สถานีไฟฟ้าแบบกล่องอัจฉริยะบนพื้นฐานของสวิตช์เกียร์ GIS แรงดันสูง 110 kV งานวิจัยการออกแบบ

การเลือกและติดตั้งอุปกรณ์กระจายพลังงานตาม GIS

ในปัจจุบัน อุปกรณ์กระจายพลังงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายหลักๆ ได้แก่ อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แบบเปิดโล่งภายนอก อุปกรณ์ GIS ภายในแบบดั้งเดิม อุปกรณ์ GIS ภายในโครงสร้างเหล็ก และอุปกรณ์ GIS ไฮบริดภายนอก การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อทำการติดตั้งอุปกรณ์กระจายพลังงานสำหรับสถานีไฟฟ้าอัจฉริยะสำเร็จรูปในประเทศอินโดนีเซีย สถานีไฟฟ้าส่วนใหญ่ในอินโดนีเซียตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีสภาพภูมิศาสตร์ซับซ้อนและความหนาแน่นของโหลดต่ำ ตามแผนปัจจุบัน กลยุทธ์การพัฒนาเครือข่ายไฟฟ้าในภูมิภาคคือการใช้สายส่ง 110 kV ที่มีอยู่ในการสร้างสถานีไฟฟ้าขนาดเล็ก บนพื้นฐานนี้ ระดับแรงดันจะลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการลงทุน เพิ่มการใช้งานอุปกรณ์ และลดบทบาทของสถานีไฟฟ้า 35 kV สถานีไฟฟ้าในเครือข่ายไฟฟ้าของอินโดนีเซียมีขนาดใหญ่ มีค่าใช้จ่ายในการลงทุนและอุปกรณ์สูง และระยะเวลาการก่อสร้างยาวนาน ทำให้จำเป็นต้องมีการปรับปรุงในการเลือกและติดตั้งอุปกรณ์กระจายพลังงาน

อุปกรณ์ GIS ไฮบริดภายนอกรวมวงจรตัดและวงจรแยกโดยใช้บัสบาร์แบบดั้งเดิม การจัดวางเช่นนี้สามารถลดจำนวนฟลังและอุปกรณ์ภายนอก ทำให้เพิ่มประสิทธิภาพการใช้พื้นที่ในพื้นที่เป้าหมาย นอกจากนี้ การใช้อุปกรณ์ GIS ไฮบริดยังสามารถลดความยากในการติดตั้งและการขยาย ทำให้ง่ายต่อการติดตั้งและบำรุงรักษาระบบในพื้นที่ภูเขาและเนินเขา

อินโดนีเซียมีสภาพภูมิอากาศที่ชื้นและมีวันที่มีอุณหภูมิสูงจำนวนมาก ดังนั้นระบบควบคุมอัจฉริยะมีข้อกำหนดทางสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวด ในอินโดนีเซีย ตู้ควบคุมอัจฉริยะทั่วไปต้องการช่วงความชื้นสัมพัทธ์ 5% - 95% และช่วงอุณหภูมิแวดล้อม -5 - 55°C โดยไม่อนุญาตให้เกิดน้ำแข็ง ในการทำความเย็น ลดความชื้น และป้องกันการเกิดหยดน้ำค้างสำหรับตู้ควบคุมภายนอก การศึกษานี้ใช้วิธีการติดตั้งเครื่องปรับอากาศที่ด้านข้างของประตูตู้

ในเรื่องของการเชื่อมต่อไฟฟ้าหลัก ต้องมั่นใจว่ามีความน่าเชื่อถือ ประหยัด ปฏิบัติงานได้ และปลอดภัยในการทำงาน สำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้า 110 kV แบบบัสบาร์เดียว มักใช้การเชื่อมต่อแบบแบ่งส่วนหรือแบบสะพาน การเชื่อมต่อแบบสะพานมีวงจรตัดน้อยและค่าใช้จ่ายในการลงทุนต่ำ แต่มีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าการเชื่อมต่อแบบแบ่งส่วน และมีความยากในการปรับปรุงและขยายในภายหลัง ดังนั้นการศึกษานี้ใช้วงจรตัดในการแบ่งส่วนบัสบาร์ ด้วยวิธีการเชื่อมต่อแบบแบ่งส่วนนี้ เมื่อบางส่วนของบัสบาร์เสียหาย ส่วนที่เหลือยังสามารถจ่ายไฟได้ตามปกติ ทำให้การให้บริการมีความน่าเชื่อถือ การเชื่อมต่อแบบบัสบาร์เดียวแบ่งส่วนมีความเรียบง่าย มีชิ้นส่วนอุปกรณ์น้อย และมีความน่าเชื่อถือและปฏิบัติงานได้สูง โครงสร้างของสถานีไฟฟ้าอัจฉริยะที่ปรับปรุงแล้วแสดงในรูปที่ 1

หม้อแปลงไฟฟ้าภายในสถานีไฟฟ้า ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญ เล่นบทบาทสำคัญในการตรวจจับสภาพ ด้วยการพิจารณาค่าใช้จ่ายในการลงทุนและการใช้งาน โครงการออกแบบนี้ใช้เครื่องตรวจจับก๊าซละลายในน้ำมันออนไลน์และเครื่องตรวจจับกระแสกราวด์คอร์ไอออนออนไลน์ ตัวแรกมีราคาประมาณ 200,000 RMB ต่อชุด ใช้สำหรับตรวจจับฉนวนภายในหม้อแปลงหลัก ส่วนตัวหลังใช้สำหรับการตรวจจับกระแสกราวด์คอร์ในเวลาจริง ทั้งสองเทคโนโลยีมีความเจริญก้าวหน้าและใช้งานอย่างแพร่หลาย

หม้อแปลงไฟฟ้าอัจฉริยะรวมอุปกรณ์หลักและรอง ทำให้สามารถตรวจจับสภาพและประเมินสภาพการทำงานได้ ในการอำนวยความสะดวกในการบำรุงรักษาประจำวันและการตรวจสอบกะ และลดภาระการบำรุงรักษา ได้เลือกวิธีการทำความเย็นด้วยการไหลเวียนน้ำมันธรรมชาติและลมเป็นวิธีการทำความเย็นสำหรับหม้อแปลงหลัก

GIS ไฮบริดรวมวงจรตัด สวิตช์ และทรานสฟอร์เมอร์กระแสเข้าไว้ด้วยกันเป็นหน่วยเดียว ทำให้กระบวนการปรับปรุงง่ายขึ้นโดยลดจำนวนอุปกรณ์ นอกจากนี้ GIS ไฮบริดภายนอกมีจำนวนอุปกรณ์และฟลังน้อย ทำให้มีความน่าเชื่อถือและความต้านทานต่อการกัดกร่อนสูง ทำให้ทำงานได้ดีในพื้นที่เป้าหมาย แรงดันไฟฟ้ากำหนดของอุปกรณ์ GIS ไฮบริดคือ 126 kV และกระแสไฟฟ้ากำหนดคือ 2000 A แต่ละอุปกรณ์ GIS ไฮบริดประกอบด้วยเซ็นเซอร์ ตู้ควบคุมอัจฉริยะ และอุปกรณ์ตรวจจับสภาพของ SF₆ ซึ่งสามารถตรวจจับสภาพของก๊าซและสภาพการทำงานของอุปกรณ์ ทำให้สามารถวัดดิจิทัล แลกเปลี่ยนข้อมูล และสอบถามสภาพสำหรับสวิตช์แรงดันสูง

การปรับปรุงอุปกรณ์กระจายพลังงานและการวางผังทั่วไป

ในการออกแบบสถานีไฟฟ้าอัจฉริยะเดิม การจัดสรรตู้เทอร์มินอลอัจฉริยะและตู้ควบคุม-รวบรวม GIS ไฮบริด ทำตามการจัดสรรสองตู้ต่อเบย์ แต่วิธีการนี้ทำให้มีวงจรเคเบิลข้ามจำนวนมาก ซึ่งไม่เหมาะสมสำหรับการบำรุงรักษาประจำวัน ดังนั้น วงจรรองของเทอร์มินอลอัจฉริยะและกลไก GIS ไฮบริดสามารถรวมกันได้ โดยการรวมแผงควบคุม วงจรล็อค วงจรป้องกันการกระโดด และวงจรไม่ตรงเฟสเข้ากับเทอร์มินอลอัจฉริยะ ทำให้สามารถออกแบบแบบรวมได้

การปรับปรุงตู้ควบคุมอัจฉริยะครอบคลุมสามด้าน: (1) ลดความซับซ้อนของวงจรโดยแทนที่ลอจิกการเชื่อมต่อฮาร์ดแวร์ด้วยซอฟต์แวร์ลอจิกที่เทอร์มินอลปลายทาง (2) ทำให้สามารถสื่อสารระหว่างเบย์ผ่านเทอร์มินอลอัจฉริยะและเทคโนโลยีวัตถุเหตุการณ์ที่สถานีไฟฟ้า (3) ใช้การออกแบบรวมของเทอร์มินอลอัจฉริยะและวงจรควบคุมสวิตช์ เพื่อลดฟังก์ชันที่ซ้ำซ้อน เช่น วงจรล็อคแรงดัน นอกจากการปรับปรุงวงจรเหล่านี้ การวางผังของเทอร์มินอลอัจฉริยะภายในตู้ควบคุม-รวบรวมเดิมยังคงอยู่ และการเชื่อมต่อระหว่างตู้ควบคุม-รวบรวมอัจฉริยะและอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องได้รับการปรับปรุง

โครงการออกแบบที่เสนอในงานวิจัยนี้ใช้โมเดลตู้สำเร็จรูปแบบโมดูลาร์ การวางผังของสถานีไฟฟ้าควรขึ้นอยู่กับสภาพธรรมชาติและข้อกำหนดทางวิศวกรรมของพื้นที่เป้าหมาย และควรมีข้อดีเช่น ความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ป้องกันไฟไหม้ และสะดวกในการดำเนินงานและบำรุงรักษา ในพื้นที่เป้าหมาย อุปกรณ์กระจายพลังงาน 110 kV และหม้อแปลงหลักถูกจัดจากเหนือจรดใต้ เพื่อตอบสนองความต้องการในการขนส่ง ภายในสถานีไฟฟ้ามีทางผ่านสำหรับการดับเพลิงแบบวงกลม และการติดตั้งอุปกรณ์ในที่ใช้วิธีการวางผังที่ลดลง ด้วยการวางผังนี้ สามารถประหยัดพื้นที่ 18% การวางผังทั่วไปของอุปกรณ์กระจายพลังงานในโครงการออกแบบแสดงในรูปที่ 2

ในเรื่องของการปรับปรุงมิติการกระจาย

โครงการออกแบบที่เสนอในงานวิจัยจัด GIS ไฮบริดในสองแถว และอุปกรณ์กระจายพลังงาน 110 kV ใช้ท่อสนับสนุนอลูมิเนียม-แมกนีเซียมสำหรับบัสบาร์ภายนอก การวางผังมาตรฐานของเบย์ส่วนแบ่งมักมีการจัดเรียงบัสบาร์ท่ออ่อนที่ทั้งสองปลาย ซึ่งใช้พื้นที่ด้านข้างมาก ด้วยการรวม GIS ไฮบริด การวางผังมีความกระชับมากขึ้น งานวิจัยกำหนดมิติด้านข้างของเบย์ส่วนแบ่งไว้ที่ 8 เมตร ซึ่งสั้นกว่าเดิม 2 เมตร มิติยาวมาตรฐานคือ 39 เมตร เพื่อปรับปรุงมิติยาว โครงการที่เสนอใช้อุปกรณ์รวม ลบโครงสร้างขาเข้า และปรับเปลี่ยนโครงสร้างบัสบาร์ ทำให้ลดการใช้พื้นที่ด้านยาว ด้วยการปรับปรุงสองประการนี้ มิติยาวในโครงการคือ 25.2 เมตร ซึ่งสั้นกว่าความยาวมาตรฐาน 13.8 เมตร ทำให้ลดพื้นที่ที่อุปกรณ์ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การวิเคราะห์ประสิทธิภาพและต้นทุนของสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูปอัจฉริยะ

หลังจากการก่อสร้างสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูปเสร็จสิ้น จะต้องดำเนินการทดสอบและตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าฟังก์ชันของอุปกรณ์ต่างๆ สามารถตอบสนองความต้องการในการออกแบบและสามารถสื่อสารระหว่างอุปกรณ์และซอฟต์แวร์ได้ตามปกติ การทดลองบันทึกและวิเคราะห์ข้อมูล เช่น ค่ากระแส ค่าแรงดัน กำลังไฟฟ้าที่ใช้งาน ความร้อนของหม้อแปลง และแฟคเตอร์พลังงานของสวิตช์ต่างๆ ในสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูป เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์ของสถานีไฟฟ้าทำงานอย่างมั่นคง ค่าความร้อนของหม้อแปลงในช่วงเวลาต่างๆ แสดงในรูปที่ 3

จากการสังเกตรูปที่ 3(a) พบว่าค่าความร้อนของเฟส A, B, และ C ยังคงอยู่ในภาวะที่ค่อนข้างมั่นคง ความร้อนของเฟส B สูงที่สุด คือ 43.6 °C ระหว่างเวลา 8:31 ถึง 8:32 ความร้อนของเฟส A อยู่ระหว่าง 42.0 - 43.2 °C และความร้อนของเฟส C อยู่ที่ประมาณ 42.5 °C ในรูปที่ 3(b) ค่าความร้อนของหม้อแปลงที่เก็บข้อมูลในช่วงบ่ายมีการเปลี่ยนแปลงน้อย ด้วยการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อม ค่าความร้อนรวมของเฟส A, B, และ C สูงกว่าค่าที่วัดในตอนเช้า แต่ยังอยู่ในช่วงอุณหภูมิปกติ ที่เวลา 14:32 ค่าความร้อนของเฟส B คือ 44.1 °C และค่าความร้อนของเฟส A และ C คือ 42.9 °C และ 42.6 °C ตามลำดับ ตลอดระยะเวลาการวัด ค่าความร้อนต่ำสุดของเฟส C คือ 42.2 °C และค่าสูงสุดคือ 43.7 °C ขณะที่ค่าความร้อนของเฟส A อยู่ระหว่าง 42.6 - 43.8 °C

การวิเคราะห์ข้อมูลทดสอบในที่ปรากฏว่าข้อมูลของสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูปทั้งหมดสอดคล้องกับความต้องการในการออกแบบและปฏิบัติตามมาตรฐานการยอมรับที่เกี่ยวข้อง ในด้านความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจ บนพื้นฐานของทฤษฎีต้นทุนตลอดวงจร ทดลองวิเคราะห์และคำนวณต้นทุนต่างๆ ของอุปกรณ์กระจายพลังงาน 110 kV และเลือกแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศสำหรับเปรียบเทียบ ผลการเปรียบเทียบแสดงในรูปที่ 4

ในรูปที่ 4 ต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นสำหรับแผนการออกแบบ GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงคือ 2.413 ล้าน RMB ซึ่งสูงกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ 0.133 ล้าน RMB นี่เป็นเพราะต้นทุนการจัดซื้ออุปกรณ์ของแผน GIS ไฮบริดสูงกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ และต้นทุนการติดตั้งวิศวกรรมก็สูงกว่าเล็กน้อย

ในระยะการดำเนินงานและการบำรุงรักษา ต้นทุนที่ต้องการมีสัดส่วนน้อย ด้วยสถานีไฟฟ้าของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงเป็นสถานีไฟฟ้าไร้คนควบคุม ต้องการการตรวจสอบประจำเพียงเล็กน้อย ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาประจำวัน ดังนั้น ต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต่ำกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศอย่างมาก

ความน่าจะเป็นของการชำรุดเสียหายรายปีของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงลดลงอย่างมาก ทำให้ต้นทุนการบำรุงรักษาลดลงอย่างชัดเจน นอกจากนี้ ต้นทุนการรื้อถอนของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงคือเพียง 89% ของแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ ด้วยการพิจารณาทุกปัจจัย ค่าปัจจุบันของต้นทุนตลอดวงจรของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงต่ำกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ 0.549 ล้าน RMB นอกจากนี้ แผนสถานีไฟฟ้า 110 kV GIS แบบอัจฉริยะยังดีกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศแบบดั้งเดิม

สรุป

เพื่อประหยัดทรัพยากรพื้นที่ในเมือง ลดระยะเวลาการก่อสร้าง และเพิ่มความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจและความน่าเชื่อถือของสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูป งานวิจัยนี้เสนอแผนการออกแบบ GIS ไฮบริดภายนอกที่รวมวงจรตัดและวงจรแยก ด้วยการปรับปรุงวงจรและการใช้การเชื่อมต่อแบบบัสบาร์เดียวแบ่งส่วน และการปรับปรุงการวางผังทั่วไป จำนวนการชำรุดเสียหายลดลงและต้นทุนการบำรุงรักษาลดลง

ผลการทดสอบแสดงว่าในการเก็บข้อมูลความร้อนของหม้อแปลง ค่าความร้อนของเฟส A, B, และ C ยังคงอยู่ในภาวะที่ค่อนข้างมั่นคง ในช่วงเช้า ค่าความร้อนของเฟส A อยู่ระหว่าง 42.0 - 43.2 °C ในขณะที่ค่าความร้อนของเฟส C อยู่ที่ประมาณ 42.5 °C ในช่วงบ่าย ค่าความร้อนของเฟส C อยู่ระหว่าง 42.2 °C ถึง 43.7 °C และค่าความร้อนของเฟส A อยู่ระหว่าง 42.6 °C ถึง 43.8 °C ข้อมูลของสถานีไฟฟ้าสำเร็จรูปสอดคล้องกับความต้องการในการออกแบบและปฏิบัติตามมาตรฐานการยอมรับที่เกี่ยวข้อง

ในการวิเคราะห์ต้นทุนตลอดวงจร แม้ว่าต้นทุนการลงทุนเริ่มต้นของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงคือ 2.413 ล้าน RMB ซึ่งสูงกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ 0.133 ล้าน RMB แต่แผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงต้องการการตรวจสอบประจำเพียงเล็กน้อย ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาประจำวัน ทำให้ต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาต่ำกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศอย่างมาก และลดต้นทุนการบำรุงรักษาอย่างชัดเจน คำนวณแล้วพบว่าค่าปัจจุบันของต้นทุนตลอดวงจรของแผน GIS ไฮบริดที่ได้รับการปรับปรุงต่ำกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศ 0.549 ล้าน RMB แสดงให้เห็นว่าแผนสถานีไฟฟ้า 110 kV GIS แบบอัจฉริยะที่ได้รับการปรับปรุงดีกว่าแผนการใช้สวิตช์เกียร์แบบฉนวนอากาศแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตาม งานวิจัยนี้วิเคราะห์และปรับปรุงเฉพาะการออกแบบสถานีไฟฟ้าหลัก ในอนาคต ต้องดำเนินการออกแบบอัจฉริยะที่ครอบคลุมมากขึ้นสำหรับสถานีไฟฟ้ารอง โดยพิจารณาการสื่อสารและการก่อสร้างพื้นที่