โซลูชันร่วมสำหรับวงจรจำกัดกระแสไฟฟ้าเกิน (FCL) และการป้อนกลับอัตโนมัติเฟสเดียว (SPAR) ในระบบไฟฟ้าแรงสูงมากของเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

1. บทนำ: ภูมิหลังและความสำคัญของการวิจัย​
   ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจอย่างรวดเร็วในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ขนาดของระบบไฟฟ้ากำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง และโหลดเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ทำให้กระแสไฟฟ้าสั้นในระบบใกล้หรือเกินขีดความสามารถในการตัดวงจรของเบรกเกอร์ ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อความปลอดภัยและความเสถียรภาพในการดำเนินงานของระบบไฟฟ้า ในขณะเดียวกัน เส้นทางส่งไฟฟ้าแรงสูง (EHV) เป็นโครงสร้างหลักสำหรับการเชื่อมต่อระบบไฟฟ้าในภูมิภาค โดยมากกว่า 70% ของปัญหาคือปัญหาการติดดินเฟสเดียว และประมาณ 80% ของปัญหานี้เป็นปัญหาชั่วคราว (เช่น การถูกฟ้าผ่า หรือวัตถุแปลกปลอมที่ถูกลมพัด) เทคโนโลยีการป้อนไฟฟ้าใหม่โดยอัตโนมัติแบบเฟสเดียว (SPAR) เป็นวิธีสำคัญในการกำจัดปัญหา ฟื้นฟูการจ่ายไฟฟ้า และรักษาความเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือของระบบไฟฟ้า

ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าสั้น (FCLs) โดยเฉพาะ FCLs ประเภทตัวจำกัดแรงดันชนิดเซรามิก (MOA) ได้กลายเป็นมาตรการที่มีประสิทธิภาพในการควบคุมกระแสไฟฟ้าสั้น และได้ถูกนำมาใช้ในระบบ EHV อย่างค่อยเป็นค่อยไป อย่างไรก็ตาม การวิจัยที่มีอยู่ส่วนใหญ่เน้นที่ผลกระทบของ FCLs ต่อความเสถียรภาพชั่วขณะและการป้องกันวงจร โดยไม่คำนึงถึงผลกระทบที่อาจมีต่ออัตราความสำเร็จของ SPAR ข้อเสนอแนะนี้มุ่งหวังที่จะเติมเต็มช่องว่างในการวิจัยนี้โดยทำการวิเคราะห์อย่างลึกซึ้งถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่าง FCLs และ SPAR และนำเสนอกลยุทธ์การควบคุมร่วมที่เหมาะสมสำหรับระบบไฟฟ้าในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าสามารถจำกัดกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพและจ่ายไฟฟ้าได้อย่างเชื่อถือได้

​1. หลักการทำงานของตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าสั้นชนิดตัวจำกัดแรงดันเซรามิก (MOA)​
ตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าสั้นชนิดนี้ประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ ดังนี้ ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อทำหน้าที่ "มีความต้านทานต่ำในภาวะปกติ และมีความต้านทานสูงในภาวะผิดปกติ":

กระบวนการการทำงาน: ในภาวะการทำงานปกติ Lf และ Cf สั่นสะเทือน → ความต้านทานของ FCL เกือบเป็นศูนย์ → ไม่มีผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้า เมื่อเกิดปัญหาการติดดิน MOA จะทำงานอย่างรวดเร็วเพื่อตัดวงจร Cf → ตัวจำกัดกระแส L จะถูกใส่เข้าสู่ระบบเพื่อควบคุมกระแสไฟฟ้าสั้น → ช่องว่างทริกเกอร์แตกและส่งสัญญาณให้สวิตช์บายพาส K ปิด → หลังจาก K ปิด จะกระจายกระแสเพื่อป้องกัน MOA

​2. การวิเคราะห์ปัญหา: ผลลบของ FCL ต่อกระแสอาร์คสองชั้นและ SPAR​
กระแสอาร์คสองชั้นคือกระแสที่ยังคงรักษาจุดปัญหาหลังจากเบรกเกอร์เฟสปัญหาเปิดในกระบวนการ SPAR โดยกระแสนี้รักษาโดยการคู่แม่เหล็กไฟฟ้าและคู่สถิตจากเฟสที่สมบูรณ์ ปริมาณและลักษณะของกระแสนี้มีผลโดยตรงต่อการที่อาร์คปัญหาสามารถดับเองได้ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความสำเร็จของ SPAR

การวิเคราะห์จำลอง (บน EMTP ด้วยพารามิเตอร์โมเดลที่อ้างอิงจากระบบ 500 kV ทางตอนใต้ของประเทศจีน) แสดงให้เห็นว่าการติดตั้ง FCL อาจทำให้เกิดปัญหาใหม่:

• ผลกระทบจากการกำหนดเวลาของสวิตช์บายพาส (K): หากสวิตช์บายพาส K เปิดเมื่อเบรกเกอร์ทริป กระแสอาร์คสองชั้นจะมีส่วนประกอบที่มีแอมปลิจูดสูง (สูงถึง 225 A) ลดลงช้า และความถี่ต่ำมาก (ประมาณ 3–3.25 Hz) ส่วนประกอบความถี่ต่ำนี้ลดจำนวนจุดตัดศูนย์ของกระแสลงอย่างมาก ทำให้การดับอาร์คเองยากและลดอัตราความสำเร็จของ SPAR อย่างมาก
• ผลกระทบจากความต้านทานของทางอาร์ค (Rg): เมื่อความต้านทานการเปลี่ยนแปลงที่จุดปัญหาสูง (เช่น 300 Ω) กระแสไฟฟ้าสั้นจะน้อย ซึ่งอาจทำให้ FCL ที่ปลายสายไม่ทำงาน (MOA ไม่ถึงแรงดันการทำงาน) ในกรณีนี้ Cf จะยังไม่ถูกตัดวงจรและสร้างวงจรสั่นสะเทือนความถี่ต่ำร่วมกับตัวเหนี่ยวนำขนานของสาย ซึ่งสร้างส่วนประกอบความถี่ต่ำที่ไม่ดีต่อการดับอาร์ค

​3. การตรวจสอบกลไก: แหล่งกำเนิดส่วนประกอบความถี่ต่ำ​
การวิเคราะห์ทฤษฎีโดยใช้เครือข่ายความต้านทานเทียบเท่าและการแปลงลาปลาซเผยให้เห็นกลไกของส่วนประกอบความถี่ต่ำ:
สาเหตุหลักมาจากตัวเก็บประจุ Cf ใน FCL หลังจากเบรกเกอร์ทริปและเฟสปัญหาถูกแยกออก พลังงานที่สะสมอยู่ใน Cf จะระบายผ่านตัวเหนี่ยวนำขนานและความต้านทานอาร์คที่จุดปัญหา วงจรระบายพลังงานนี้สร้างวงจรสั่นสะเทือนความถี่ต่ำ ด้วยความถี่สั่นสะเทือน (ประมาณ 3 Hz) ที่กำหนดโดย Cf และพารามิเตอร์ของตัวเหนี่ยวนำขนานของสาย ซึ่งไม่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของปัญหาอย่างมาก ส่วนประกอบความถี่ต่ำนี้จะถูกกำจัดเมื่อสวิตช์บายพาส K ปิดอย่างสมบูรณ์ ทำให้ Cf ถูกตัดวงจร

​4. วิธีแก้ไขหลัก: กลยุทธ์การประสานเวลา FCL และ SPAR​
เพื่อให้แน่ใจว่า FCL สามารถจำกัดกระแสได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่กระทบต่อ SPAR ข้อเสนอแนะนี้เสนอวิธีการประสานเวลาที่แม่นยำดังนี้ ด้วยระยะเวลาทั้งหมดควบคุมไว้ภายใน 0.66–0.73 วินาที:

แกนกลางของกลยุทธ์: ใช้สัญญาณทริปของเบรกเกอร์จากระบบป้องกันวงจรเป็นคำสั่งให้ปิดสวิตช์บายพาส K อย่างรวดเร็วด้วยแรงบังคับและให้ปิดอยู่ตลอดระยะเวลาการเผาไหม้ของอาร์คสองชั้น (ประมาณ 0.2 วินาที) ซึ่งจะทำให้ Cf ถูกตัดวงจรอย่างสมบูรณ์ กำจัดส่วนประกอบความถี่ต่ำในกระแสอาร์คสองชั้น และสร้างสภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการดับอาร์คเอง

​5. ประสิทธิภาพและความได้เปรียบของแผนการ​
การจำลอง EMTP ยืนยันว่าวิธีการประสานเวลานี้สามารถบรรลุผลดังนี้:

1. กำจัดผลกระทบที่ไม่ดีของความถี่ต่ำ: กำจัดส่วนประกอบความถี่ 3 Hz ในกระแสอาร์คสองชั้นอย่างสมบูรณ์ หลีกเลี่ยงผลกระทบที่ไม่ดีต่อการดับอาร์ค
2. ปรับปรุงลักษณะการดับอาร์ค: ลดเวลาการดับอาร์คสองชั้นลงประมาณ 4.5% และลดกระแสส่วนประกอบความถี่กำลังไฟลง 10.5% ปรับปรุงอัตราความสำเร็จของ SPAR อย่างมาก
3. ความเข้ากันได้และความน่าเชื่อถือ: วิธีการนี้ไม่กระทบต่อคุณสมบัติการฟื้นฟูแรงดันของระบบ และสมดุลระหว่างความปลอดภัยของ FCL (ป้องกัน MOA) กับความต้องการฟื้นฟูอย่างรวดเร็ว
4. ความง่ายในการนำไปใช้: บนพื้นฐานของสัญญาณป้องกันวงจรที่มีอยู่ วิธีการนี้ต้องการการปรับปรุงระบบที่สองน้อย ค่าใช้จ่ายต่ำ และเหมาะสมสำหรับโครงการ EHV ที่มีอยู่หรือใหม่ในประเทศเอเชียตะวันออกเฉียงใต้

​6. สรุปและข้อเสนอแนะ​
สำหรับระบบไฟฟ้าแรงสูงในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ที่วางแผนหรือมีตัวจำกัดกระแสไฟฟ้าสั้นประเภทตัวจำกัดแรงดันเซรามิก (MOA) แล้ว ควรให้ความสำคัญกับปัญหาการสั่นสะเทือนความถี่ต่ำในกระแสอาร์คสองชั้น ซึ่งอาจลดอัตราความสำเร็จของ SPAR และเป็นภัยคุกคามต่อความน่าเชื่อถือในการจ่ายไฟฟ้า