengurangkan risiko patah.

• Perlindungan Perisian: Laksanakan checksum dan kod pembaikan ralat (ECC) untuk mendeteksi/membaiki korupsi data. Sisipkan instruksi "NOP" (tiada operasi) dalam firmware untuk membolehkan pemulihan dari lompatan program disebabkan EMI, mencegah deadlock dan meningkatkan ketahanan sistem.

3. Kesimpulan
Pemahaman mendalam tentang bagaimana operasi pemisah GIS memberi kesan kepada peralatan sekunder menunjukkan bahawa strategi mitigasi yang menyeluruh adalah penting untuk kebolehpercayaan grid. Semasa reka bentuk, pembinaan, dan operasi sistem kuasa, kebolehpaduan elekromagnetik (EMC) antara GIS dan sistem sekunder mesti diprioritaskan. Dengan mengintegrasikan optimisasi struktur, pelindungan/pelepasan yang kukuh, penapisan canggih, dan penguatan perkakasan/perisian, kesan negatif dari transien yang disebabkan oleh pemisah, EMI, dan getaran boleh dikurangkan secara berkesan—memastikan penghantaran kuasa yang lebih selamat, lebih boleh dipercayai, dan tahan lasak.