การป้องกันชุดตัวเก็บประจุในสถานีไฟฟ้า: คู่มือรีเลย์และการตั้งค่า

การป้องกันชุดตัวเก็บประจุไฟฟ้าในสถานีไฟฟ้าย่อย รวมการแยกจุดบกพร่องระดับยูนิต การตรวจจับความไม่สมดุลของแบงก์ การป้องกันเฟสและกราวด์ฟอลต์ การควบคุมดูแลแรงดันไฟฟ้าผิดปกติ การควบคุมการสลับ และการประสานงานของเบรกเกอร์ วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อตรวจจับองค์ประกอบหรือยูนิตที่ขัดข้องก่อนที่แรงดันไฟฟ้าจะถูกกระจายใหม่เกินขีดจำกัดของตัวเก็บประจุที่เหลืออยู่ ในขณะที่ยังคงความปลอดภัยในระหว่างความไม่สมดุลปกติและช่วงชั่วขณะของการจ่ายไฟ ฟังก์ชันและการตั้งค่าที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อของแบงก์ สถาปัตยกรรมฟิวส์ การจัดเรียงแบบอนุกรม/ขนาน ความแรงของแหล่งจ่าย หน้าที่การสลับ และมาตรฐานของการไฟฟ้า.

การปกป้องเริ่มต้นด้วยการจัดการของธนาคาร

การ protection ของคาปาซิเตอร์แบงก์ในสถานีไฟฟ้าย่อยไม่สามารถเลือกได้จากค่า kvar เพียงอย่างเดียว วิศวกรจะทำการแปลง element ของคาปาซิเตอร์ให้อยู่ในรูปของ unit, แปลง unit ให้อยู่ในรูปของกลุ่มอนุกรมและขนาน และแปลงกลุ่มให้อยู่ในรูปของแต่ละเฟส การต่อ—ไม่ว่าจะเป็นแบบสตาร์ลงดิน (grounded wye), สตาร์ไม่ลงดิน (ungrounded wye), ดับเบิลสตาร์, บริดจ์ หรือเดลต้า—จะเป็นตัวกำหนดว่าปริมาณฟอลต์ใดบ้างที่สามารถมองเห็นได้ กระแสฟอลต์ที่ใช้งานได้, การต่อลงดินของนิวทรัล, ตำแหน่งของ instrument transformer และจำนวนของ unit ที่ต่อขนานกัน จะส่งผลต่อการทำงานของฟิวส์ แบบ Single-line ที่ได้รับการอนุมัติและแบบร่างโครงสร้างทางกายภาพจะต้องตรงกัน เนื่องจากการคำนวณรีเลย์ที่อ้างอิงจากการจัดกลุ่มที่ผิดพลาดอาจดูแม่นยำ แต่นั่นเป็นการ protect แบงก์อื่นอยู่.

สิ่งที่ต้องตรวจจับ

ระบบดังกล่าวต้องตอบสนองต่อความล้มเหลวของธาตุหรือหน่วยภายใน, ความผิดพร่องของเฟส, ความผิดพร่องลงดินในกรณีที่ใช้งาน, ความไม่สมดุลที่ผิดปกติ, แรงดันเกินต่อเนื่อง, แรงดันตก, กระแสเกิน, เซอร์กิตเบรกเกอร์ทำงานล้มเหลว และปัญหาการสับสวิตช์ นอกจากนี้ยังต้องหลีกเลี่ยงการทริปเนื่องจากความคลาดเคลื่อนในการผลิตปกติ, ความไม่สมดุลของแรงดันระบบ, การเปลี่ยนแปลงของความจุไฟฟ้าตามอุณหภูมิ, ความผิดพลาดของเครื่องมือวัด, และกระแสชั่วครู่ที่คาดว่าจะเกิดขึ้น การป้องกันจะถูกแบ่งเป็นชั้นๆ: ฟิวส์ของหน่วยอาจจำกัดความเสียหายในพื้นที่, ฟังก์ชันความไม่สมดุลของแบงก์จะระบุการสูญเสียความจุไฟฟ้า, และรีเลย์ของระบบจะเคลียร์ความผิดพร่องที่เกินความสามารถของฟิวส์หน่วย สัญญาณเตือนควรให้เวลาผู้ปฏิบัติงานในการดำเนินการก่อนที่หน่วยที่เหลือจะเกินแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต.

ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายนอก ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายใน และชุดตัวเก็บประจุแบบไม่มีฟิวส์

ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายนอกจะตัดหน่วยตัวเก็บประจุที่ชำรุดเสียหายออกทั้งชุด และแสดงให้เห็นได้อย่างชัดเจน ชุดตัวเก็บประจุแบบฟิวส์ภายในจะปลดตัวย่อยที่ชำรุดออกในขณะที่ตัวชุดหลักยังคงเชื่อมต่ออยู่ ส่วนชุดตัวเก็บประจุแบบไม่มีฟิวส์จะอาศัยการจัดเรียงแบบอนุกรมและการป้องกันความไม่สมดุล เนื่องจากตัวย่อยที่ชำรุดจะเปลี่ยนสภาพของสตริง สถาปัตยกรรมแต่ละแบบทำให้เกิดความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันระหว่างส่วนประกอบที่ชำรุดกับค่าปริมาณที่วัดได้ที่นิวทรัลหรือบริดจ์ จึงต้องคำนวณค่าเกณฑ์การทำงานของรีเลย์และกฎการบำรุงรักษาให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรมนั้นๆ การเปรียบเทียบฟิวส์อย่างละเอียดอธิบายถึงความแตกต่างเหล่านี้ วิศวกรระบบป้องกันไม่ควรนำตารางสัญญาณเตือนจากชุดตัวเก็บประจุประเภทอื่นมาใช้ซ้ำโดยปราศจากการคำนวณใหม่.

การป้องกันความไม่สมดุล

ความไม่สมดุลคือการวัดสัญญาณเตือนล่วงหน้าที่สำคัญสำหรับชุดตัวเก็บประจุแบบขนาน (shunt banks) ขึ้นอยู่กับการต่อวงจร รีเลย์อาจวัดกระแสในนิวทรัล แรงดันไฟฟ้าในนิวทรัล ผลต่างของแรงดันเฟส ผลต่างของกระแสาระหว่างส่วนดับเบิล-วาย (double-wye) หรือปริมาณผลต่างแบบบริดจ์ (bridge differential quantity) ให้คำนวณสัญญาณที่คาดว่าจะเกิดขึ้นเมื่อองค์ประกอบหรือหน่วยย่อยเกิดความเสียหายทีละน้อย และเปรียบเทียบกับความไม่สมดุลที่มีอยู่ตามปกติ อาจจำเป็นต้องมีการชดเชยสำหรับความไม่สมดุลของแรงดันระบบและความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ ให้ใช้ระดับสัญญาณเตือนและระดับทริปแยกจากกัน ในกรณีที่การออกแบบเอื้อให้สามารถใช้งานต่อได้หลังจากเกิดความเสียหายในจำนวนจำกัด ระดับทริปควรทำหน้าที่ปกป้ององค์ประกอบที่เหลือไม่ให้เกิดแรงดันเกินที่ไม่ยอมรับได้ แทนที่จะเป็นเพียงแค่บ่งบอกว่าความสมметриมีข้อบกพร่อง.

ฟังก์ชันกระแสเกินและฟังก์ชันกระแสรั่วลงดิน

ฟังก์ชันเกินกระแสเฟสช่วยปกป้องตัวนำ สวิตช์ และชุดตัวเก็บประจุจากความผิดพร่องที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าเพียงพอ แต่อาจตรวจไม่พบการเปลี่ยนแปลงของค่าความจุไฟฟ้าที่มีขนาดเล็ก การป้องกันลงดินขึ้นอยู่กับการต่อลงดินของนิวทรัลและการกำหนดค่าระบบเป็นอย่างมาก การตั้งค่าประสานงานกับฟิวส์ของชุดตัวเก็บประจุ รีเลย์ต้นทาง ความสามารถของเบรกเกอร์ การป้องกันหม้อแปลง และกระแสกระชากคาดการณ์ขณะจ่ายไฟ องค์ประกอบแบบทันทีทันใดต้องการความมั่นคงปลอดภัยในช่วงเหตุการณ์การสับสวิตช์และการคายประจุ ส่วนองค์ประกอบแบบหน่วงเวลายังคงต้องกำจัดความผิดพร่องที่สร้างความเสียหาย เบรกเกอร์ของชุดตัวเก็บประจุไม่สามารถทดแทนการป้องกันระดับยูนิตได้ และฟิวส์ของยูนิตก็ไม่สามารถทดแทนการป้องกันความผิดพร่องของชุดตัวเก็บประจุหรือบัสบาร์ได้.

แรงดันเกิน แรงดันตก และความถี่

กำลังรีแอกทีฟของคาปาซิเตอร์จะแปรผันตามกำลังสองของแรงดันไฟฟ้า ดังนั้น แรงดันเกินที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องจึงเพิ่มความเครียดต่อไดอิเล็กทริกและความร้อน การป้องกันและการควบคุมควรแยกแยะระหว่างแรงดันเกินของระบบกับการกระจายตัวของแรงดันไฟฟ้าใหม่ที่เกิดจากการสูญเสียยูนิต ตรรกะแรงดันตกอาจบล็อกการสับสวิตช์ ตัดวงจรชุดคาปาซิเตอร์ที่แยกตัวออก หรือป้องกันการจ่ายไฟซ้ำที่ไม่ต้องการ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวิธีปฏิบัติของการไฟฟ้า ความถี่ส่งผลต่อกระแสของคาปาซิเตอร์และอาจมีความสำคัญในระหว่างภาวะผิดปกติของระบบ ค่าจุดตั้ง (Setpoint) และหน่วงเวลาเป็นไปตามมาตรฐานที่เจ้าของระบบนำมาใช้ การศึกษา ระบบ และพิกัดของอุปกรณ์ การตั้งค่าทั่วไปจากบทความไม่สามารถทดแทนการประสานงานกับหน่วยงานกำกับดูแล แท็ปหม้อแปลง และการควบคุมกริดได้.

กระแสชั่วครู่จากการสับเปลี่ยนและการทำงานของเบรกเกอร์

การจ่ายกระแสไฟทำให้เกิดกระแสกระชาก และการจ่ายกระแสไฟแบบหลังชนกันอาจมีความรุนแรงเนื่องจากชุดตัวเก็บประจุที่มีไฟอยู่แล้วจะจ่ายกระแสความถี่สูงเข้าไปยังชุดตัวเก็บประจุที่กำลังเข้ามา การจุดระเบิดซ้ำของเบรกเกอร์อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าเกินที่เป็นอันตราย ดังนั้น การศึกษาการป้องกันจึงต้องประสานงานพิกัดของอุปกรณ์สับสวิตช์ การควบคุมจุดบนคลื่นไฟฟ้าหากมีการใช้งาน อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก รีแอกเตอร์อนุกรม อุปกรณ์คายประจุ และการกรองของรีเลย์ สภาวะชั่วครู่ไม่ควรทำให้เกิดการทำงานที่น่ารำคาญ แต่ความปลอดภัยของรีเลย์จะต้องไม่ปกปิดความผิดพร่องที่แท้จริง ควรตรวจสอบความกระจัดกระจายของการปิด ประจุตกค้าง เวลาตาย และลำดับการทำงานสำหรับหลายขั้นตอน บันทึกความถี่ในการสับสวิตช์สูงสุดเนื่องจากภาระทางกลและทางไฟฟ้าจะสะสมขึ้น.

ขีดจำกัดฮาร์มอนิกและการป้องกันความร้อน

โหลดไม่เชิงเส้นสามารถขับเคลื่อนกระแสฮาร์มอนิกเข้าสู่ชุดตัวเก็บประจุหรือสร้างการเรโซแนนซ์แบบขนานกับความเหนี่ยวนำของระบบ กระแสเกินอาจแสดงอาการได้โดยระบุสาเหตุไม่ได้ ให้วัดสเปกตรัมฮาร์มอนิกและทำการศึกษาอิมพีแดนซ์ก่อนที่จะเพิ่มหรืออัปเกรดชุดตัวเก็บประจุในเครือข่ายที่มีฮาร์มอนิกหนาแน่น ตรวจสอบกระแสและแรงดันของตัวเก็บประจุ การทำความร้อนของฟิวส์ หน้าที่ของรีแอกเตอร์ และพฤติกรรมการวัดของรีเลย์ อาจจำเป็นต้องมีการออกแบบที่ปรับจูนความถี่ออก (detuned) หรือกรองฮาร์มอนิก การป้องกันควรส่งสัญญาณเตือนหรือทริปเมื่อมีภาวะการทำงานผิดปกติ แต่ไม่สามารถทำให้เงื่อนไขการเรโซแนนซ์ที่ไม่เหมาะสมกลายเป็นเรื่องที่ยอมรับได้ ใช้คู่มือรีแอกเตอร์และการเรโซแนนซ์ฮาร์มอนิกเป็นการศึกษาประกอบ ไม่ใช่สิ่งทดแทนการวัดหน้างาน.

ขั้นตอนการตั้งค่ารีเลย์

เริ่มต้นด้วยแบบร่างขั้นสุดท้ายของธนาคารตัวเก็บประจุและพิกัดอุปกรณ์ที่ได้รับการตรวจสอบแล้ว สร้างแบบจำลองความคลาดเคลื่อนปกติและความไม่สมดุลของระบบ จากนั้นจำลองความล้มเหลวของยูนิตหรือธาตุแบบค่อยเป็นค่อยไปสำหรับทุกเฟสและกลุ่มที่น่าเชื่อถือ คำนวณแรงดันไฟฟ้าของยูนิตที่เหลือรอด สัญญาณนิวทรัลหรือบริดจ์ และกระแสของธนาคารตัวเก็บประจุ กำหนดจุดแจ้งเตือนและทริปพร้อมด้วยความคลาดเคลื่อนในการวัดและระยะขーフความปลอดภัย ตรวจสอบความผิดพร่องลงดินและระหว่างเฟส, กระแสไฟกระชาก, การสลับแบบหลังชนหลัง, การทำงานผิดพร่องของเบรกเกอร์, แรงดันไฟฟ้าผิดปกติ, การสูญเสียไฟเลี้ยงสถานี และความล้มเหลวในการสื่อสาร ประสานงานกับอุปกรณ์ต้นทางและปลายทาง จัดทำเอกสารการคำนวณ, สมการตรรกะ, ตัวตั้งเวลา, เงื่อนไขการบล็อก, จุดทดสอบ และการตอบสนองการทำงานที่อนุญาตหลังจากการแจ้งเตือน.

การทดสอบการเดินระบบ

การทดสอบการใช้งาน (Commissioning) จะตรวจสอบอัตราส่วนของ CT และ VT, ขั้วไฟฟ้า (polarity), ความสัมพันธ์ของเฟส, การเดินสาย, การลงกราวด์, การตั้งค่ารีเลย์, การควบคุมเบรกเกอร์, อินเตอร์ล็อก (interlocks), สัญญาณเตือน, เส้นทางการทริป, การแสดงผลเพื่อการควบคุมดูแล, และการซิงโครไนซ์เวลา วัดค่าพื้นฐานความไม่สมดุลของหม้อแปลงชุดที่ปกติ (healthy-bank unbalance baseline) และเปรียบเทียบกับการคำนวณ ทดสอบปริมาณสัญญาณเตือนและทริปที่จำลองขึ้นโดยไม่ต้องให้หม้อแปลงเผชิญกับฟอลต์จริง ยืนยันเวลาในการคายประจุและการ Close กลับ, สถานะของเบรกเกอร์, การควบคุมแบบlocal/remote, และพฤติกรรมเมื่อเกิดความล้มเหลว ระหว่างการจ่ายไฟครั้งแรก ให้สังเกตกระแส, การstepของแรงดันไฟฟ้า, บันทึกของรีเลย์, การรบกวนของรูปคลื่น, และเสียงที่ผิดปกติ แก้ไขข้อแตกต่างที่ไม่อาจธิบายได้ก่อนที่จะยอมรับการใช้งานตามปกติ.

การบำรุงรักษาและการทบทวนเหตุการณ์

หลังการปฏิบัติงาน ให้จัดเก็บข้อมูลออสซิลโลกราฟีของรีเลย์ ข้อมูลลำดับเหตุการณ์ คำสั่งสลับการทำงาน แรงดันบัส กระแสเฟส ปริมาณความไม่สมดุล และการสังเกตการณ์สิ่งแวดล้อม ตรวจสอบเฉพาะหลังจากทำการตัดแยก, ระยะเวลาคายประจุที่กำหนด, การทดสอบการไม่มีแรงดันไฟฟ้า และการต่อลงดินแล้วเท่านั้น ตรวจสอบฟิวส์ ลูกถ้วย การเชื่อมต่อ การรั่วไหล การบวม การปนเปื้อน การกัดกร่อน ร่องรอยของสัตว์ป่า และสภาพของรีแอกเตอร์ ทดสอบหน่วยที่ต้องสงสัยโดยใช้ขั้นตอนของเจ้าของ การเปลี่ยนฟิวส์และการรีเซ็ตรีเลย์โดยไม่ระบุส่วนประกอบที่ล้มเหลวหรือไม่ตรวจสอบระยะเผื่อที่เหลืออยู่อาจปกปิดปัญหาที่กำลังพัฒนาได้ ให้อัปเดตจำนวนความล้มเหลวตามการบำรุงรักษาและตารางการทำงานที่ได้รับอนุญาต.

รายการตรวจสอบคำขอใบเสนอราคาการป้องกัน

ระบุแรงดันไฟฟ้าของธนาคารตัวเก็บประจุ, ความถี่, กิโลวาร์ (kvar), การต่อวงจร, การจัดเรียงธาตุ/หน่วย/กลุ่ม, สถาปัตยกรรมฟิวส์, การต่อลงดินของนิวทรัล, กระแสลัดวงจรที่มีอยู่, ระดับฉนวน, อุปกรณ์สลับการทำงาน, ธนาคารตัวเก็บประจุขนานที่มีอยู่, สภาพแวดล้อมฮาร์มอนิก, หม้อแปลงเครื่องมือวัด, ไฟฟ้ากระแสตรงของสถานี, โปรโตคอลการสื่อสาร, ข้อกำหนดความล้มเหลวของเบรกเกอร์, แพลตฟอร์มรีเลย์ของเจ้าของ และมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง กำหนดให้ผู้ขายต้องระบุปริมาณความไม่สมดุลที่คาดไว้สำหรับการเกิดความล้มเหลวเป็นขั้นตอน, แรงดันไฟฟ้าของหน่วยที่เหลือรอด, พื้นฐานการประสานงานของฟิวส์, ขีดจำกัดการเตือน/ทริปที่แนะนำ, ข้อกำหนดการคายประจุ และเอกสารการทดสอบ ชี้แจงความรับผิดชอบสำหรับการศึกษาการตั้งค่าและการทดสอบเดินระบบภาคสนาม ผลิตภัณฑ์ชดเชยแรงดันไฟฟ้าต่ำของ CNBYG เป็นอุปกรณ์ฝั่งโรงงาน การป้องกันแรงดันปานกลางของ utility ยังคงเป็นขอบเขตวิศวกรรมเฉพาะของโครงการ.

ข้อกำหนดในการควบคุมการเปลี่ยนแปลง

การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในภายหลังต่อชุดตัวเก็บประจุ ชนิดของฟิวส์ การจัดเรียงอนุกรม-ขนาน อัตราส่วนของ CT หรือ VT การต่อลงดิน อุปกรณ์สวิตชิ่ง เฟิร์มแวร์ของรีเลย์ หรือลอจิกการทำงาน จะต้องมีการทบทวนการตั้งค่า แม้กระทั่งการสันนิษฐานว่าเป็นการบำรุงรักษาแบบเปลี่ยนทดแทนด้วยรุ่นเดิม ก็ควรได้รับการยืนยันเทียบกับแบบและป้ายชื่อรุ่น ให้เก็บบันทึกการคำนวณที่ได้รับการอนุมัติ ไฟล์การตั้งค่า รายงานการทดสอบ และค่าที่ตั้งไว้หน้างานครั้งล่าสุดให้อยู่ภายใต้การควบคุมเวอร์ชัน ผู้ปฏิบัติงานควรทราบว่าผู้ใดได้รับอนุญาตให้อนุมัติการเดินเครื่องชั่วคราวหลังจากเกิดสัญญาณเตือน และเงื่อนไขใดที่ต้องสั่งปลดวงจรทันที ระเบียบปฏิบัตินี้จะช่วยป้องกันไม่ให้การซ่อมแซมที่สำเร็จลุล่วงทางกลไกส่งผลให้พื้นฐานการ (หมายเหตุ: ระบบตัดคำอัตโนมัติอาจทำให้ประโยคสุดท้ายตัดจบที่คำว่า "การ" เนื่องจากข้อความยาวเกินไป นี่คือประโยคที่สมบูรณ์: ระเบียบปฏิบัตินี้จะช่วยป้องกันไม่ให้การซ่อมแซมที่สำเร็จลุล่วงทางกลไกส่งผลให้พื้นฐานการป้องกันทางไฟฟ้าใช้งานไม่ได้โดยไม่รู้ตัว).

คู่มือวิศวกรรมที่เกี่ยวข้อง

รีวิว วัตถุประสงค์ของหม้อแปลงสถานีย่อยไฟฟ้า, การผสานสถาปัตยกรรม, การสับสวิตช์แบบควบคุม, และ ผลิตภัณฑ์ชดเชยระดับโรงงาน.

คำถามที่พบบ่อย

การป้องกันหลักสำหรับชุดคาปาซิเตอร์ (คาปาซิเตอร์แบงก์) คืออะไร

ไม่มีฟังก์ชันเดี่ยวฟังก์ชันใดเพียงพอ การรวมยูนิต, ความไม่สมดุล, กระแสเกิน, การควบคุมแรงดันไฟฟ้า และการป้องกันเบรกเกอร์ทำงานร่วมกัน.

ทำไมการป้องกันความไม่สมดุลจึงสำคัญ

มันสามารถตรวจจับการสูญเสียความจุไฟฟ้าก่อนที่กระแสเฟสจะเปลี่ยนแปลงมากพอสำหรับการป้องกันกระแสเกินทั่วไป.

สามารถคัดลอกการตั้งค่าจากธนาคารอื่นได้หรือไม่

ไม่ใช่ การเชื่อมต่อ, กลุ่มอนุกรม, การฟิวส์, ค่าความเผื่อ, อัตราส่วน, และเงื่อนไขหน่วยที่ล้มเหลวที่อนุญาต จะเปลี่ยนการคำนวณ.

ฟิวส์ป้องกันการเกิดเรโซแนนซ์หรือไม่

ไม่ใช่ครับ การเกิดเรโซแนนซ์ฮาร์มอนิกจำเป็นต้องมีการวัดและการศึกษาวิบบอทเครือข่าย; ฟิวส์ตอบสนองต่อหน้าที่กระแสผิดปกติที่ได้รับมอบหมายเท่านั้น.

ควรเก็บบันทึกอะไรบ้างหลังการเดินทางกลับมา?

บันทึกของรีเลย์, รูปคลื่น, ลำดับเหตุการณ์, สถานะการสลับ, แรงดันไฟฟ้า, กระแสไฟฟ้า, ผลการตรวจสอบ, และผลการทดสอบ.

เอกสารอ้างอิง

1. IEEE 1036 — การประยุกต์ใช้งานตัวเก็บประจุไฟฟ้ากำลังแบบขนาน
2. IEEE C37.99 — การป้องกันชุดตัวเก็บประจุแบบขนาน