การวิเคราะห์ความปลอดภัยและการรับประกันความน่าเชื่อถือของตู้สวิตช์ไฟฟ้าแรงดันกลาง
ในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านการดำเนินงานระบบไฟฟ้า ผมรับรู้ว่าสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง (MV) มีบทบาทสำคัญในการกระจายพลังงาน การวัด และการป้องกัน ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในการทำงานของมันเป็นสิ่งที่สำคัญ—การเสียหายใด ๆ สามารถทำให้ระบบไฟฟ้าทั้งหมดหยุดชะงักได้ ในการเพิ่มความน่าเชื่อถือ เราต้องให้ความสำคัญกับการปรับปรุงในระดับการออกแบบ เพื่อให้สวิตช์เกียร์ MV สามารถปฏิบัติหน้าที่และปกป้องความมั่นคงของระบบไฟฟ้าได้
1. คำนิยามของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง
ในการปฏิบัติงานของผม สวิตช์เกียร์ MV หมายถึงสวิตช์เกียร์หุ้มโลหะตามที่กำหนดไว้ใน GB 3906—2020 สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมไฟฟ้าสลับแรงดันจาก 3.6 kV ถึง 40.5 kV: อุปกรณ์ที่ถูกหุ้มด้วยเคสโลหะอย่างเต็มที่ยกเว้นสายนำเข้า/ออก
ในระบบไฟฟ้า สวิตช์เกียร์ MV มีหน้าที่สำคัญในการสลับ การวัด การกระจายพลังงาน และการป้องกันในขั้นตอนของการผลิต การส่ง และการกระจาย ในระหว่างการทำงาน ผมปรับเปลี่ยนการกำหนดค่าตามความต้องการของระบบ—เชื่อมหรือตัดการเชื่อมต่ออุปกรณ์หรือสายฟีดเดอร์เพื่อรักษาความมั่นคง เมื่อมีความผิดพลาดเกิดขึ้นในอุปกรณ์หรือสายของระบบ ผมใช้สวิตช์เกียร์ MV เพื่อแยกส่วนที่ผิดพลาดออกไปอย่างรวดเร็ว เพื่อให้การจ่ายไฟฟ้าไปยังพื้นที่ที่ไม่ได้รับผลกระทบสามารถดำเนินต่อไปได้
2. ความสำคัญของการรับประกันความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์ MV
สวิตช์เกียร์ MV ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในระบบไฟฟ้า กับการขยายตัวและการซับซ้อนของระบบไฟฟ้าในประเทศจีน ระบบไฟฟ้าต้องแบกรับภาระที่มากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการทางสังคม จากประสบการณ์ของผม เฉพาะเมื่อเราสามารถรับประกันความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์ MV ได้ มันจึงจะสามารถจัดการการกระจายพลังงาน การวัด และการป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้รักษาความมั่นคงโดยรวมของระบบไฟฟ้าได้
เหตุการณ์ความปลอดภัยหรือการล้มเหลวในการทำงานของสวิตช์เกียร์ MV จะทำให้ระบบการกระจายไฟฟ้าไม่มั่นคง ทำให้การจ่ายไฟฟ้าถูกกระทบ ในกรณีที่ร้ายแรง อาจทำให้เกิดการขาดแคลนไฟฟ้าอย่างกว้างขวาง ส่งผลให้เกิดความสูญเสียทางเศรษฐกิจอย่างมากสำหรับการผลิตทางสังคม ดังนั้น ผมเน้นความจำเป็นในการเพิ่มความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์ MV ผ่านมาตรการหลายด้าน เพื่อรับประกันการทำงานที่มั่นคงและการสนับสนุนระบบไฟฟ้า
3. กลยุทธ์ในการเพิ่มความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์ MV
3.1 การออกแบบโครงสร้างเคสอย่างเหมาะสม
การออกแบบเคสอย่างมีวิทยาศาสตร์เป็นพื้นฐานในการรับประกันความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์ MV ซึ่งผมให้ความสำคัญในการปฏิบัติงานทางวิศวกรรม ตัวอย่างเช่น:
การปรับปรุงการออกแบบเหล่านี้สอดคล้องกับแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรม ทำให้สวิตช์เกียร์ MV สามารถตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการทำงานจริง
3.2 การออกแบบโครงสร้างฉนวนอย่างเหมาะสม
ในการเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง-ต่ำ การเสริมการออกแบบฉนวนเป็นสิ่งที่จำเป็น นอกจากการตอบสนองความต้องการด้านฉนวนแล้ว ยังต้องพิจารณาปัจจัยอื่น ๆ เช่น ต้นทุนการออกแบบและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม
3.2.1 การเลือกแก๊สฉนวนอย่างเหมาะสม
ในสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง SF₆ แก๊สเป็นสารฉนวนหลัก อย่างไรก็ตาม มันไม่เพียงแต่มีพิษเท่านั้น แต่ยังมี GWP (Global Warming Potential) ที่สูงมาก แม้ว่า CO₂ จะเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มี GWP สูง แต่ SF₆ แก๊สมี GWP สูงกว่า CO₂ ถึง 23,900 เท่า แสดงให้เห็นถึงอันตรายที่มีต่อสิ่งแวดล้อมธรรมชาติ สำหรับสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง-ต่ำที่ไม่มีความต้องการในการตัดวงจรที่สำคัญ ในการออกแบบ เราสามารถลองทดแทน SF₆ แก๊สด้วย N₂ หรืออากาศแห้ง ประสิทธิภาพของ N₂ และอากาศแห้งสามารถถึง 30% ของ SF₆ แก๊ส การเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่าง N₂, อากาศแห้ง, และ SF₆ แก๊สแสดงในตาราง 1
ตามที่แสดงในตาราง 1 N₂ และอากาศแห้งเป็นก๊าซที่ไม่เป็นก๊าซเรือนกระจก ไม่เป็นอันตรายต่อสภาพแวดล้อม และมีจุดเดือดต่ำ ไม่ต้องกังวลเรื่องการกลายเป็นของเหลวในระหว่างการใช้งานปกติ แม้ในพื้นที่ที่หนาวเย็นมาก N₂ ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของอากาศ มีคุณสมบัติทางเคมีที่มั่นคง แต่ความเข้มข้นของ N₂ ที่สูงเกินไปอาจทำให้เกิดภาวะขาดออกซิเจน ทำให้เกิดภาวะขาดอากาศหายใจ เมื่อออกแบบด้วย N₂ เป็นแก๊สฉนวน ต้องมีการตั้งค่าการระบายอากาศและอุปกรณ์ป้องกัน ในทางตรงกันข้าม การใช้อากาศแห้งเป็นแก๊สฉนวนสามารถหลีกเลี่ยงปัญหาดังกล่าว ผ่านการเปรียบเทียบอย่างรอบคอบ อากาศแห้งสามารถนำมาใช้ทดแทน SF₆ ในการออกแบบฉนวนสวิตช์เกียร์
เมื่อใช้อากาศแห้งเป็นแก๊สฉนวน ควรพิจารณาการออกแบบช่องว่างอากาศขั้นต่ำ ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง สำหรับแรงดันเรตติ้ง 12 kV ช่องว่างอากาศขั้นต่ำระหว่างเฟสและจากเฟสไปยังพื้นควรมีขนาด 125 มม. หากผ่านการทดสอบการควบแน่น ช่องว่างอากาศขั้นต่ำสามารถเล็กกว่า 125 มม. ได้เล็กน้อย การใช้อากาศแห้งเป็นแก๊สฉนวนช่วยให้สามารถลดช่องว่างอากาศขั้นต่ำลงได้
3.2.2 การเพิ่มแรงดันแตกในช่องว่างแก๊ส
ในการออกแบบ เพื่อรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง-ต่ำ ต้องเพิ่มแรงดันแตกในช่องว่างแก๊ส โดยมีวิธีการดังนี้:
ปรับปรุงการกระจายสนามไฟฟ้าในสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง-ต่ำ สามารถทำได้โดยการปรับปรุงรูปร่างของขั้วไฟฟ้าตามสถานการณ์จริง หรือใช้ประโยชน์จากประจุอวกาศเพื่อเพิ่มความสม่ำเสมอของสนามไฟฟ้า หากความสม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าแย่มาก การเพิ่มชิ้นส่วนกั้นก็เป็นตัวเลือกหนึ่ง
ยับยั้งกระบวนการไอออนของอากาศแห้ง การใช้แรงดันสูงในสวิตช์เกียร์แรงดันกลางสามารถลดการไอออนของอากาศแห้งได้ หรือใช้วิธีการสูญญากาศสูงในสวิตช์เกียร์แรงดันกลางก็สามารถทำได้เช่นกัน
เมื่อใช้แรงดันสูงหรือสูญญากาศสูง ความแข็งแรงของถังแก๊สต้องสูงมาก และปัญหาการรั่วไหลมักเกิดขึ้นในทางปฏิบัติ ทำให้เกิดผลร้ายแรง ดังนั้นในการออกแบบจริง การปรับปรุงรูปร่างของขั้วไฟฟ้าและการเพิ่มชิ้นส่วนกั้นในสนามไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมออย่างมากเป็นวิธีที่เหมาะสมในการเพิ่มแรงดันแตกในช่องว่างแก๊ส
3.3 การเลือกองค์ประกอบอย่างเหมาะสม
องค์ประกอบหลักของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง รวมถึงเบรกเกอร์สูญญากาศ ตัวตัดวงจรสูญญากาศ และคอนแทคต์ มีผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในการทำงานของอุปกรณ์ ต้องมีการควบคุมคุณภาพอย่างเคร่งครัด
ใช้สวิตช์เกียร์ ABB เป็นตัวอย่าง ตัวตัดวงจรสูญญากาศของพวกเขารับการตรวจสอบก่อนส่งมอบอย่างละเอียด: การทดสอบแรงดันสูงโดยอัตโนมัติตรวจสอบความแข็งแรงของฉนวน ในขณะที่อุปกรณ์แม่เหล็กสกรูวัดความดันภายในห้องที่เต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อย หลังจากระยะเวลาการแยกที่ระบุ ทำการทดสอบความดันครั้งที่สอง และเปรียบเทียบผลลัพธ์เพื่อรับรองว่าประสิทธิภาพการปิดผนึกตรงตามมาตรฐาน
ในการผลิต ตัวตัดวงจรสูญญากาศของ ABB ต้องมีการควบคุมสภาพแวดล้อมและกระบวนการอย่างเข้มงวด ผลิตที่โรงงานของ CalorEmag ในเยอรมนี แล้วจึงทำการประกอบโดยบริษัทสวิตช์เกียร์แรงดันกลางในภูมิภาคก่อนส่งมอบแบบรวมศูนย์ วัสดุที่ใช้สำหรับองค์ประกอบให้ความสำคัญกับอัลลอยด์ประสิทธิภาพสูงเช่น Cu-Cr และ W-C-Ag เพื่อรับประกันความทนทาน การประกอบเกิดขึ้นในห้องสะอาดเฉพาะโดยใช้กระบวนการ "ปิดผนึกและดูดอากาศในครั้งเดียว": ภายใต้ความร้อน 800°C ทำให้เกิดสูญญากาศสูงก่อน แล้วทำการเชื่อมและปิดผนึกพร้อมกันเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือของกระบวนการ
การพัฒนา R&D ของตัวตัดวงจรสูญญากาศสะท้อนการปรับปรุงประสิทธิภาพอย่างต่อเนื่อง: การประกอบในระยะแรกที่สัมผัสกับอากาศใช้เพียงแผ่นกั้นฉนวนในการแยก ต่อมาได้มีการปรับปรุงโดยใช้ปลอกฉนวนครอบตัวตัดวงจรและคอนแทคต์เพื่อบาลานซ์สนามไฟฟ้า ตามด้วยการหล่อรวมตัวตัดวงจรและคอนแทคต์เพื่อเพิ่มฉนวนระหว่างเฟสและความต้านทานต่อแรงกระแทก พร้อมทั้งใช้วัสดุที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมในการรวมประสิทธิภาพกับการพิจารณาสิ่งแวดล้อม
3.4 การวางแผนการทดสอบการตรวจสอบการออกแบบอย่างเหมาะสม
หลังจากที่การออกแบบสวิตช์เกียร์แรงดันกลางเสร็จสมบูรณ์ การตรวจสอบทดลองเป็นระยะสำคัญ การตรวจสอบจริงต้องปฏิบัติตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้อง เช่น GB 3906—2020 สวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมไฟฟ้าสลับแรงดันจาก 3.6 kV ถึง 40.5 kV, GB/T 11022—2020 ข้อกำหนดทางเทคนิคทั่วไปสำหรับมาตรฐานสวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมไฟฟ้าสลับแรงดันสูง, และ GB/T 1984—2014 สวิตช์เกียร์ไฟฟ้าสลับแรงดันสูง
ประเด็นสำคัญในการทดสอบประเภท
ต้องทำการตรวจสอบประสิทธิภาพอย่างครบถ้วนสำหรับองค์ประกอบไฟฟ้าและอุปกรณ์เสริมของสวิตช์เกียร์แรงดันกลาง เพื่อรับประกันว่าพารามิเตอร์ทางเทคนิคตรงตามความต้องการ ในการเปลี่ยนแปลงกระบวนการออกแบบหรือเงื่อนไขการผลิต ต้องทำการทดสอบประเภทใหม่เพื่อรับประกันความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์ สำหรับอุปกรณ์ที่ผลิตอย่างปกติ จำเป็นต้องทำการทดสอบอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทุก 8 ปี; ทำการทดสอบการทำงานทางกลเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพการทำงาน; พร้อมทั้งรายการตรวจสอบความปลอดภัย เช่น การทดสอบการทนทานกระแสสั้นและการทดสอบกระแสสูงสุด
ใช้สวิตช์เกียร์แรงดันกลาง ABB เป็นตัวอย่าง มันได้ผ่านการตรวจสอบทดลองในหลายประเทศภายใต้มาตรฐานที่เข้มงวดที่สุดจนถึงปัจจุบัน แสดงให้เห็นถึงความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือที่ยอดเยี่ยม ตัวอย่างเช่น การทดสอบอาร์คภายใน ซึ่งตรวจสอบ:
4 สรุป
ในฐานะองค์ประกอบหลักของระบบไฟฟ้า ความน่าเชื่อถือในการทำงานของสวิตช์เกียร์แรงดันกลางมีผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของระบบไฟฟ้า ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเพิ่มความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือในการออกแบบอุปกรณ์ ปรับปรุงพารามิเตอร์ทางเทคนิคอย่างเข้มงวดตามมาตรฐาน และสร้างแนวรับความปลอดภัยที่มั่นคงผ่านการทดสอบตรวจสอบระบบ ทำให้สวิตช์เกียร์แรงดันกลางสามารถทำงานการกระจายพลังงาน การป้องกัน และการควบคุมในระบบไฟฟ้าได้อย่างมั่นคง
