Analisis Kasus tentang Kesalahan Operasi Relay Perlindungan Arus Lebih Transformator Penanah

Mod pembumian neutral merujuk kepada sambungan antara titik neutral sistem kuasa dengan tanah. Dalam sistem 35 kV dan di bawahnya di China, kaedah-kaedah biasa termasuk neutral tidak terbumi, pembumian melalui koil padam api, dan pembumian melalui rintangan kecil. Mod tidak terbumi digunakan secara meluas kerana ia membolehkan operasi jangka pendek semasa kesalahan pembumian fasa tunggal, manakala pembumian melalui rintangan kecil telah menjadi utama kerana penghapusan kesalahan yang cepat dan had overvoltan. Banyak substesen menambah transformer pembumian untuk modifikasi pembumian neutral, tetapi perubahan ciri-ciri kesalahan mempengaruhi perlindungan relai, meningkatkan risiko operasi salah atau penolakan.

Kertas ini memperkenalkan prinsip dan ciri-ciri transformer pembumian, menerangkan konfigurasi/pengaturan perlindungan semasa dalam sistem rintangan kecil, menganalisis sebab-sebab operasi salah, dan menggunakan kes pembumian fasa tunggal untuk mendiskusikan tindakan perlindungan dan punca kegagalan. Ia menyediakan rujukan untuk penanganan/pencegahan kesalahan, mendalamkan pemahaman staf penyelenggaraan, meningkatkan kecekapan pemecahan masalah, dan menghapuskan bahaya potensial.

Prinsip Kerja Transformer Pembumian

Semasa transformasi substesen dengan sistem delta-terhubung, neutral-tidak-terbumi kepada sistem pembumian rintangan kecil, untuk memperkenalkan titik neutral, amalan paling biasa adalah menambah transformer pembumian pada busbar. Pada masa ini, transformer pembumian jenis Z biasanya dipilih untuk memperkenalkan titik pembumian. Selanjutnya, prinsip kerja transformer pembumian jenis Z akan dianalisis.

Transformer pembumian jenis Z secara struktur serupa dengan transformer kuasa biasa. Namun, lilitan pada setiap inti fasa dibahagikan kepada dua bahagian dengan jumlah putaran yang sama, atas dan bawah, yang disambungkan dalam bentuk zig-zag. Cara penyambungan ditunjukkan dalam Rajah 1.

Apabila terjadi kesalahan pendek-pendekan pembumian, arus urutan nol mengalir melalui titik neutral. Sambungan zig-zag transformer pembumian jenis Z membuat arus urutan nol lilitan atas dan bawah saling bertentangan, membatalkan fluks magnetik dan mengurangkan rintangan urutan nol untuk mengelakkan overvoltan pembumian berlebihan. Untuk arus urutan positif/negatif, sifat elektromagnetik seperti transformer biasa menciptakan rintangan tinggi, membatasi aliran mereka.

Dalam operasi normal, transformer pembumian beroperasi hampir tanpa beban (tanpa beban sekunder). Semasa kesalahan pembumian, arus kesalahan urutan positif, negatif, dan nol melewati transformer tersebut. Berdasarkan "rintangan urutan positif/negatif tinggi, rintangan urutan nol rendah", peranti perlindungan terutamanya mengukur arus urutan nol grid.

2 Konfigurasi dan Analisis Perlindungan Arus untuk Transformer Pembumian

Perlindungan arus transformer pembumian biasanya menggunakan perlindungan arus antara fasa dan arus urutan nol. Berikut adalah penjelasannya:

2.1 Pengaturan Perlindungan Arus Antara Fasa
2.1.1 Prinsip Pengaturan

Perlindungan ini termasuk perlindungan trip segera dan perlindungan over-arus:

• Trip Segera: Berkordinasi dengan perlindungan over-arus cadangan transformer bekalan pada sisi yang sama. Pastikan sensitiviti semasa pendekan dua fasa (mod operasi minimum) dan hindari arus inrush (7-10× arus nominal transformer pembumian) dan arus kesalahan sisi tekanan rendah.

• Perlindungan Over-Arus: Diatur untuk mengelakkan arus nominal transformer pembumian dan arus fasa maksimum semasa pembumian fasa tunggal eksternal, memastikan kebolehpercayaan.

• Logik Operasi: Trip segera bertindak segera (tanpa penundaan); perlindungan over-arus (cadangan untuk pendekan antara fasa) mempunyai penundaan singkat dan pengaturan lebih rendah untuk kordinasi bertingkat.

2.1.2 Mod Trip

Berdasarkan sambungan transformer pembumian ke transformer bekalan:

• Disambungkan ke busbar tekanan rendah: Perlindungan trip segera/over-arus memutuskan pemutus litar sisi yang sama untuk mengasingkan kesalahan dengan cepat.

• Disambungkan ke lead tekanan rendah: Perlindungan memutuskan semua pemutus litar sisi untuk memotong jalur kesalahan dan mencegah eskalasi.

2.2 Pengaturan Perlindungan Arus Urutan Nol untuk Transformer Pembumian
2.2.1 Prinsip Pengaturan

• Nilai pengaturan arus harus memastikan sensitiviti yang cukup apabila terjadi kesalahan pembumian fasa tunggal.

• Berkordinasi dengan nilai pengaturan perlindungan penundaan panjang untuk sensitivitas penuh garis perlindungan urutan nol tahap bawah.

• Untuk batas masa pertama arus urutan nol, pertimbangkan untuk mengelakkan kejadian berurutan kesalahan pembumian fasa tunggal pada dua garis.

• Masa operasi harus lebih lama daripada masa operasi maksimum Bagian II arus urutan nol setiap komponen yang terhubung ke busbar.

Kerana perlindungan arus urutan nol transformer pembumian tidak berfungsi sebagai perlindungan utama, terdapat tiga batas masa, yang ditunjukkan sebagai berikut:

Dalam formula: t0¹, t0², t0³ masing-masing adalah batas masa pertama, kedua, dan ketiga perlindungan arus urutan nol transformer pembumian; t_0I' adalah nilai pengaturan masa Bagian I arus urutan nol garis keluar; t_0II' adalah nilai pengaturan masa terpanjang Bagian II perlindungan arus urutan nol semua peralatan di busbar kecuali transformer pembumian; Δt ditetapkan sebagai 0.2 - 0.5 s.

2.2.2 Mod Trip

• Apabila transformer pembumian disambungkan ke busbar yang sesuai di substesen, perlindungan arus urutan nol beroperasi: batas masa pertama memutuskan pemutus litar bus tie atau bagian, dan menghalang peranti input daya sandar automatik (disingkatkan sebagai "input sandar automatik"); batas masa kedua memutuskan pemutus litar sisi yang sama transformer pembumian dan transformer bekalan.

• Apabila transformer pembumian disambungkan ke lead yang sesuai transformer bekalan, perlindungan arus urutan nol beroperasi: batas masa pertama memutuskan pemutus litar bus tie atau bagian, dan menghalang input sandar automatik; batas masa kedua memutuskan pemutus litar sisi yang sama transformer bekalan; batas masa ketiga memutuskan pemutus litar semua sisi transformer bekalan.

2.3 Analisis Operasi Perlindungan Arus untuk Transformer Pembumian

Analisis konfigurasi perlindungan transformer pembumian menunjukkan perbezaan yang signifikan dalam mod trip antara perlindungan arus antara fasa dan arus urutan nol: perlindungan urutan nol menghalang input sandar automatik semasa operasi, sementara perlindungan antara fasa tidak.

Jika arus urutan nol yang diukur oleh peranti perlindungan mencapai nilai operasi dan terjadi kesalahan pembumian (dengan transformer pembumian sebagai satu-satunya jalur arus urutan nol dalam sistem pembumian rintangan kecil), peranti mendeteksi kesalahan tetapi tidak dapat menentukan lokasinya. Jika kesalahan berada pada garis keluar, selepas perlindungan memutuskan transformer pembumian, input sandar automatik beralih ke busbar sandar. Jika busbar sandar reklos ke garis yang bermasalah, transformer pembumian di atasnya masih mendeteksi arus urutan nol, memicu trip lain. Karena input sandar automatik belum selesai dicharge, lingkup gangguan mungkin bertambah. Oleh itu, perlindungan urutan nol harus menghalang input sandar automatik.

Apabila perlindungan antara fasa beroperasi (tetapi perlindungan urutan nol tidak), peranti menilai pendekan antara fasa dalam transformer pembumian itu sendiri. Ia memutuskan transformer pembumian, memutuskan paralel pemutus litar sisi yang sama transformer bekalan, dan input sandar automatik beralih ke busbar sandar. Karena kesalahan berada pada transformer pembumian yang diputus, busbar sandar kembali tersambung ke garis normal, memulihkan daya.

Secara ringkas, perlindungan arus antara fasa dan arus urutan nol transformer pembumian sangat berbeda dalam penilaian sebab dan lokasi kesalahan, memerlukan pengaturan dan konfigurasi yang berbeda. Namun, semasa pendekan pembumian, perlindungan antara fasa mungkin beroperasi salah karena komponen urutan nol yang diukur. Mengingat logik input sandar automatik yang berbeda, operasi salah mungkin memperluas lingkup kesalahan atau bahkan menyebabkan pemadaman seluruh substesen.

3 Analisis Kasus
3.1 Proses Kesalahan

Gambar rajah kabel primer substesen 110 kV ditunjukkan dalam Rajah 2. Sebelum kesalahan, pemutus litar 018 sisi tekanan rendah Transformer 1 tertutup, pemutus litar 032 sisi tekanan rendah Transformer 2 tertutup, dan pemutus litar 034 berada dalam posisi ujian.

Pada 06:14, 30 Julai 2023, perlindungan over-arus Bagian I No. 2 transformer pembumian aktif, memutuskan pemutus litar 022 No. 2 transformer pembumian. Sementara itu, ia juga memotong pemutus litar 032 sisi tekanan rendah Transformer 2, menyebabkan busbar 10 kV Bagian II dan III kehilangan daya. Peranti input daya sandar automatik (auto-standby) beroperasi untuk menutup pemutus litar bus tie 10 kV Bagian I/II 020.

Pada 06:36, perlindungan over-arus Bagian I No. 1 transformer pembumian aktif, memutuskan pemutus litar 015 No. 1 transformer pembumian dan memotong pemutus litar 018 sisi tekanan rendah Transformer 1, menyebabkan kehilangan daya pada semua busbar 10 kV Bagian I, II, dan III. Peranti auto-standby kemudian menutup pemutus litar 032 sisi tekanan rendah Transformer 2 dan pemutus litar 022 No. 2 transformer pembumian. Namun, kesalahan masih berlanjut, memicu perlindungan over-arus Bagian I No. 2 transformer pembumian lagi. Pemutus litar 022 memutus dan memotong pemutus litar 032, akhirnya menyebabkan pemadaman total sistem 10 kV substesen.

3.2 Hasil Pemeriksaan Peralatan di Tempat
Temuan pemeriksaan peralatan primer:

• Badan transformer pembumian: Tidak ditemukan anomali pada No.1 dan No.2 transformer pembumian, tanpa jejak kesalahan yang jelas pada lilitan atau inti.

• Selang PT bus 10 kV Bagian III (switchgear 040):

• Jejak air yang jelas pada tutup atas kabinet switchgear, menunjukkan penetrasi air hujan.

• Ablasi parah pada posisi C-phase penutup shutter chamber handcart, dengan dua lubang melalui shutter atas.

• Box kontak atas C-phase dan kontak statis hangus dan rusak, dengan air cair terakumulasi di dalam box.

• Jejak pembakaran busur pada kontak gerak atas/bawah C-phase handcart pelindung petir, pegas annealed, dan silinder isolasi lengan kontak rusak.

• Selubung insulator luar bus C-phase di ruang bus hangus dan retak. Penetrasi jejak air diamati di area C-phase backplate ruang bus, dan tetesan air terkondensasi pada sensor tampilan hidup.

• Sedikit air terakumulasi di dasar ruang trafo tegangan, sementara PT tiga fase tidak menunjukkan anomali eksternal yang jelas.

Penyusunan air hujan dari sokongan baja di atas ruang PT bus 10 kV Bagian III menembus switchgear, menurunkan isolasi dan menyebabkan pelepasan C-phase yang berkembang menjadi kesalahan pembumian logam. Dalam sistem pembumian rintangan rendah, No. 2 transformer pembumian mendeteksi arus urutan nol sekitar 4.3 A/fase (melebihi pengaturan over-arus Bagian I 2.5 A), memicu trip. Perlindungan over-arus tidak menghalang 10 kV auto-standby, menyebabkan operasi berulang. Trip akhirnya meninggalkan auto-standby tidak dicharge, menyebabkan pemadaman total 10 kV.

Faktor kontribusi utama: Kata kunci "penghapusan urutan nol arus fasa" dinonaktifkan (diatur ke "0"), mencegah penyaringan perangkat lunak komponen urutan nol dalam arus fasa. Dengan arus urutan nol 13 A, perlindungan over-arus beroperasi salah. Jika diaktifkan, kata kunci ini akan mencegah kesalahan. Sebaliknya, perlindungan over-arus urutan nol Bagian I (diatur pada 1.4 A) beroperasi: batas masa pertama memutuskan bus tie dan menghalang auto-standby; batas masa kedua memutuskan pemutus litar transformer pembumian dan transformer utama, mengisolasi Bagian II/III sementara Bagian I tetap dipasok daya.

Akar sebab: Kata kunci penghapusan urutan nol yang dinonaktifkan memungkinkan misinterpretasi arus fasa.

4 Kesimpulan

Kertas ini menguraikan pengaturan perlindungan transformer pembumian, menganalisis risiko operasi salah di bawah arus urutan nol yang tinggi, dan menyajikan studi kasus. Untuk mencegah terulangnya:

• Aktifkan fitur penghapusan urutan nol berbasis perangkat lunak (misalnya, kata kunci "penghapusan urutan nol arus fasa") dalam sistem pembumian rintangan rendah.

• Jika fitur tersebut tidak tersedia, optimalisasi koordinasi antara pengaturan perlindungan over-arus dan urutan nol.

Pelajaran utama: Konfigurasi proaktif perangkat lunak perlindungan sangat penting untuk mencegah operasi salah semasa kesalahan pembumian.