การคำนวณขนาดคาปาซิเตอร์แบงค์ในสถานีไฟฟ้าย่อย: คู่มือ Mvar และสเตป
การคำนวณขนาดชุดตัวเก็บประจุไฟฟ้าสถานีไฟฟ้าย่อย เริ่มต้นด้วยวัตถุประสงค์ด้านกำลังไฟฟ้ารีแอคทีฟและแรงดันไฟฟ้า จากนั้นใช้การวัดอนุกรมเวลาและการศึกษาการไหลของกำลังไฟฟ้าเพื่อเลือกตำแหน่ง ค่า Mvar รวม และขนาดขั้นบันได สมการตัวประกอบกำลังที่คุ้นเคยสามารถให้การประมาณค่า kvar เบื้องต้นได้ แต่ไม่สามารถพิสูจน์แรงดันไฟฟ้าที่บัสเป็นที่ยอมรับได้ พฤติกรรมเมื่อโหลดต่ำสุด ชั่วขณะการสับสวิตช์ การเรโซแนนซ์ของฮาร์มอนิก แรงดันไฟฟ้าเมื่ออุปกรณ์ขัดข้อง หรือการประสานงานของการป้องกัน การกำหนดขนาดขั้นสุดท้ายต้องครอบคลุมกรณีโหลดสูงสุด โหลดต่ำสุด กรณีฉุกเฉิน และกรณีการผลิตไฟฟ้า โดยใช้เครือข่ายจริงและเกณฑ์ของเจ้าของระบบ.
กำหนดวัตถุประสงค์ในการกำหนดขนาดก่อน
ชุดตัวเก็บประจุของสถานีไฟฟ้าย่อยอาจมีจุดประสงค์เพื่อรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าบัสในช่วงความต้องการใช้ไฟฟ้าสูงสุด ลดการนำเข้ารีแอกทีฟผ่านหม้อแปลง เพิ่มความจุ MVA ลดกระแสไฟฟ้าและLossในฟีดเดอร์ ตอบสนองข้อกำหนดตัวประกอบกำลัง ณ จุดเชื่อมต่อ หรือรองรับกรณีฉุกเฉิน วัตถุประสงค์เหล่านี้อาจทำให้ได้ตำแหน่งและขนาดขั้นที่แตกต่างกัน ให้ระบุบัสที่ควบคุม ช่วงเป้าหมาย กรณีการทำงานจำกัด และเกณฑ์ความสำเร็จก่อนคำนวณค่า kvar สูตรตัวประกอบกำลังของโรงงานสามารถประมาณความต้องการรีแอกทีฟรวมได้ แต่การเลือกใช้ของกิจการไฟฟ้าจะต้องพิสูจน์ให้เห็นถึงแรงดันไฟฟ้า การสับสวิตช์ การป้องกัน และพฤติกรรมฮาร์มอนิกที่ยอมรับได้ทั่วทั้งเครือข่าย.
รวบรวมข้อมูลระบบที่จัดเวลาให้สอดคล้องกัน
ใช้พลังงานจริงแบบช่วงเวลา (interval real power) พลังงานรีแอกทีฟ แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า แท็ปหม้อแปลง การทำงานของเครื่องปรับแรงดัน สถานะตัวเก็บประจุที่มีอยู่ และสถานะภาระหรือการผลิตไฟฟ้าหลัก ครอบคลุมถึงช่วงภาระสูงสุดและต่ำสุด ฤดูกาล วันธรรมดา การสตาร์ทมอเตอร์ การโอนย้ายฟีดเดอร์ การกำหนดค่าการบำรุงรักษา และเหตุการณ์ฉุกเฉินที่น่าเชื่อถือ รวมพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจายตัว ระบบกักเก็บพลังงาน และการควบคุมอินเวอร์เตอร์ เนื่องจากทิศทางพลังงานจริงและความต้องการรีแอกทีฟอาจไม่เป็นไปตามรูปแบบรายวันแบบเดิม ตรวจสอบความถูกต้องของอัตราส่วน CT และ VT (หม้อแปลงกระแสและหม้อแปลงแรงดัน) สัญลักษณ์และข้อมูลที่ขาดหายไป ภาพรวมหนึ่งวันที่สะอาดนั้นไม่เพียงพอเมื่อธนาคารจะต้องดำเนินงานเป็นเวลาหลายปี.
ประมาณการความต้องการกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟ
สำหรับโหลดคงที่ การประมาณการเบื้องต้นสำหรับการปรับปรุงตัวประกอบกำลังคือ $Q_c = P \times (\tan \varphi_1 - \tan \varphi_2)$ โดยที่ $P$ คือกำลังไฟฟ้าจริง $\varphi_1$ คือมุมกระจัดปัจจุบัน และ $\varphi_2$ คือมุมเป้าหมาย ให้ใช้หน่วย กิโลวัตต์ (kW) และ กิโลวาร์ (kvar) ที่สอดคล้องกัน การประมาณการนี้ระบุว่าความต้องการกำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟที่จุดวัดจะเปลี่ยนไปเท่าใด แต่ไม่ได้กำหนดบัสที่ดีที่สุด จำนวนขั้น (steps) หรือหน้าที่ในการสลับสับเปลี่ยน สำหรับชุดตัวเก็บประจุของ การไฟฟ้า ให้คำนวณการประมาณการนี้ที่ระดับโหลดต่างๆ และเปรียบเทียบกับการแลกเปลี่ยนรีแอกทีฟที่ได้จากการจำลองและข้อจำกัดด้านแรงดันไฟฟ้า.
ใช้โหลดฟลอว์สำหรับตำแหน่งและพิกัดสุดท้าย
สร้างหรืออัปเดตโมเดลเครือข่ายด้วยความเข้มของแหล่งจ่าย อิมพีแดนซ์หม้อแปลงและการควบคุมแทป การจัดเรียงบัส อิมพีแดนซ์ฟีดเดอร์ องค์ประกอบโหลด การผลิตไฟฟ้า ตัวปรับแรงดันไฟฟ้า แบงก์ที่มีอยู่ และการกำหนดค่าที่วางแผนไว้ ทดสอบแบงก์ที่เป็นไปได้ที่บัสสถานีไฟฟ้าย่อย หัวฟีดเดอร์ และจุดปลายทางที่เกี่ยวข้อง ในแต่ละกรณี ให้เปรียบเทียบแรงดันโหนด การโหลดของหม้อแปลงและตัวนำ การสูญเสีย การแลกเปลี่ยนรีแอกทีฟ ตัวประกอบกำลัง และการดำเนินการควบคุม ระบบจำหน่ายที่ไม่สมดุลอาจต้องมีการวิเคราะห์โดเมนเฟส ค่า kvar ที่เลือกคือโซリューションที่ประสานกันขนาดเล็กที่สุดซึ่งบรรลุวัตถุประสงค์ที่ระบุไว้ในกรณีที่กำหนดด้วยระยะขอบที่ยอมรับได้.
คัดกรองแรงดันไฟฟ้าแบบสเต็ป
ความสัมพันธ์ในการคัดกรองอย่างง่ายคือ $\Delta V$ ต่อหน่วย มีค่าประมาณเท่ากับ $Q_{step}$ หารด้วย MVA ลัดวงจรที่บัส เมื่อข้อสมมติมีความเหมาะสม สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเหตุใดขนาด $Q_{step}$ เท่าเดิมจึงทำให้เกิดการ เปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้ามากกว่าบนบัสที่อ่อนแอกว่าบนบัสที่แข็งแกร่ง สมการนี้ไม่ใช่สมการการออกแบบสากล เนื่องจากความต้านทาน โทโพโลยีของเครือข่าย แท็ปหม้อแปลง การตอบสนองของโหลด การควบคุมอื่นๆ และความไม่สมดุลส่งผลต่อผลลัพธ์ ให้ใช้เพื่อปฏิเสธขนาดที่ใหญ่เกินไปอย่างเห็นได้ชัดหรือกำหนดช่วงเริ่มต้นเท่านั้น จากนั้นจึงยืนยันการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าจากการสับ(สวิตช์)ด้วยการศึกษาฉบับเต็มและเกณฑ์ของเจ้าของระบบ.
เลือกค่า Total kVAR และ Step Size แยกกัน
เรตติ้งรวมของธนาคารตัวเก็บประจุจะรองรับค่ากำลังไฟฟ้ารีแอกทีฟสูงสุดที่จำเป็น ขนาดของแต่ละขั้น (step size) จะควบคุมความละเอียด, การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้า, ความถี่ในการสลับการทำงาน, และพฤติกรรมเมื่อโหลดต่ำ การใช้ขั้นขนาดใหญ่เพียงขั้นเดียวอาจทำได้ง่าย แต่อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้ากระชากมากเกินไปหรือเกิดภาวะคาบเกี่ยว (leading condition) การใช้ขั้นขนาดเล็กจำนวนมากจะช่วยเพิ่มความละเอียดในการควบคุม แต่จะเพิ่มจำนวนเบรกเกอร์ สวิทช์ รีเลย์ รวมถึงต้นทุนและการบำรุงรักษา ควรพิจารณาความต้องการรีแอกทีฟขั้นต่ำที่สามารถรองรับได้หนึ่งขั้น, การเปลี่ยนแปลงแรงดันบัสสูงสุดที่ยอมรับได้, ความทนทานของอุปกรณ์สลับการทำงาน, ดีเลย์และเดดแบนด์ของตัวควบคุม, และลำดับการทำงานที่ใช้เมื่อธนาคารตัวเก็บประจุหลายชุดใช้บัสร่วมกัน.
| การตัดสินใจ | พยานหลักฐานชั้นต้น | หากละเลยจะถือว่าล้มเหลว |
|---|---|---|
| เมกะวาร์รวม | กรณีรีแอกทีฟพีคและแรงดันไฟฟ้าสูงสุด | การสนับสนุนที่ไม่เพียงพอหรือการชดเชยที่มากเกินไป |
| ขนาดก้าว | การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าและโหลดขั้นต่ำ | การกระโดดขนาดใหญ่หรือการล่าควบคุม |
| สถานที่ | ผลลัพธ์แรงดันโนด กระแส และการสูญเสีย | กระแสไฟฟ้ารีแอคทีฟยังคงอยู่ต้นน้ำ |
| ควบคุม | อนุกรมเวลาและการประสานงานของอุปกรณ์ | การสลับและการทำงานของแท็ปที่ไม่จำเป็น |
ตรวจสอบความจุของหม้อแปลงและฟีดเดอร์
การลดกระแสรีแอกทีฟสามารถลดกระแสของหม้อแปลงและสายป้อนได้สำหรับการถ่ายโอนกำลังไฟฟ้าจริงเท่าเดิม แต่ความจุที่เพิ่มขึ้นจะต้องคำนวณจากค่า MVA จริงและขีดจำกัดทางความร้อน อย่าอ้างว่า kvar ทุกตัวที่ติดตั้งจะกลายเป็นความจุ kW ใหม่ที่เท่ากัน ให้ตรวจสอบภาระของหม้อแปลง ความสามารถในการรับกระแสของตัวนำ แรงดันตก ความไวในการป้องกัน และกราฟภาระงานหลังจากการชดเชย หากภาระกำลังไฟฟ้าจริงถึงขีดจำกัดทางความร้อนหรือแรงดันไฟฟ้าจากสาเหตุอื่นอยู่แล้ว ตัวเก็บประจุอาจช่วยบรรเทาได้จำกัด ให้บันทึกว่าข้อจำกัดใดที่ดีขึ้นและข้อจำกัดใดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง.
ป้องกันการจ่ายกระแสไฟเกินชดเชยเมื่อโหลดต่ำ
รันกรณีภาระโหลดต่ำและการผลิตไฟฟ้าสูงด้วยสถานะธนาคารตัวเก็บประจุที่น่าเชื่อถือแต่ละสถานะ ความจุไฟฟ้าที่มากเกินไปอาจสร้างการส่งออกรีแอกทีฟค่านำ แรงดันไฟฟ้าสูง การเปลี่ยนแท็ปที่ไม่จำเป็น และความเสี่ยงฮาร์มอนิกที่เพิ่มขึ้น ธนาคารตัวเก็บประจุแบบคงที่ควรมีขนาดเล็กกว่าความต้องการรีแอกทีฟที่มีอยู่อย่างต่อเนื่องพร้อมระยะสำรองที่เหมาะสม ธนาคารตัวเก็บประจุแบบสลับได้จำเป็นต้องมีการตรวจจับที่เชื่อถือได้และสถานะปลอดภัยเมื่อเกิดความผิดพลาดที่กำหนดไว้ ประสานงานการควบคุมแรงดันไฟฟ้า, เคฟาร์, กระแส, เวลา, อุณหภูมิ และการควบคุมแบบกำกับดูแล ตรวจสอบสถานการณ์การสูญเสียการสื่อสารและการค้างของสวิตช์ ในกรณีที่พลังงานแสงอาทิตย์ตอนกลางวันทำให้แรงดันไฟฟ้าสูงขึ้น ตารางเวลาแบบดั้งเดิมที่อิงตามภาระโหลดในอดีตอาจไม่เหมาะสม.
ศึกษาการเปลี่ยนผ่านชั่วขณะในการสับสวิตช์
คำนวณหรือจำลองกระแสกระชากขณะเติมพลังงาน หน้าที่การทำงานแบบแบ็คทูแบ็ค การคายประจุและประจุตกค้าง ความสามารถของเซอร์กิตเบรกเกอร์หรือสวิตช์ ความเสี่ยงจากการจุดซ้ำ หน้าที่ของอุปกรณ์ป้องกันเสิร์ช และแรงดันไฟฟ้าขั้นบันไดที่ลูกค้ามองเห็น พิกัดของแบงก์คาปาซิเตอร์ไม่ได้เป็นตัวกำหนดความเค้นเหล่านี้ด้วยตัวมันเอง แบงก์คาปาซิเตอร์ขนานที่มีอยู่เดิมและความเหนี่ยวนำของบัสบาร์ที่เชื่อมต่ออยู่อาจมีอิทธิพลเหนือกระแสความถี่สูง การควบคุมจุดบนคลื่น อุปกรณ์ใส่ล่วงหน้า หรือรีแอกเตอร์ อาจมีความจำเป็น แต่แต่ละวิธีมีข้อจำกัดในการใช้งาน ตรวจสอบจำนวนครั้งการทำงานสูงสุดและหน่วงเวลาการปิดซ้ำขั้นต่ำ เพื่อให้กลยุทธ์การควบคุมยังคงอยู่ภายในความทนทานทางไฟฟ้าและทางกล.
ดำเนินการตรวจสอบฮาร์มอนิกและการสะท้อนพ้อง
ตัวเก็บประจุเปลี่ยนอิมพีแดนซ์ของระบบและสามารถเลื่อนความถี่เรโซแนนซ์ขนานไปทางฮาร์มอนิกเฉพาะตัวได้ ให้ใช้กระแสและแรงดันฮาร์มอนิกที่วัดได้ร่วมกับการสแกนความถี่สำหรับกำหนดค่าของระบบที่เกี่ยวข้อง ตรวจสอบกระแสและแรงดัน RMS ของตัวเก็บประจุ, ภาระของยูนิตและฟิวส์, ความร้อนของรีแอกเตอร์, ความเพี้ยนของบัส, และการเปลี่ยนแปลงเมื่อมีการสลับชุดตัวเก็บประจุหรือหม้อแปลง ชุดตัวเก็บประจุที่ตรงตามวัตถุประสงค์ kvar ที่ 50/60 Hz แต่อาจยังคงยอมรับไม่ได้ที่ความถี่ฮาร์มอนิก รีแอกเตอร์แบบดีจูนด์, ฟิลเตอร์, หรืออุปกรณ์ปรับค่ารีแอกทีฟแบบไดนามิกอาจมีความจำเป็นในจุดที่ชุดตัวเก็บประจุแบบขนานธรรมดาจะไป เพิ่มความเพี้ยนให้สูงขึ้น.
การป้องกันและอัตราเผื่อสำหรับอุปกรณ์ที่ชำรุด
เลือกสถาปัตยกรรมกระแสและการต่อสายของธนาคาร จากนั้นคำนวณความไม่สมดุลตามธรรมชาติปกติและสัญญาณที่เกิดจากการล้มเหลวขององค์ประกอบหรือหน่วยแบบลุกลาม กำหนดแรงดันไฟฟ้าของหน่วยที่รอดพ้น ระดับสัญญาณเตือน ระดับทริป และเงื่อนไขการทำงานชั่วคราวที่อนุญาต ประสานงานลอจิกของเฟส กราวด์ ความไม่สมดุล แรงดันไฟฟ้า ความล้มเหลวของเบรกเกอร์ และการสลับกับอุปกรณ์ต้นทาง จำนวนของหน่วยอนุกรมและขนานส่งผลต่อทั้งความไวในการป้องกันและความสามารถในการรับกระแสลัดวงจร พิกัดสุดท้ายต้องรวมถึงฉนวน สภาวะแวดล้อม ความสูง มลพิษ ค่าความเผื่อ และข้อกำหนดของเจ้าของหรือข้อบังคับที่เกี่ยวข้อง.
ตัวอย่างการคัดกรองที่ทำเสร็จแล้ว
สมมติว่าสถานีไฟฟ้าย่อยจ่ายกำลังไฟฟ้า 8 เมกะวัตต์ ที่ตัวประกอบกำลังล้าหลัง 0.82 และเป้าหมายในการวางแผนคือ 0.95 สูตรคัดกรองให้ $\phi_1 = \arccos(0.82)$, $\phi_2 = \arccos(0.95)$ และ $Q_c$ ประมาณ $8 \times (0.698 - 0.329) = 2.95$ เมกะวาร์ นั่นคือความต้องการรวมเริ่มต้น ไม่ใช่พิกัดในการจัดซื้อ วิศวกรอาจศึกษาทางเลือกแบบเป็นขั้นๆ หลายทางเลือกในช่วงนี้ จากนั้นจึงปฏิเสธตัวเลือกที่ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าโหลดต่ำสุดสูงเกินไป ขั้นตอนการสลับที่ไม่ยอมรับได้ การเรโซแนนซ์ หรือปฏิกิริยาการควบคุม ชุดตัวเก็บประจุขั้นสุดท้ายอาจมีขนาดเล็กกว่า ใหญ่กว่า ย้ายที่ตั้ง หรือแบ่งออกหลังจากทราบผลการไหลของกำลังไฟฟ้าและภาวะฉุกเฉิน.
ข้อมูลนำเข้า RFQ และหลักฐานการยอมรับงาน
ระบุแรงดันและ ความถี่ของระบบ บัสเป้าหมาย โหลดและโปรไฟล์การผลิต การชดเชยที่มีอยู่ ข้อมูลหม้อแปลงและฟีดอร์ ระดับการลัดวงจรของแหล่งจ่าย ค่า kvar รวมและสเต็ปที่เสนอ การเชื่อมต่อ การลงกราวด์ ความถี่ในการสวิตช์ เงื่อนไขของชุดตัวเก็บประจุขนาน การวัดฮาร์มอนิก พิกัดสภาพแวดล้อม หลักการป้องกัน การสื่อสาร มาตรฐาน และการศึกษาที่จำเป็น ต้องมีแบบวาด ข้อมูลการสูญเสีย การจัด วางยูนิต การประสานงานของฟิวส์ การคำนวณความไม่สมดุล หลักฐานภาระหน้าที่ในการสวิตช์ ข้อกำหนดการคายประจุ คำแนะนำการตั้งค่า การทดสอบจากโรงงาน และการสนับสนุนการทดสอบเดินระบบ การยอมรับควรเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้ การเปลี่ยนแปลงของ kvar กระแสไฟฟ้า เส้นฐานความไม่สมดุล และบันทึกการสวิตช์กับการศึกษาที่ได้รับการอนุมัติ.
บันทึกกำไรขั้นต้นที่เลือก
ระบุว่าความไม่แน่นอนใดบ้างที่เผื่อไว้ในส่วนเผื่อการออกแบบ ได้แก่ การเติบโตตามการคาดการณ์ ความผิดพลาดในการวัด ความคลาดเคลื่อนของตัวเก็บประจุ ยูนิตที่ไม่พร้อมใช้งาน การกำหนดค่าหม้อแปลง หรือการผลิตไฟฟ้าในอนาคต อย่าซ่อนความไม่แน่นอนทั้งหมดไว้ในค่า kvar ขนาดใหญ่เพียงค่าเดียว ชุดตัวเก็บประจุที่มีขนาดใหญ่เกินไปอาจสร้างปัญหาแรงดันไฟฟ้าและการสลับการทำงานใหม่ได้ เก็บทางเลือกอื่นที่ถูกปฏิเสธและกรณีจำกัดไว้พร้อมกับรายงานที่อนุมัติ เพื่อให้ทีมขยายงานในอนาคตสามารถเห็นได้ว่าเมื่อใดจึงจะสมควรดำเนินขั้นตอนอื่น และเมื่อใดที่ข้อสมมติฐานเดิมหมดอายุลง ให้ทำการศึกษาใหม่อีกครั้งหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงโครงข่ายไฟฟ้า โหลด การผลิตไฟฟ้า หรือการควบคุมที่มีนัยสำคัญ.
คู่มือที่เกี่ยวข้อง
ใช้ คู่มือการคำนวณขนาดตัวประกอบกำลังไฟฟ้าสำหรับโรงงาน สำหรับการคำนวณและตรวจสอบค่า LV วัตถุประสงค์ของธนาคารสถานีไฟฟ้าย่อย, การจัดวางเครื่องให้อหาร, การป้องกันตลิ่ง, และ ผลิตภัณฑ์ชดเชยพืชผล.
คำถามที่พบบ่อย
เราสามารถกำหนดขนาดของหม้อแปลงสถานีไฟฟ้าย่อยจากตัวประกอบกำลัง (power factor) เพียงอย่างเดียวได้หรือไม่
ไม่ใช่ นี่คือการประเมินเชิงปฏิกิริยาเบื้องต้น การคัดเลือกขั้นสุดท้ายจำเป็นต้องมีการศึกษาด้านเครือข่าย แรงดันไฟฟ้า การสลับ ฮาร์มอนิก และการป้องกัน.
ธนาคารควรมีกี่ขั้นบันได
เพียงพอที่จะเป็นไปตามขีดจำกัดของความละเอียดในการควบคุมและขั้นของแรงดันไฟฟ้า โดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์หรือการสับเปลี่ยนมากจนเกินไป.
ทำไมต้องตรวจสอบโหลดขั้นต่ำ
ธาตุกาปาซิเตอร์แบงก์ที่เหมาะสมในช่วงโหลดสูงสุด อาจทำให้เกิดค่าวีเออาร์นำหน้าและแรงดันไฟฟ้าเกินได้เมื่อโหลดลดลง.
บัสที่อ่อนต้องใช้สเต็ปที่เล็กกว่าหรือไม่
บ่อยครั้งที่กิฟาร์ (kvar) เดิมทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าที่มากกว่าบนบัสที่อ่อนแอกว่า แต่แบบจำลองของระบบจะต้องยืนยันเรื่องดังกล่าว.
ตัวอย่างที่แสดงนี้เป็นแบบร่างสุดท้ายใช่หรือไม่
ไม่ มันแสดงเฉพาะการคัดกรองทางคณิตศาสตร์เท่านั้น และต้องไม่นำมาแทนที่การศึกษาโครงการ.