การคำนวณออกแบบสำหรับแผนการต่อพื้นดินกลางและขนาดของหม้อแปลงต่อพื้นดินในโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ระดับยูทิลิตี้
1 การจำแนกประเภทวิธีการต่อกราวด์กลางสำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์
เนื่องจากการแตกต่างของระดับแรงดันและโครงสร้างระบบไฟฟ้าในแต่ละพื้นที่ วิธีการต่อกราวด์กลางของระบบไฟฟ้าถูกแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักคือ การต่อกราวด์ไม่มีประสิทธิภาพและการต่อกราวด์มีประสิทธิภาพ การต่อกราวด์ไม่มีประสิทธิภาพรวมถึงการต่อกราวด์กลางผ่านคอยล์กำจัดอาร์กและการต่อกราวด์กลางโดยไม่ต่อ ในขณะที่การต่อกราวด์มีประสิทธิภาพประกอบด้วยการต่อกราวด์กลางแบบแข็งและการต่อกราวด์กลางผ่านตัวต้านทาน การเลือกวิธีการต่อกราวด์กลางเป็นปัญหาที่ครอบคลุมหลายด้าน เช่น ความไวของระบบป้องกันทางรีเลย์ ระดับฉนวนของอุปกรณ์ ต้นทุนการลงทุน ความต่อเนื่องของการจ่ายไฟ ความยากในการดำเนินการและบำรุงรักษา ขอบเขตของข้อผิดพลาด และผลกระทบที่มีต่อความมั่นคงของระบบ
1.1 การต่อกราวด์ไม่มีประสิทธิภาพ
1.1.1 การต่อกราวด์กลางผ่านคอยล์กำจัดอาร์ก
คอยล์กำจัดอาร์กจะติดตั้งที่จุดกลางของระบบ เมื่อมีข้อผิดพลาด กระแสเหนี่ยวนำจะชดเชยกระแสความจุของระบบ และกระแสข้อผิดพลาดที่จุดต่อกราวด์จะเป็นกระแสเหนี่ยวนำที่เหลือหลังการชดเชย เมื่อมีข้อผิดพลาดทางเฟสเดียว คอยล์จะชดเชยกระแสความจุเพื่อยับยั้งอาร์กข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว ลดอาร์กข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นซ้ำและแรงดันเกิน ระบบสามารถทำงานต่อไปได้สักระยะหนึ่งหลังจากเกิดข้อผิดพลาด ทำให้เหมาะสมกับสถานการณ์ที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงในการจ่ายไฟ
ลักษณะสำคัญ:
การป้องกันและการดำเนินการ: กระแสข้อผิดพลาดขนาดเล็กทำให้การป้องกันด้วยกระแสศูนย์ลำบาก ต้องใช้การป้องกันข้อผิดพลาดทางเฟสเดียวที่ซับซ้อน คอยล์ต้องทำงานในโหมดชดเชยมากเกินไป ผู้ปฏิบัติงานต้องปรับพารามิเตอร์ตามการเปลี่ยนแปลงของระบบ ทำให้การบำรุงรักษาซับซ้อน
การติดตั้ง: ควรหลีกเลี่ยงการติดตั้งคอยล์หลายตัวอย่างเข้มข้นหรือการติดตั้งคอยล์เดียวเพื่อป้องกันการชดเชยไม่สำเร็จ
ความเหมาะสมและข้อจำกัด: เหมาะสำหรับระบบที่มีกระแสความจุทางเฟสเดียวสูง ลดผลกระทบความร้อนของอุปกรณ์และสามารถจ่ายไฟได้ต่อเนื่องสักระยะหนึ่ง แต่ระบบป้องกันรีเลย์ไม่สามารถตัดข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาดกลางถึงใหญ่ ดังนั้น มักไม่ใช้ในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด MW ขึ้นไปและบัสบาร์ 10 kV/35 kV ระบบคอยล์กำจัดอาร์กที่มีอยู่ก่อนหน้านี้กำลังถูกปรับปรุง
1.1.2 การต่อกราวด์กลางโดยไม่ต่อ
ระบบต่อกราวด์กลางโดยไม่ต่อ (การต่อกราวด์ไม่มีประสิทธิภาพ) มีกระแสข้อผิดพลาดจากความจุของสายไฟหรืออุปกรณ์เมื่อมีข้อผิดพลาดทางเฟสเดียว โดยไม่มีวงจรป้อนกลับสั้น อนุญาตให้ระบบทำงานต่อไปได้ 1-2 ชั่วโมงเนื่องจากกระแสต่ำและความดันระหว่างเฟสยังคงอยู่ แต่มีความเสี่ยงต่อแรงดันเกินจากการเกิดอาร์กขึ้นใหม่ ต้องใช้ฉนวนที่มีความทนทานสูง เหมาะสำหรับกระแสความจุขนาดเล็ก (เช่น ด้าน AC ของอินเวอร์เตอร์ PV หรือทรานสฟอร์เมอร์แรงดันต่ำที่ไม่ต่อ neutral)
1.2 การต่อกราวด์มีประสิทธิภาพ
1.2.1 การต่อกราวด์กลางแบบแข็ง
ให้กระแสข้อผิดพลาดสูง ระบบป้องกันไว แรงดันเกินต่ำ และฉนวนที่ผ่อนคลาย แต่มีความเสี่ยงต่อความน่าเชื่อถือที่ลดลงจากกระแสต่อกราวด์ที่สูงเกินไปและสัญญาณรบกวนที่รุนแรง พบบ่อยในสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด ≥50 MW ที่มีทรานสฟอร์เมอร์แรงดันสูง ≥110 kV พร้อมสวิตช์แยกและตัวป้องกันฟ้าผ่าสำหรับการต่อกราวด์ที่ยืดหยุ่น
1.2.2 การต่อกราวด์กลางผ่านตัวต้านทาน
ฉีดกระแสที่มีประสิทธิภาพ>กระแสความจุผ่านตัวต้านทานที่จุดกลาง ทำให้ระบบป้องกันด้วยกระแสศูนย์มีความไวสูงสำหรับการแยกข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็ว ข้อดี:
พารามิเตอร์ที่มั่นคง: ไม่ต้องปรับพารามิเตอร์ในระหว่างการทำงานครั้งแรก
เศรษฐกิจฉนวน: ความต้องการฉนวนต่ำจากการแยกข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็ว
การประยุกต์ใช้: ระบบสายเคเบิลยาว ทรานสฟอร์เมอร์หรือมอเตอร์ความจุสูง และสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่มีกระแสความจุสูง
ระดับแรงดัน:
≥220 kV: การต่อกราวด์แบบแข็ง
66–110 kV: ส่วนใหญ่การต่อกราวด์แบบแข็ง บางส่วนไม่แข็ง
6–35 kV: ส่วนใหญ่ไม่แข็ง บางส่วนแข็ง
2 การคำนวณความจุของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์
สำหรับสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด MW ที่มีบัส 10/35 kV (การต่อกราวด์ผ่านตัวต้านทาน) จำเป็นต้องใช้ทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์เฉพาะหากจุดกลางไม่ได้ถูกต่อออกมา ขั้นตอนการคำนวณ:
แรงดันปฐมภูมิ: ตรงกับแรงดันบัสของระบบ
กระแสความจุ: รวมกระแสจากสายเคเบิลและสายอากาศ บวกกับผลกระทบจากอุปกรณ์ในสถานี
ค่าตัวต้านทาน: รับประกันการเปิดระบบป้องกันด้วยกระแสศูนย์อย่างรวดเร็ว
ความจุของทรานสฟอร์เมอร์: พิจารณาตามการจัดอันดับของตัวต้านทานต่อกราวด์ รวมโหลดรองหากใช้งานเป็นแหล่งจ่ายไฟภายในสถานี
3 ตัวอย่างการคำนวณความจุของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์
3.1 ภาพรวมโครงการ
สถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์แบบรวมศูนย์ขนาด 50 MW ที่มีแท่นติดตั้งแบบตรึงที่ความสูง 1340 เมตร (อุณหภูมิเฉลี่ยรายปี 3°C) ไม่ต้องลดกำลังผลิตเนื่องจากความสูงหรือความชื้น ประกอบด้วย sub-array ขนาด 1 MW จำนวน 50 ตัว กระแส DC จะถูกแปลงและเพิ่มแรงดันเป็น 35 kV ที่สถานที่ 10 sub-array จะรวมเป็นสายรวบรวมแล้วส่งเข้าสู่ระบบบัส 35 kV แบบเดี่ยว จากนั้นเพิ่มแรงดันเป็น 110 kV (การต่อกราวด์กลางแบบแข็ง) สถานีเพิ่มแรงดัน 35 kV ประกอบด้วยทรานสฟอร์เมอร์แรงดันต่ำหลัก 5 สายรวบรวม PV ทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์ ทรานสฟอร์เมอร์บริการสถานี การชดเชยความต้านทาน และวงจร PT พร้อมการต่อกราวด์ผ่านตัวต้านทานสำหรับจุดกลาง
3.2 การคำนวณความจุของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์
3.2.1 วิธีการต่อกราวด์
แรงดันปฐมภูมิที่กำหนดของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์ตรงกับแรงดันระบบ 35 kV สายรวบรวม 35 kV ส่วนใหญ่เป็นสายเคเบิลฝังในพื้น (รวม 34 กิโลเมตร) พร้อมสายอากาศ 2 กิโลเมตร
กระแสความจุทางเฟสเดียวสำหรับสายอากาศ 35 kV: Ic1=3.3×UL×L×10−3=0.231A
กระแสความจุทางเฟสเดียวสำหรับสายเคเบิล 35 kV: Ic2=0.1×UL×L=119A
( UL): แรงดันระหว่างสาย (kV); L: ความยาวของสาย (กิโลเมตร))
ด้วยการเพิ่มกระแสความจุของสถานี 35 kV ที่ 13% กระแสความจุทางเฟสเดียวที่คำนวณได้ของสถานีผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์เกิน 10 A ดังนั้นจุดกลางของบัส 35 kV ใช้วิธีการต่อกราวด์ผ่านตัวต้านทาน
3.2.2 ความจุของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์
สำหรับตัวต้านทานต่อกราวด์ แรงดันปฐมภูมิ UR≥21.21kV ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาดทางเฟสเดียว กระแสข้อผิดพลาดที่จุดต่อกราวด์ถูกตั้งค่าที่ 150-500 A ดังนั้น IR=400A และ R=50.5Ω PR≥UR×IR ในระบบต่อกราวด์ตัวต้านทานต่ำ ความจุของทรานสฟอร์เมอร์ต่อกราวด์คือ 1/10 ของความจุที่สอดคล้องกับกระแสข้อผิดพลาด เนื่องจากมีทรานสฟอร์เมอร์บริการสถานีแยกต่างหาก โหลดรองถูกละเว้น ด้วยการพิจารณาปัจจัยทางเทคนิค-เศรษฐกิจ สภาพอากาศ และความสูง ความจุถูกกำหนดที่ 1000 kVA
4. สรุป
การพัฒนาพลังงานทดแทนเช่น พลังงานแสงอาทิตย์สอดคล้องกับนโยบายการพัฒนาอุตสาหกรรมของประเทศต่างๆ วิธีการต่อกราวด์กลางมีผลกระทบต่อการออกแบบและปฏิบัติการของระบบไฟฟ้า เมื่อเลือกวิธีการต่อกราวด์กลางสำหรับระบบ ควรพิจารณาผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟของระบบ ระดับฉนวนของอุปกรณ์ และความยากในการดำเนินการป้องกันรีเลย์อย่างครบถ้วน
