คุณค่าหลักและการประยุกต์ใช้นวัตกรรมของตู้สวิตช์แรงดันกลาง 12kV ในสถานีไฟฟ้าอัจฉริยะ

ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของสมาร์ทกริดและการรวมพลังงานทดแทน เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง (MV) ซึ่งเป็นอุปกรณ์หลักในการกระจายกำลังไฟฟ้าในสถานีไฟฟ้า จะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดความเสถียรของระบบไฟฟ้าผ่านความน่าเชื่อถือ ความฉลาด และความประหยัดพื้นที่ บทความนี้จะสำรวจเทคโนโลยีหลัก โซลูชันเฉพาะสถานการณ์ และประโยชน์ที่เกิดขึ้นจริงของเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางในสถานีไฟฟ้า

ความต้องการหลักสำหรับสถานการณ์สถานีไฟฟ้า

1. ความต้องการความน่าเชื่อถือสูง

สถานีไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในการกระจายกำลังไฟฟ้าและป้องกันระบบ ประเด็นสำคัญที่เกี่ยวข้องกับเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง:

• การทำงานของเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง: ต้องรับประกันประสิทธิภาพที่เสถียรในระยะยาวภายใต้ภาระสูงและการเปลี่ยนแปลงบ่อยๆ
• การเปรียบเทียบอัตราความผิดพลาด:

• เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางแบบดั้งเดิม: ~1.2 อุปกรณ์/ปี
• เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางอัจฉริยะ: ~0.3 อุปกรณ์/ปี
  • ความทนทานทางกล: เพิ่มจาก 10,000 เป็นมากกว่า 20,000 รอบ
  • ความต้องการในการตัดวงจรลัดวงจร:
• ระบบ 12kV: ทั่วไป 31.5kA-40kA
• โครงการพลังงานทดแทน: อาจต้องการ ≥63kA

2. ความสามารถในการปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน

สถานีไฟฟ้าในเมือง พื้นที่อุตสาหกรรม หรือพื้นที่ไกลโพ้นสร้างความท้าทายที่ไม่เหมือนใครให้กับเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง:

• ระดับความสูง: การแก้ไขช่องว่างทางไฟฟ้า (ตัวอย่างเช่น ระบบ 12kV ที่ระดับความสูง 5000 เมตร ต้องเพิ่มช่องว่างจาก 125mm เป็น 161mm)
• พื้นที่ที่มีมลภาวะ: ระยะทางคลานต้องเพิ่มขึ้น (ตัวอย่างเช่น ≥25mm/kV สำหรับมลภาวะประเภท III)
• พื้นที่ชายฝั่ง: ต้องผ่านการทดสอบละอองเกลือ (ตัวอย่างเช่น การทดสอบ CASS 1000 ชั่วโมง)
• อุณหภูมิและความชื้นสูง: ระบบลดความชื้นอัจฉริยะเป็นสิ่งจำเป็น

3. ความต้องการในการอัปเกรดความฉลาด

การเปลี่ยนแปลงดิจิทัลเพิ่มความต้องการฟังก์ชันอัจฉริยะในเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง:

• รองรับโปรโตคอลการสื่อสาร IEC 61850 สำหรับการแบ่งปันข้อมูลและการควบคุมระยะไกล
• การตรวจสอบสถานะ (อุณหภูมิ กระแส สถานะทางกล) การทำนายข้อผิดพลาด และการวินิจฉัยระยะไกลลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

• ผลการศึกษาแสดงว่าระบบตรวจสอบอัจฉริยะสามารถ:
  • ลดความถี่ในการตรวจสอบด้วยมือโดย 70%
  • ยืดอายุการใช้งานอุปกรณ์ได้ถึง 3 เท่า
  • ลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาประจำปีลง 35%

4. ความต้องการในการป้องกันความปลอดภัยและการออกแบบแผ่นดินไหว

มาตรฐานความปลอดภัยที่เข้มงวดสำหรับเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง:

• ระบบล็อก "ห้าป้องกัน": ป้องกันข้อผิดพลาดที่สำคัญ (ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนย้ายเบรกเกอร์ขณะมีโหลด)
• การป้องกันอาร์คภายใน: ช่องทางระบายความดันจำกัดความดันสูงสุดที่ ≤48kPa
• การออกแบบแผ่นดินไหว: ต้องทนทานต่อแผ่นดินไหวความเข้มสูง (ตัวอย่างเช่น การยืดหยุ่น ≤1.2mm ภายใต้ความเข้มแผ่นดินไหวระดับ 9)

5. ข้อจำกัดพื้นที่และการปรับแต่งเค้าโครง

     การออกแบบแบบโมดูลาร์เพื่อการใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ:

• เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางรุ่นใหม่ที่ใช้เสาฉนวนแข็งลดพื้นที่ใช้งานลง 37.5% และลดความต้านทานวงจรหลักลงมากกว่า 40%.        

โซลูชันเทคโนโลยีหลัก

1. เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางแบบหุ้มโลหะ (ตัวอย่างเช่น KYN28)

• ข้อได้เปรียบทางโครงสร้าง: ช่องแยกที่มีชั้นป้องกัน (เบรกเกอร์ บัสบาร์ สายเคเบิล) ป้องกันการแพร่กระจายของข้อผิดพลาด
• ความเหมาะสมกับสภาพแวดล้อม: ระดับการป้องกัน IP4X หรือสูงกว่า เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีมลภาวะและความชื้นสูง
• ส่วนแบ่งตลาด: ครองส่วนแบ่งตลาด (>60%) เป็นตัวเลือกหลักสำหรับสถานีไฟฟ้า

2. ระบบควบคุมอัจฉริยะสำหรับเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง

• ฟังก์ชันหลัก:

• รีเลย์ป้องกันที่ใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ที่เข้ากันได้กับ IEC 61850
• การตรวจสอบแบบเรียลไทม์โดยใช้ขั้นตอนวิธี AI เพื่อทำนายอายุการใช้งานของส่วนประกอบ (ตัวอย่างเช่น ความทนทานทางกลของเบรกเกอร์ถึง 100,000 รอบ)
  • ผลลัพธ์จากการศึกษากรณี: โครงการ State Grid ลดอัตราความผิดพลาดลง 30% และลดค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาลง 20%

3. การป้องกันความปลอดภัยในเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง

• กลไกล็อก "ห้าป้องกัน": บังคับให้ปฏิบัติตามลำดับการดำเนินงานที่ปลอดภัย
• การป้องกันอาร์คแฟลช: ช่องทางระบายความดันและระบบดับอาร์คที่รวมอยู่ในตัว   

สถานการณ์การประยุกต์ใช้ที่พบบ่อยและกรณีศึกษา

1. กรณีศึกษา 1: การอัปเกรดสถานีไฟฟ้าในเมือง
   • ความท้าทาย: การขยายสถานีไฟฟ้าเก่าที่มีการเติบโตของโหลดสูง
   • โซลูชัน:

• ติดตั้งเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางที่ใช้แก๊ส (GIS) ที่มีกระแสจัดอัตรา 4000A ประหยัดพื้นที่ 30%
• ใช้แพลตฟอร์มคลาวด์สำหรับการจัดการระยะไกล
  • ผลลัพธ์: ความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟเพิ่มขึ้น 15%; ระยะเวลาการขาดแคลนไฟฟ้าลดลง 40%

2. กรณีศึกษา 2: การเชื่อมต่อสถานีไฟฟ้าพลังงานทดแทน (ฟาร์มลม)

• ความท้าทาย: สภาพแวดล้อมที่รุนแรง (ละอองเกลือสูง อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง) ทำให้เกิดความผิดพลาด
• โซลูชัน:

• ปรับปรุงเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางแบบหุ้มโลหะด้วยการป้องกัน IP54 และฮีตเตอร์ภายใน
• โมดูลการสลับโหลดแบบคาปาซิทีฟสำหรับการผลิตไฟฟ้าจากลมที่เสถียร
  • ผลลัพธ์: อัตราความสำเร็จในการเชื่อมต่อระบบเพิ่มขึ้น 15%; ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานลดลง 10%

แนวโน้มอนาคต: โซลูชันที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและการรวม Digital Twin

1. เครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลางที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
   • การยกเลิก SF₆ ใช้เทคโนโลยีผสมระหว่างอากาศแห้งหรือไนโตรเจนเป็นฉนวน
   • วัสดุฉนวนใหม่เพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน 20%

2. การรวม Digital Twin สำหรับเครื่องปรับสวิตช์แรงดันกลาง

• ใช้ Building Information Modeling (BIM) สำหรับการทดสอบก่อนติดตั้ง
• การสะท้อนข้อมูลแบบเรียลไทม์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกระจายโหลดและยืดอายุการใช้งาน