การประยุกต์ใช้ Intelligent Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs) ในระบบจำหน่ายไฟฟ้าของฉินโจว

1 บทนำ​

พื้นที่ชายฝั่งต้องเผชิญกับความท้าทายทางสิ่งแวดล้อม เช่น ฝนตกหนัก ฟ้าผ่า อุณหภูมิสูง ความชื้นสูง และการกัดกร่อนจากเกลือทะเล เพื่อให้แน่ใจว่าระบบจำหน่ายไฟฟ้าในเมืองปลอดภัยในสภาพแวดล้อมดังกล่าว ลดการหยุดชะงักของไฟฟ้าเนื่องจากการบำรุงรักษาเครื่องจักร และป้องกันอุบัติเหตุที่เกิดจากอายุการใช้งานของอุปกรณ์และปัจจัยอื่น ๆ ที่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยของระบบ เราได้ทำการวิจัยการใช้ Ring Main Unit แบบฉนวนแข็ง (SIRMU) ใหม่ SIRMU นี้มีอายุการใช้งานยาวนาน ไม่ต้องบำรุงรักษา สอดคล้องกับสิ่งแวดล้อม มีความฉลาด และเพิ่มความเชื่อมั่นในการจ่ายไฟฟ้า

ปัจจุบัน เกินกว่า 90% ของ Ring Main Units (RMUs) แรงดันกลางใช้ก๊าซ SF₆ เป็นสารฉนวน ก๊าซ SF₆ มีความเสถียรทางเคมีสูง มีคุณสมบัติฉนวนและดับอาร์คที่ยอดเยี่ยม และถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ไฟฟ้า SF₆ gas-insulated switchgear มีขนาดกะทัดรัด แต่ก๊าซ SF₆ จะกลายเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้ความสามารถในการฉนวนและดับอาร์คลดลง ที่อุณหภูมิสูง ก๊าซจะแตกตัวเป็นสารพิษที่มีความเป็นพิษสูง สร้างความเสี่ยงต่อมนุษย์ นอกจากนี้ การรั่วไหลและการปล่อยก๊าซเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างการเติมก๊าซ การทำงาน และการรีไซเคิล ทำให้ SF₆ เป็นมลพิษสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ SF₆ ถูกยอมรับว่าเป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญ 6 ชนิด จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม การใช้งานควรลดลงหรือยกเลิก SIRMU ออกแบบโดยหลักการที่ไม่จำเป็นต้องใช้ก๊าซ SF₆ ให้การรับประกันพื้นฐานสำหรับการลดการปล่อยและปกป้องสิ่งแวดล้อมในภาคจำหน่ายไฟฟ้า ตรงตามความต้องการด้านสิ่งแวดล้อมอย่างมาก

Ring Main Unit ฉนวนแข็งอัจฉริยะ (SIRMU) สำหรับการขยายระบบจำหน่ายไฟฟ้า ไม่เพียงแต่มีความเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเท่านั้น แต่ยังมีระดับความฉลาดสูง ฟังก์ชันการทำงานครอบคลุมทุกคุณสมบัติที่อุปกรณ์ระบบไฟฟ้าหลักและรองเคยให้ไว้ภายในหน่วยเดียว ผลิตภัณฑ์ใช้วิธีการออกแบบแบบรวมและโมดูลาร์สำหรับส่วนแรงดันสูงและแรงดันต่ำ ให้ความหลากหลายและขยายได้ดี แสดงถึงอุปกรณ์ไฟฟ้าอัจฉริยะจริง ๆ

​2 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยี Intelligent Solid Insulated Ring Main Units (SIRMUs)​​

​2.1 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีฉนวนแข็ง​

เทคโนโลยีฉนวนแข็งส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการห่อหุ้มและปิดผนึกส่วนที่มีไฟฟ้าของวงจรหลักของสวิตช์เกียร์แรงดันกลางด้วยวัสดุแข็ง หรือการโอนความเข้มสนามไฟฟ้าสูงเข้าไปในภายในของวัสดุฉนวนแข็ง ทำให้วัสดุแข็งสามารถทนทานต่อศักยภาพที่สูงขึ้น ทำให้ความเข้มสนามไฟฟ้าในอากาศลดลง วัสดุฉนวนแข็งที่พบบ่อยที่สุดคือเรซินอีพอกซี่และยางซิลิโคน

Solid Insulated Ring Main Unit (SIRMU) ใช้วัสดุฉนวนแข็งเป็นสารฉนวนหลัก ส่วนประกอบทางไฟฟ้าที่สำคัญเช่น ตัวตัดวงจรสุญญากาศและสายเชื่อมต่อ สวิตช์แยก สวิตช์ต่อพื้น บัสแมเมนัล และบัสสาขา ถูกห่อหุ้มในฉนวนแข็งรายตัวหรือรวมกันเป็นโมดูล โมดูลเหล่านี้มีฉนวนครบถ้วน ปิดผนึกสนิท มีฟังก์ชันเฉพาะ และออกแบบมาสำหรับการรวมและขยาย พื้นผิวที่สามารถเข้าถึงได้โดยมนุษย์เคลือบด้วยชั้นป้องกันที่นำไฟฟ้าหรือกึ่งนำไฟฟ้าและต่อพื้นได้โดยตรงและเชื่อถือได้ คุณสมบัติสำคัญคือฉนวนครบถ้วน ปิดผนึกสนิท โมดูลาร์ ขนาดเล็ก และอัจฉริยะ SIRMUs แสดงประสิทธิภาพที่เหนือกว่า SF₆ RMUs อย่างมากในการทนทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ความหนาวเย็นสุดขั้ว ความสูงระดับสูง ความชื้น และลมแรง/ทราย ด้วยการออกแบบที่ปิดผนึกสนิทและกันน้ำโดยไม่มีสายไฟแรงสูงที่เปิดเผย ทำให้เหมาะสมอย่างยิ่งสำหรับพื้นที่ชื้นและประสบภัยน้ำท่วม สามารถจ่ายไฟฟ้าได้อย่างเชื่อถือได้ในสภาพชื้นหรือจมอยู่ใต้น้ำ

​2.2 การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีป้องกันอัจฉริยะ​

การรวมเทคโนโลยีไมโครโปรเซสเซอร์และคอมพิวเตอร์เข้ากับอุปกรณ์ไฟฟ้าทำให้มีฟังก์ชันอัจฉริยะและสามารถสื่อสารสองทางกับศูนย์ควบคุม สร้างระบบตรวจสอบ ป้องกัน และจัดการเครือข่ายอัจฉริยะ ผ่านการกำหนดค่าพารามิเตอร์อย่างง่าย อุปกรณ์อัจฉริยะหนึ่งเครื่องสามารถทำงานแทนอุปกรณ์หลายเครื่องที่เคยต้องใช้

การออกแบบโครงสร้างของ SIRMU ตรงตามความต้องการของระบบไฟฟ้าอัจฉริยะที่มีความยืดหยุ่น ใช้อัลกอริทึมรวดเร็วเพื่อให้ตัวตัดวงจรสามารถทริปได้เร็ว ทำให้สามารถแยกวงจรที่มีปัญหาได้อย่างรวดเร็วและป้องกันการทริปแบบลูกโซ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมระบบป้องกันการลัดวงจรเฟสเดียว สามารถตรวจจับปัญหาออนไลน์ในระบบไม่ต่อพื้น (หรือต่อพื้นด้วยอิมพิแดนซ์สูง/PET/PEN) โดยไม่ต้องกำหนดค่าเพิ่มเติม ให้คำสั่งเตือนหรือทริปตามค่าที่ตั้งไว้ วงจรหลักใช้การออกแบบแบบโมดูลาร์เฟสเดียว ซึ่งหลีกเลี่ยงการลัดวงจรระหว่างเฟสได้อย่างสมบูรณ์และเพิ่มประสิทธิภาพการบำรุงรักษาระหว่างการทำงานและลดค่าใช้จ่าย ระบบปฏิบัติการฝังตัวแบบรวมมีสถาปัตยกรรม CPU หลัก รวมถึงโปรเซสเซอร์ ARM (ARMP) สำหรับการประมวลผลทั่วไปและการควบคุมระบบ พร้อมด้วย DSP ที่ทรงพลังสำหรับการประมวลผลงานหลายงานอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถประมวลผลข้อมูล การควบคุม และการสื่อสารได้ด้วยความเร็วสูง หน่วยมีโครงสร้างกระชับ ขนาดเล็ก น้ำหนักเบา และติดตั้งได้ง่าย ช่องว่างการแยกสามารถตรวจสอบได้ชัดเจนเพื่อการทำงานอย่างปลอดภัย โหมดการจ่ายไฟอัตโนมัติสามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างยืดหยุ่นสำหรับแหล่งจ่ายไฟคู่ ทำให้เพิ่มความเชื่อมั่นในการจ่ายไฟฟ้า รองรับการสื่อสารที่ยืดหยุ่น (GSM SMS, GPRS, CDMA บริการไร้สายทั่วไป, ใยแก้วนำแสง, สายคู่บิด, ไร้สาย, Carrier) และรองรับโปรโตคอลการสื่อสารหลายประเภท ทำให้การดำเนินการด้านการจัดการการจำหน่ายไฟฟ้าเป็นไปได้ง่าย

​2.3 ไม่ต้องบำรุงรักษาและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม​

สวิตช์หลักใช้ตัวตัดวงจรสุญญากาศที่ไม่ต้องบำรุงรักษา ที่มีความเสถียรและเชื่อถือได้ ไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นประจำ การออกแบบแบบรวมของสวิตช์แยกและสวิตช์ต่อพื้นกับตัวตัดวงจรทำให้มีโครงสร้างกระชับ มีอินเตอร์ล็อกที่เชื่อถือได้ทั้งทางกลไกและไฟฟ้า ป้องกันการทำงานผิดพลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ

​2.4 กระบวนการผลิตหลักและการรับประกันคุณภาพสำหรับ SIRMUs​

เพื่อให้แน่ใจว่าการผลิตมีความเสถียร สม่ำเสมอ และมีคุณภาพ ทำให้สามารถรับประกันแรงดันฉนวนที่ทนทานได้ยาวนานของผลิตภัณฑ์ SIRMU แท่งฉนวนแข็งใช้กระบวนการ Automatic Pressure Gelation (APG) เมื่อทำจากเรซินอีพอกซี่ ข้อกำหนดกระบวนการผลิตสำหรับ SIRMUs มากกว่า SF₆ gas-insulated RMUs การควบคุมกระบวนการผลิตที่ไม่เพียงพอจะเพิ่มโอกาสและความรุนแรงของข้อบกพร่องและปัญหาฉนวนที่ซ่อนอยู่มากกว่า SF₆ units การควบคุมคุณภาพวัตถุดิบที่เข้มงวดและการมีความสามารถกระบวนการที่ทันสมัยเป็นสิ่งจำเป็น

ฉนวนภายนอกของตัวตัดวงจรสุญญากาศบรรลุผ่านสื่อหลายชนิด รวมถึงเรซินอีพอกซี่ ยางซิลิโคน และอากาศ ดังนั้น ความแข็งแรงของฉนวนของวัสดุแต่ละชนิดและการรักษาพื้นผิวระหว่างวัสดุฉนวนที่ต่างกันเป็นสิ่งสำคัญ ทั้งเรซินอีพอกซี่และยางซิลิโคนมีความแข็งแรงด้านไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ถึง 5-6 เท่าของอากาศ การบรรลุความแข็งแรงนี้ต้องการการควบคุมกระบวนการหล่อที่เหมาะสม รวมถึงอุณหภูมิและความดันที่เหมาะสม พร้อมการระบายก๊าซและอากาศระหว่างการหล่อเพื่อป้องกันฟองอากาศขนาดเล็ก หากไม่ทำเช่นนั้น จะทำให้ความแข็งแรงของฉนวนลดลงและทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดการปล่อยไฟฟ้าบางส่วน (PD) และสร้างความเสี่ยงในการทำงาน การรักษาพื้นผิวระหว่างวัสดุทำให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงของฉนวนที่เพียงพอภายใต้ความเครียด การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ฯลฯ ป้องกันการล้มเหลวของฉนวน วิธีการตรวจสอบคุณภาพของพื้นผิวระหว่างวัสดุที่เชื่อถือได้เป็นสิ่งจำเป็น ปัจจุบัน การวัด PD การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์ และการทดสอบแรงดันฟ้าผ่าสามารถประเมินความแข็งแรงของฉนวนระหว่างวัสดุได้อย่างแม่นยำ

การใช้การตรวจสอบด้วยรังสีเอกซ์เป็นการทดสอบในโรงงานป้องกันการเกิดฟองอากาศ รูพรุน หรือรอยแตกในชุดฉนวนแข็งและทำให้แน่ใจว่าตัวตัดวงจรสุญญากาศ สายเชื่อมต่อ/เทอร์มินัล และบัสฉนวนแข็งไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่ผิดปกติในภาพรังสีเอกซ์ตามตำแหน่ง การวัด PD ป้องกันการเกิดและการหายไปของ PD ในจุดอ่อนหรือข้อบกพร่องของฉนวน SIRMU ที่เกิดจากสนามไฟฟ้าสูง ป้องกันการสะสมและการเสื่อมสภาพที่นำไปสู่การล้มเหลวของฉนวนในระยะยาว

​3 แผนการออกแบบเทคนิคสำหรับ SIRMU อัจฉริยะ​

บนพื้นฐานของการดำเนินงานระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่กว้างขวางและการวิเคราะห์อุปกรณ์ที่ทันสมัยทั้งภายในและภายนอกประเทศ โดยพิจารณาสภาพการดำเนินงานของระบบและข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม เราได้ตัดสินใจผ่านการเปรียบเทียบอย่างรอบคอบในการพัฒนาและประยุกต์ใช้โครงการ "Application Research of 10kV Intelligent Solid Insulated Ring Main Unit"

​3.1 สาระสำคัญทางเทคนิคหลัก​

ติดตั้ง Ring Main Units แบบฉนวนแข็งประเภท AVR-12 ใหม่ที่สถานที่เดิม ใช้การกำหนดค่าแหล่งจ่ายไฟคู่ ใช้ฟังก์ชันอัจฉริยะของ SIRMU สำหรับการแยกวงจรที่มีปัญหาอย่างรวดเร็ว การตรวจจับปัญหาการลัดวงจรเฟสเดียวอย่างรวดเร็ว และส่งข้อมูลสวิตช์ทั้งหมดผ่านใยแก้วนำแสงไปยัง Distribution Automation Master Station (DMS) หรือผ่าน SMS ไปยังโทรศัพท์ของพนักงานบำรุงรักษา ใช้แพลตฟอร์มตรวจสอบของศูนย์ควบคุมหลักเพื่อรวบรวมสถิติข้อมูลและวิเคราะห์ปัญหา

โครงการนี้ดำเนินการในด้านต่อไปนี้:

• บนพื้นฐานของแผน RMU ดั้งเดิมและพิจารณาความสำคัญของผู้ใช้ จ่ายไฟฟ้าผ่านสายเข้าคู่ ในการดำเนินงานปกติ สายเข้า #1 จ่ายไฟฟ้าในขณะที่สายเข้า #2 อยู่ในสถานะเตรียมพร้อม
• อุปกรณ์หลักคือ Ring Main Unit ประเภท AVR-12 ประกอบด้วย 7 ช่อง: ช่องตัวตัดวงจร (CB) 6 ช่องและช่อง Potential Transformer (PT) 1 ช่อง
• ช่อง CB 6 ช่องใช้โครงสร้าง CB + Disconnector (DS) + Grounding Switch (ES) พร้อมอุปกรณ์ป้องกันแบบรวม
• ช่อง PT ใช้โครงสร้าง DS + PT เฟสเดียว ให้พลังงานการสื่อสาร PT สามารถสลับเปิด/ปิดได้โดยใช้ DS ในช่อง PT ทำให้สามารถบำรุงรักษา PT หรือสายโดยไม่ต้องปิด SIRMU ทั้งหมด
• การใช้ SIRMU แบบ CB อนุญาตให้ตัดวงจรกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากปัญหาลัดวงจรได้หลายครั้ง เมื่อเทียบกับการป้องกันด้วยฟิวส์ นอกจากจะกำจัดความไม่สะดวกและเสียเวลาในการเปลี่ยนฟิวส์แล้ว ยังให้การป้องกันลัดวงจรอย่างครอบคลุมผ่านการปรับค่า

​การดำเนินงานปกติ:​​
ตัวควบคุมอัจฉริยะได้รับพารามิเตอร์ (สถานะสวิตช์ สถานะสวิตช์แยก กระแส/แรงดันหลัก กระแส/แรงดันลำดับศูนย์ สถานะ DMS master station) สำหรับแต่ละช่องเข้า/ออก ข้อมูลแบบเรียลไทม์ถูกส่งผ่านใยแก้วนำแสงไปยัง Intelligent Distribution Switch Master Station ทำให้สามารถควบคุมจากระยะไกลได้

​ปัญหาลัดวงจร:​​
คุณสมบัติการป้องกันอย่างรวดเร็วของตัวควบคุมอัจฉริยะตรวจจับกระแสไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าภายใน 15 มิลลิวินาที และกำจัดปัญหาภายใน 25 มิลลิวินาที ทำให้แน่ใจว่าการจ่ายไฟฟ้าในวงจรปกติ ป้องกันการทริปแบบลูกโซ่ และลดขอบเขตการขาดแคลนไฟฟ้า ลักษณะทันที (แรงดัน กระแส สถานะสวิตช์) ช่วยควบคุมลักษณะการกระทำของแอคทูเอเตอร์แม่เหล็กถาวร ลดเวลาการกำจัดปัญหาเพื่อแยกวงจรที่มีปัญหาอย่างรวดเร็ว พร้อมกันนั้น ตัวควบคุมส่งข้อมูลการกระทำของ SIRMU ผ่านใยแก้วนำแสงไปยังศูนย์ควบคุม ทำให้สามารถประเมินสถานะของผลิตภัณฑ์ได้อย่างทันท่วงที และช่วยในการระบุตำแหน่งปัญหาและการฟื้นฟูไฟฟ้า

​ปัญหาลัดวงจรเฟสเดียว:​​
ตัวควบคุมใช้ขนาดและเฟสของกระแสลำดับศูนย์ และขนาดและเฟสของแรงดันลำดับศูนย์เพื่อกำหนดว่าเกิดปัญหาที่ด้านโหลดของ SIRMU หรือไม่ สำหรับปัญหาการลัดวงจรเฟสเดียวที่ด้านโหลดเท่านั้น ตัวควบคุมจะส่งคำสั่งป้องกันทริปหรือเตือนและส่งข้อมูลปัญหาผ่านใยแก้วนำแสง ปัญหาที่ด้านแหล่งจ่ายไฟไม่ทำให้ตัวควบคุมของ SIRMU นี้ทำงาน

​3.2 ความท้าทายทางเทคนิคหลัก​

(1) การใช้เทคโนโลยีฉนวนแข็งและกระบวนการผลิต APG เพื่อให้แน่ใจว่า SIRMU มีความเชื่อถือได้ มีอายุการใช้งานยาวนาน และไม่ต้องบำรุงรักษาในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีหมอกเกลือสูง
(2) การใช้แนวคิดการออกแบบแบบรวมและยืดหยุ่นโดยรวมส่วนแรงดันสูงของตัวตัดวงจรกับส่วนควบคุมอัจฉริยะระดับสอง เซ็นเซอร์กระแส/แรงดันที่รวมอยู่ภายในทำให้สามารถรับสัญญาณแรงดัน/กระแสหลักและสถานะสวิตช์ได้แบบเรียลไทม์ ควบคุมแอคทูเอเตอร์ของตัวตัดวงจรได้อย่างยืดหยุ่น และเพิ่มประสิทธิภาพการดำเนินงานของตัวตัดวงจรสุญญากาศ
(3) การตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่มีปัญหาอย่างรวดเร็วและการดำเนินการป้องกัน

​การดำเนินโครงการ:​​
โครงการนี้ใช้ RMU แบบฉนวนแข็งที่มีอุปกรณ์ควบคุมอัจฉริยะแบบรวม สวิตช์หลักใช้อุปกรณ์ผสมที่ประกอบด้วยตัวตัดวงจรสุญญากาศที่ขับเคลื่อนด้วยแม่เหล็กถาวร (VCB) พร้อมสวิตช์แยก (DS) และสวิตช์ต่อพื้น (ES) พร้อมระบบควบคุมอัจฉริยะ สามารถทำงานแบบอัตโนมัติแม้ไม่มีการประสานงานกับ DMS แอคทูเอเตอร์แม่เหล็กถาวรมีความเชื่อถือได้และไม่ต้องบำรุงรักษา การสื่อสารผ่านใยแก้วนำแสงทำให้สามารถรวบรวมพารามิเตอร์การดำเนินงานของ RMU ทั้งหมดได้แบบเรียลไทม์ ทำให้การฟื้นฟูไฟฟ้าจากระยะไกลและการวิเคราะห์ปัญหาไฟฟ้าเป็นไปได้ง่ายขึ้น และสะสมประสบการณ์สำหรับอุปกรณ์ปลายทางของระบบไฟฟ้าอัจฉริยะ ตู้สเตนเลสภายนอกลดการบำรุงรักษาในอนาคต

​4 สรุป​

Ring Main Unit ฉนวนแข็งอัจฉริยะ (SIRMU) เป็น RMU รุ่นต่อไปที่ปลอดภัย เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม มั่นคง เชื่อถือได้ และมีความอัจฉริยะสูง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการติดตั้งในพื้นที่ที่มีสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น ที่มีความสูงระดับสูง ความแตกต่างของอุณหภูมิสูง การปนเปื้อน และความชื้น