ทฤษฎีการเลือกและการประยุกต์ใช้หม้อแปลงจุดกลางขนาดเล็กในสถานีไฟฟ้า 500kV

1 ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับรีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็กในสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV
1.1 คำนิยามและบทบาท

รีแอคเตอร์เป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบไฟฟ้าที่ควบคุมความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าสลับและแรงดันไฟฟ้า แบ่งออกเป็นประเภทอินดักทีฟและแคปาซิตีฟ รีแอคเตอร์แบบอินดักทีฟจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรและเพิ่มความเสถียร ขณะที่รีแอคเตอร์แบบแคปาซิตีฟเพิ่มประสิทธิภาพการส่งผ่านและการควบคุมคุณภาพแรงดัน รีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็กเป็นประเภทเฉพาะที่เชื่อมต่อระหว่างจุดกลางของระบบสามเฟสกับพื้นดิน

ในสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV (ซึ่งสำคัญสำหรับการส่งผ่านไฟฟ้าในระยะทางไกลและปริมาณมาก) รีแอคเตอร์เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง พวกเขาสามารถจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดการสูญเสียและเพิ่มความเสถียร พวกเขายังช่วยลดการแปรผันของกระแส/แรงดันที่อาจทำให้อุปกรณ์ที่ไวต่อความเสียหายได้ ทำให้คุณภาพไฟฟ้าดีขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยในการตรวจจับและป้องกันความผิดปกติโดยทำงานร่วมกับอุปกรณ์เช่นเบรกเกอร์และรีเลย์ เพื่อแยกความผิดปกติได้รวดเร็วและแม่นยำมากขึ้น

1.2 ประเภทและคุณลักษณะ

รีแอคเตอร์ขนาดเล็กแต่ละประเภทมีข้อดี ข้อเสีย และสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน เมื่อเลือกรีแอคเตอร์ขนาดเล็กสำหรับจุดกลางของสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV จำเป็นต้องพิจารณาหลายปัจจัยอย่างครอบคลุม รวมถึงความต้องการเฉพาะของระบบ ข้อจำกัดด้านค่าใช้จ่าย และความซับซ้อนในการบำรุงรักษา ดังนั้น การเข้าใจคุณลักษณะของรีแอคเตอร์แต่ละประเภทเป็นขั้นตอนสำคัญในการเลือกอย่างมีประสิทธิภาพ

โดยทั่วไป สามารแบ่งประเภทได้โดยใช้วิธีการสามวิธี คือ โดยค่าความต้านทาน โครงสร้าง และโหมดควบคุม ตามที่แสดงในตาราง 1

2 มาตรฐานและวิธีการเลือก
2.1 การเปรียบเทียบมาตรฐานภายในประเทศและระหว่างประเทศ

ในการเลือกรีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็กสำหรับสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV การเข้าใจและเปรียบเทียบมาตรฐานภายในประเทศและระหว่างประเทศเป็นสิ่งสำคัญ นี่จะช่วยรับประกันคุณภาพ/ประสิทธิภาพของผลิตภัณฑ์และตอบสนองความต้องการเฉพาะพื้นที่/การใช้งาน

ในระดับนานาชาติ IEC (International Electrotechnical Commission) เป็นผู้นำในการกำหนดมาตรฐานอุปกรณ์ไฟฟ้า มาตรฐาน IEC มีความครอบคลุมและเข้มงวด ครอบคลุมการออกแบบ การผลิต การทดสอบ และการบำรุงรักษา — ซึ่งมักถูกมองว่าเป็น "มาตรฐานทอง" ในระดับโลก ในประเทศจีน มาตรฐานมักถูกกำหนดโดย State Grid Corporation หรือสถาบันที่เกี่ยวข้อง ซึ่งเน้นความปฏิบัติและคุ้มค่า แต่อาจมีความยืดหยุ่นมากกว่าในด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม ตามที่แสดงในตาราง 2

2.2 วิธีการและขั้นตอนการเลือก

ในการเลือกรีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็กสำหรับสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV มีสองประเด็นหลัก คือ การจำลองการคำนวณและการตรวจสอบทดลอง แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียที่แตกต่างกัน แต่เมื่อรวมกัน จะช่วยให้ประเมินอย่างครอบคลุมและแม่นยำ ทำให้การเลือกประสบความสำเร็จ

ขั้นตอนการจำลองการคำนวณเป็นสิ่งสำคัญ ก่อนอื่น ทำการวิเคราะห์ความต้องการเพื่อกำหนดพารามิเตอร์ไฟฟ้า (กระแส แรงดัน ความถี่) เป็นพื้นฐานในการคำนวณ ใช้โมเดล/อัลกอริทึมที่แม่นยำในการกำหนดพารามิเตอร์สำคัญ เช่น ความต้านทานที่ต้องการและกระแสไฟฟ้าที่กำหนด จากนั้น ใช้ซอฟต์แวร์ (เช่น PSS/E, DIgSILENT) ในการจำลองระบบอย่างละเอียด นี่จะตรวจสอบผลลัพธ์และประเมินประสิทธิภาพของรีแอคเตอร์ภายใต้สภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

ข้อดี ได้แก่ ความคาดการณ์และความคุ้มค่า — การจำลองประสิทธิภาพก่อนการติดตั้งช่วยหลีกเลี่ยงการเลือกอุปกรณ์ที่ไม่เหมาะสม ประหยัดค่าใช้จ่ายและเวลา ข้อจำกัด: ผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับความแม่นยำของโมเดล และการสร้างโมเดลที่แม่นยำต้องใช้ซอฟต์แวร์มืออาชีพและมีความเชี่ยวชาญทางเทคนิคสูง

2.3 การตรวจสอบทดลอง

ต่างจากจำลองการคำนวณ การตรวจสอบทดลองประเมินประสิทธิภาพของรีแอคเตอร์โดยตรง หลังจากเลือกประเภทและข้อมูลจำเพาะของรีแอคเตอร์ ทดสอบต้นแบบ/ตัวอย่างในห้องทดลองเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ แล้ว ทำการทดสอบบนไซต์อย่างเข้มงวด — ในสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV จริง รีแอคเตอร์เผชิญกับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน ซึ่งเป็นการทดสอบสุดท้ายของประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือ

ข้อดีของการตรวจสอบทดลอง คือ การสังเกตการทำงานในสภาพจริง การวิเคราะห์ข้อมูลในสภาพจริงทำให้แน่ใจว่ารีแอคเตอร์ตอบสนองความต้องการในการออกแบบและการทำงาน แต่มีข้อเสีย: การทดลองหลายครั้งและการรวบรวมข้อมูลระยะยาวทำให้ค่าใช้จ่ายและเวลาสูงขึ้น

3 การวิเคราะห์กรณีศึกษา
3.1 พื้นหลังของกรณี

กรณีนี้มีสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV ในใจกลางเมืองทางตะวันตก ซึ่งให้พลังงานแก่เขตพาณิชยกรรมและที่อยู่อาศัยใกล้เคียง ภูมิภาคนี้มีภูมิอากาศแบบร้อนชื้น (อุณหภูมิเฉลี่ยประจำปี 15°C ความชื้นสัมพัทธ์ 60%) ความต้องการพลังงานสูง ระบบไฟฟ้าซับซ้อน และโหลดสูงสุดถึง 400MW

3.2 กระบวนการใช้งาน
3.2.1 การเลือกและการติดตั้ง

การเลือกเป็นสิ่งสำคัญต่อความสำเร็จของโครงการ ดังนั้น ขั้นตอนนี้ได้รับการลงทุนเวลาและทรัพยากรอย่างหนัก ทีมทำการวิเคราะห์ความต้องการอย่างลึกซึ้ง ประเมินลักษณะโหลดของระบบ ความต้องการกระแส/แรงดัน และเงื่อนไขพิเศษ (เช่น วงจรลัดวงจร โหลดเกิน)

บนพื้นฐานนี้ พวกเขาทำการคำนวณและจำลอง ใช้ซอฟต์แวร์เช่น PSS/E ในการจำลองประสิทธิภาพของรีแอคเตอร์ภายใต้สถานการณ์ต่างๆ (จำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจร ความสั่นสะเทือนของระบบ ความไม่สมดุลของกระแส) ผลจำลองแสดงว่า รีแอคเตอร์ที่มีความต้านทานสูง แช่ในน้ำมัน และควบคุมแบบแอคทีฟเหมาะสมที่สุด รีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็ก (กระแสไฟฟ้าที่กำหนด 2000A ความต้านทาน 10Ω) ของประเภทนี้ถูกเลือกโดยประมาณ ในการยืนยัน ทีมอ้างอิงมาตรฐานภายในประเทศและระหว่างประเทศ (เช่น IEC) มาตรฐานไฟฟ้าท้องถิ่น และงานวิจัยในกรณีที่คล้ายคลึงกัน

หลังจากได้รับการอนุมัติจากทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้อง (บริษัทไฟฟ้า สถาบันออกแบบ ผู้จำหน่ายอุปกรณ์) การติดตั้งเริ่มขึ้น ทีมมืออาชีพจัดการการติดตั้งทางกายภาพ การเชื่อมต่อไฟฟ้า และการรวมระบบ หลังจากการติดตั้ง ทำการทดสอบบนไซต์อย่างเข้มงวดและการตรวจสอบก่อนการใช้งานเพื่อยืนยันความแม่นยำของความต้านทาน ความเร็วในการตอบสนองของระบบ และการประสานกับอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เพื่อให้ทำงานอย่างมั่นคง

3.2.2 การดำเนินงานและการตรวจสอบ

เมื่ออุปกรณ์เริ่มทำงาน ระบบตรวจสอบขั้นสูงถูกใช้ในการติดตามข้อมูลแบบเรียลไทม์และการประเมินประสิทธิภาพ ระบบตรวจสอบนี้รวมถึงการตรวจสอบกระแสและแรงดัน ตลอดจนการตรวจสอบอุณหภูมิอุปกรณ์ คุณภาพน้ำมัน และพารามิเตอร์สำคัญอื่นๆ

3.2.3 การบำรุงรักษาและการปรับปรุง

เนื่องจากเลือกใช้ประเภทแช่ในน้ำมันและควบคุมแบบแอคทีฟ การบำรุงรักษาอุปกรณ์ค่อนข้างง่าย ต้องบำรุงรักษาเพียงปีละครั้ง 主要包括检查油质和校准电气参数。根据运行数据，还进行了必要的系统优化，以进一步提高设备的性能和可靠性。

3.3 效益分析
3.3.1 经济效益

成本节约：由于精心选择和优化，该电抗器在运行过程中表现出高度的稳定性和可靠性，大大减少了因设备故障导致的维护和更换成本。据统计，与传统电抗器相比，一年内节省的维护成本约为20%。

效率提升：电抗器的应用显著提高了电网的运行效率。根据初步数据，系统的整体效率提高了约5%，这意味着更高的电力输出和更低的运营成本。

投资回报：综合考虑设备成本、运营成本和效率提升，预计该电抗器的投资回报期在三年以内，这是一个相当令人满意的结果。

3.3.2 技术效益

系统稳定性：电抗器的应用显著提高了系统的稳定性。在发生短路或其他异常情况时，电抗器可以有效限制电流，保护电网和设备免受损坏。

可靠性：由于选择了高电抗、油浸式和主动控制型电抗器，该设备在各种工作条件下表现出极高的可靠性。一年内未发生任何故障或异常情况，大大提高了电网的可靠性。

灵活性和适应性：主动控制系统使电抗器能够快速响应电网的变化，如负荷波动和电压变化，从而提高了系统的灵活性和适应性。

4 结论

本研究全面探讨了500kV变电站中使用小中性点电抗器的选择、应用和效益。研究表明，正确的电抗器选择对电网稳定性和运行效率至关重要。这一原则也适用于其他电压等级和类型的变电站。

与以往的研究相比，本研究强调实际应用和效益分析，提供了更多来自实际数据和案例的证据。它丰富了小中性点电抗器的理论研究体系，并为电力系统设计和优化提供了实际支持。

3.2.3 การบำรุงรักษาและการปรับปรุง

เนื่องจากเลือกใช้ประเภทแช่ในน้ำมันและควบคุมแบบแอคทีฟ การบำรุงรักษาอุปกรณ์ค่อนข้างง่าย ต้องบำรุงรักษาเพียงปีละครั้ง 主要包括检查油质和校准电气参数。根据运行数据，还进行了必要的系统优化，以进一步提高设备的性能和可靠性。

3.3 ประโยชน์จากการวิเคราะห์
3.3.1 ประโยชน์ทางเศรษฐกิจ

การประหยัดค่าใช้จ่าย: เนื่องจากการเลือกและปรับปรุงอย่างรอบคอบ รีแอคเตอร์แสดงประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือสูงในระหว่างการดำเนินงาน ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนทดแทนอุปกรณ์ที่เกิดจากความเสียหาย ตามสถิติ รีแอคเตอร์ที่เลือกใช้สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาภายในหนึ่งปีได้ประมาณ 20% เมื่อเทียบกับรีแอคเตอร์แบบดั้งเดิม

การปรับปรุงประสิทธิภาพ: การใช้รีแอคเตอร์ทำให้ประสิทธิภาพในการดำเนินงานของระบบไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ตามข้อมูลเบื้องต้น ประสิทธิภาพโดยรวมของระบบเพิ่มขึ้นประมาณ 5% ซึ่งหมายความว่ามีกำลังไฟฟ้าที่ผลิตออกมาสูงขึ้นและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานลดลง

ผลตอบแทนจากการลงทุน: ด้วยการพิจารณาต้นทุนของอุปกรณ์ ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน และการปรับปรุงประสิทธิภาพ คาดว่าระยะเวลาในการคืนทุนของรีแอคเตอร์นี้จะอยู่ภายในสามปี ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่น่าพอใจมาก

3.3.2 ประโยชน์ทางเทคนิค

ความเสถียรของระบบ: การใช้รีแอคเตอร์ทำให้ความเสถียรของระบบเพิ่มขึ้นอย่างเห็นได้ชัด ในกรณีที่เกิดวงจรลัดวงจรหรือสถานการณ์ผิดปกติอื่น ๆ รีแอคเตอร์สามารถจำกัดกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพ ช่วยป้องกันความเสียหายของระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์

ความน่าเชื่อถือ: เนื่องจากการเลือกรีแอคเตอร์ที่มีความต้านทานสูง แช่ในน้ำมัน และควบคุมแบบแอคทีฟ อุปกรณ์แสดงความน่าเชื่อถือสูงภายใต้สภาพการทำงานต่าง ๆ ไม่มีการเสียหายหรือความผิดปกติใด ๆ ภายในหนึ่งปี ทำให้ความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับตัว: ระบบควบคุมแบบแอคทีฟทำให้รีแอคเตอร์สามารถตอบสนองอย่างรวดเร็วต่อการเปลี่ยนแปลงในระบบไฟฟ้า เช่น การแปรผันของโหลดและแรงดัน ซึ่งเพิ่มความยืดหยุ่นและความสามารถในการปรับตัวของระบบ

4 สรุป

การวิจัยนี้สำรวจอย่างครอบคลุมถึงการเลือก การใช้งาน และประโยชน์ของรีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็กในสถานีไฟฟ้าแรงสูง 500kV แสดงให้เห็นว่า การเลือกรีแอคเตอร์อย่างเหมาะสมมีความสำคัญต่อความเสถียรและการดำเนินงานที่มีประสิทธิภาพของระบบไฟฟ้า หลักการนี้ยังสามารถนำไปใช้กับสถานีไฟฟ้าแรงสูงในระดับแรงดันและประเภทอื่น ๆ ได้เช่นกัน

เมื่อเทียบกับการวิจัยก่อนหน้านี้ การวิจัยนี้เน้นการใช้งานจริงและการวิเคราะห์ประโยชน์ นำเสนอข้อมูลและกรณีศึกษาจากสถานการณ์จริงมากขึ้น ทำให้เสริมสร้างระบบการวิจัยทางทฤษฎีของรีแอคเตอร์จุดกลางขนาดเล็ก และให้การสนับสนุนทางปฏิบัติในการออกแบบและปรับปรุงระบบไฟฟ้า