การวิเคราะห์และการแก้ไขปัญหากรณีที่สวิตช์ตัดไฟแรงดัน 145kV ทำงานผิดพลาด

1. บทนำ

ในระบบไฟฟ้าของอินโดนีเซีย สวิตช์ตัดกระแสแรงดันสูง 145kV (HVDs) มีความสำคัญในการรักษาความน่าเชื่อถือของการส่งผ่านไฟฟ้าทั่วพื้นที่เกาะต่างๆ อย่างไรก็ตาม การทำงานผิดพลาดของสวิตช์อาจสร้างความเสี่ยงต่อความมั่นคงของระบบไฟฟ้า บทความนี้ทำการศึกษาการทำงานผิดพลาดของสวิตช์ HVD 145kV ในสถานีไฟฟ้าของอินโดนีเซีย โดยวิเคราะห์สาเหตุหลักและเสนอมาตรการป้องกันโดยอ้างอิงมาตรฐาน IP66 และ IEC 60068-3-3 เพื่อเพิ่มความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

2. ภาพรวมของเหตุการณ์ในอินโดนีเซีย

ในเดือนมีนาคม 2024 สวิตช์ตัดกระแส 145kV ในสถานีไฟฟ้าบนเกาะชวาเปิดขึ้นโดยไม่คาดคิดระหว่างการโอนโหลดตามปกติ ทำให้เกิดการกระตุ้นวงจรป้องกันแบบลูกโซ่ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นในสถานีไฟฟ้าชายฝั่งใกล้กับสุราบายา ซึ่งตู้สวิตช์ที่ได้รับการรับรองระดับ IP66 ได้ออกแบบมาเพื่อรับสภาพอากาศเขตร้อน แต่การเปิดสวิตช์อย่างไม่คาดคิดทำให้เกิดการหยุดจ่ายไฟฟ้าให้กับครัวเรือน 120,000 แห่ง และลดโหลด 30MW พร้อมกับค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมเกินกว่า 800,000 ดอลลาร์สหรัฐ การวิเคราะห์หลังเหตุการณ์พบว่าสาเหตุหลักมาจากความเสื่อมสภาพจากสภาพแวดล้อมและการออกแบบระบบควบคุมที่มีข้อบกพร่อง

3. การวิเคราะห์สาเหตุหลัก
3.1 ความอ่อนแอของระบบควบคุม
3.1.1 การเหนี่ยวนำวงจรพาราไซติก

วงจรควบคุม DC ของสวิตช์มีพื้นฐานร่วมกับระบบป้องกันฟ้าผ่าของสถานีไฟฟ้า ซึ่งเป็นการออกแบบที่มีข้อบกพร่องที่ระบุไว้ในรายงาน PLN ปี 2023 ว่าพบใน 20% ของสถานีไฟฟ้า 145kV ในอินโดนีเซีย ระหว่างพายุฟ้าคะนองที่อยู่ใกล้เคียง แรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่เกิดขึ้นทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้า DC 12V ในสายควบคุม ทำให้สวิตช์เปิดโดยไม่ตั้งใจ คล้ายคลึงกับเหตุการณ์ในบาหลีปี 2022 ที่วงจรพื้นฐานทำให้สวิตช์ HVD 145kV ทำงานผิดพลาด กรณีนี้แสดงให้เห็นถึงการแยกที่ไม่เพียงพอระหว่างวงจรควบคุมและวงจรป้องกัน

3.1.2 การเสื่อมสภาพของรีเลย์

รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าของสวิตช์ ที่ได้รับการรับรองสำหรับการทำงาน 100,000 ครั้ง ได้ทำงานเกิน 150,000 รอบโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลง การสลายตัวของฉนวนในขดลวดรีเลย์ ตรวจพบจากการตรวจสอบหลังเหตุการณ์ ทำให้เกิดอาร์กที่เชื่อมต่อระหว่างคอนแทคที่เปิดอยู่ ทดสอบความร้อน IEC 60068-3-3 ยืนยันว่าฉนวนอีพ็อกซี่ของรีเลย์เสื่อมสภาพเมื่อมีอุณหภูมิมากกว่า 60°C ซึ่งเป็นอุณหภูมิทั่วไปในสถานีสวิตช์ที่ไม่มีเครื่องปรับอากาศในอินโดนีเซีย

3.2 การเสื่อมสภาพจากสภาพแวดล้อม
3.2.1 การเสื่อมสภาพของซีล IP66

แม้ว่าจะได้รับการรับรอง IP66 ซีล EPDM ของสวิตช์มีรอยแตก 3 มม. ทำให้เกลือทะเลสามารถเข้าไปภายใน อากาศชายฝั่งในภาคตะวันออกของชวาประกอบด้วยไอออนคลอรีด 0.05mg/m³ ทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็ว การวิเคราะห์ SEM ของซีลพบว่ามีการแตกเนื่องจากโอโซน ซึ่งเป็นผลจากการสัมผัสกับรังสี UV (ดัชนี UV ประจำปี >12) และความชื้น >85% ซึ่งทำให้ความสามารถในการป้องกันฝุ่นและน้ำของตู้สวิตช์ลดลง พร้อมกับส่วนประกอบภายในมีสนิม 0.2 มม. บนคอนแทคทองแดง

3.2.2 การเสื่อมสภาพของฉนวนจากความชื้น

ความชื้นสูง (RH เฉลี่ย 90%) ทำให้เกิดการควบแน่นบนฉนวนคอมโพสิตของสวิตช์ ทำให้ความต้านทานพื้นผิวลดลงจาก 10¹²Ω เป็น 10⁸Ω ข้อมูลการตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วน (PD) แสดงให้เห็นว่ากิจกรรม PD เพิ่มขึ้นจาก 5pC เป็น 25pC ในเวลา 6 เดือน ซึ่งเป็นสัญญาณเตือนการเกิดแฟลชโอเวอร์ สารเคลือบกันน้ำของฉนวน ที่สอดคล้องกับ IEC 60068-3-3 สูญเสียประสิทธิภาพหลังจาก 3 ปีในสภาพแวดล้อมเขตร้อน ทำให้ไม่สามารถขับไล่ฟิล์มน้ำได้

3.3 ความบกพร่องในการบำรุงรักษา
3.3.1 การหล่อลื่นไม่เพียงพอ

กลไกเชื่อมโยงของสวิตช์มีซิลิโคนเจล (NLGI Grade 2) ไม่เพียงพอ ทำให้แรงเสียดทานในกลไกการทำงานเพิ่มขึ้น 15% เซ็นเซอร์อุณหภูมิบันทึกอุณหภูมิที่ข้อต่อหมุนสูงกว่าค่าพื้นฐาน 40°C ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบ stick-slip ที่สร้างแรงกระแทกทางกล คล้ายคลึงกับคำสั่งเปิดสวิตช์ตามปกติ ซึ่งสอดคล้องกับรายงานของ PLN ปี 2024 ที่แสดงให้เห็นว่า 43% ของเหตุการณ์ทำงานผิดพลาดของสวิตช์ HVD 145kV เกี่ยวข้องกับการละเลยการหล่อลื่น

3.3.2 การสอบเทียบเซ็นเซอร์ล่าช้า

เซ็นเซอร์ต้านทานคอนแทคของสวิตช์ ที่สอบเทียบ ±10μΩ ไม่ได้รับการตรวจสอบนาน 18 เดือน ความแม่นยำจริงได้เปลี่ยนแปลงเป็น ±35μΩ ซึ่งทำให้ไม่สามารถตรวจจับการเสื่อมสภาพของคอนแทค 120μΩ (ค่าวิกฤติ: 150μΩ) ความล่าช้าในการสอบเทียบนี้พบบ่อยในสถานีไฟฟ้าระยะไกลในอินโดนีเซีย ซึ่ง 37% ของสวิตช์ HVD 145kV ขาดการบำรุงรักษาตามกำหนดเนื่องจากปัญหาด้านโลจิสติกส์

4. มาตรการแก้ไขอย่างครอบคลุม
4.1 การออกแบบระบบควบคุมใหม่
4.1.1 โครงสร้างการต่อพื้นฐานแบบแยก

ดำเนินการระบบต่อพื้นฐานแบบดาวสำหรับวงจรควบคุมสวิตช์ HVD 145kV แยกออกจากพื้นฐานป้องกันฟ้าผ่าโดย 5 เมตร ติดตั้งทรานส์ฟอร์เมอร์แยก 1000V บนแหล่งพลังงานควบคุม เช่นเดียวกับกรณีศึกษาในเมดันปี 2023 ที่ลดการทำงานผิดพลาดจากแรงดันชั่วขณะลง 92%

4.1.2 การอัปเกรดรีเลย์แบบโซลิดสเตต

แทนที่รีเลย์แม่เหล็กไฟฟ้าด้วยรีเลย์แบบโซลิดสเตต (SSR) ที่ได้รับการรับรอง IEC 60950 สำหรับการทำงาน 10⁷ ครั้ง SSR ที่ใช้ในโครงการนำร่องในเซมาแรงไม่มีแรงดันชั่วขณะและมีความเร็วในการสลับ 50% มากกว่า กำจัดความเสี่ยงจากการอาร์กในสภาพแวดล้อมที่ชื้น

4.2 การเพิ่มความทนทานต่อสภาพแวดล้อม
4.2.1 การทบทวนระบบซีล IP66

• การเปลี่ยนซีล: ใช้ซีล fluoroelastomer (FKM) ที่มีความต้านทานอุณหภูมิ 200°C ความยืดหยุ่น 300% และสารป้องกัน UV ที่สอดคล้องกับภาคผนวกสภาพภูมิอากาศเขตร้อนของ IEC 60068-3-3

• การปรับปรุงระบายน้ำ: เพิ่มรูระบายน้ำขนาด 12mm พร้อมหน้าจอป้องกันแมลงในตู้สวิตช์ ลดการสะสมน้ำ การทดลองในจาการ์ตาแสดงให้เห็นว่าน้ำหนักภายในลดลงจาก 85% เป็น 55% ภายใน 24 ชั่วโมง

4.2.2 โซลูชันฉนวนขั้นสูง

• สารเคลือบ superhydrophobic: ใช้สารเคลือบ SiO₂ แบบพ่น (มุมติดต่อ >150°) บนฉนวน ขยายระยะเวลาการกันน้ำจาก 3 เป็น 7 ปี การทดสอบสนามในบาหลีลดกิจกรรม PD ลง 80%

• การติดตั้งเครื่องลดความชื้นแบบ Peltier: ติดตั้งเครื่องลดความชื้นแบบ Peltier (ความจุ 3L/วัน) ในตู้สวิตช์ รักษาความชื้น <40% RH สถานีไฟฟ้าในซูลาเวซีเห็นความมั่นคงของต้านทานคอนแทคเพิ่มขึ้น 65% หลังการติดตั้ง

4.3 การปรับปรุงการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์
4.3.1 การตรวจสอบด้วย IoT

ติดตั้งเครือข่ายเซ็นเซอร์ที่รองรับ 4G สำหรับวัด:

• ต้านทานคอนแทค (ความละเอียด 0.1μΩ)

• การสั่นสะเทือนของกลไก (แบนด์วิดธ์ 100Hz - 10kHz)

• ความชื้น/อุณหภูมิภายในตู้ (±1% RH, ±0.5°C)

ข้อมูลถูกวิเคราะห์ผ่านแพลตฟอร์ม AI บนคลาวด์ (ความแม่นยำ 94%) ที่สามารถพยากรณ์การชำรุดล่วงหน้า 72 ชั่วโมง ซึ่งได้รับการพิสูจน์ในโครงการนำร่องในปาปัวที่ลดการหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดลง 85%

4.3.2 แผนการบำรุงรักษาตามภูมิภาค

พัฒนาแผนการบำรุงรักษาตามสภาพภูมิอากาศ:

5. ผลกระทบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ
5.1 การปรับปรุงตัวชี้วัดความน่าเชื่อถือ

• การเพิ่ม MTBF: จาก 12,000 ชั่วโมงเป็น 45,000 ชั่วโมงหลังการแทรกแซง ซึ่งเกินเป้าหมายของ IEC 62271-102

• เวลาการตรวจจับข้อผิดพลาด: ลดลงจาก 4 ชั่วโมงเป็น 15 นาทีผ่านการตรวจสอบด้วย IoT แบบเรียลไทม์

5.2 การวิเคราะห์ต้นทุน-ประโยชน์

• การลงทุนเริ่มต้น: $500,000 สำหรับสถานีไฟฟ้า 10 สวิตช์ในอินโดนีเซีย

• การประหยัดใน 5 ปี: $2.3 ล้านบาท จาก:

• การลดแรงงานบำรุงรักษาลง 75%

• การลดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนอุปกรณ์ลง 90%

• การลดการสูญเสียจากการหยุดทำงานลง 88%

6. สรุป

เหตุการณ์การทำงานผิดพลาดของสวิตช์ตัดกระแส 145kV ในอินโดนีเซียเน้นย้ำถึงความจำเป็นในการใช้โซลูชันแบบบูรณาการที่ครอบคลุมความอ่อนแอของระบบควบคุม การเสื่อมสภาพจากสภาพแวดล้อม และช่องว่างในการบำรุงรักษา ด้วยการใช้ตู้สวิตช์ที่เสริมด้วย IP66 ส่วนประกอบที่สอดคล้องกับ IEC 60068-3-3 และการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วย IoT ระบบไฟฟ้า 145kV ของอินโดนีเซียสามารถบรรลุตัวชี้วัดความน่าเชื่อถือที่เทียบเท่ากับมาตรฐานโลก นอกจากนี้ยังช่วยลดความเสี่ยงจากการทำงานผิดพลาดและสนับสนุนเป้าหมายของประเทศในการสร้างโครงสร้างพื้นฐานไฟฟ้าที่มีความยืดหยุ่นและสมาร์ท ที่สามารถตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นในสภาพแวดล้อมเขตร้อน