ตู้สวิตช์แรงดันไฟฟ้าสูงที่ล้อมรอบด้วยโลหะ
Kyn283
ดูรายละเอียดค่าเบี่ยงเบนแรงดันไฟฟ้าเพียง 5% สามารถลดอายุการใช้งานของมอเตอร์เหนี่ยวนำได้มากถึง 50% สถิติเดียวนั้นอธิบายว่าทำไมโหลด tap changer ถึงมีอยู่ Load tap changer (LTC) เป็นอุปกรณ์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่รวมอยู่ในหม้อแปลงไฟฟ้าที่ปรับแรงดันเอาต์พุตของหม้อแปลง ในขณะที่หม้อแปลงไฟฟ้ายังคงมีพลังงานและอยู่ภายใต้ภาระ . โดยการย้ายจุดเชื่อมต่อบนขดลวดหนึ่งผ่านชุดต๊าปคงที่ เปลี่ยนอัตราส่วนการหมุนที่มีประสิทธิภาพในขั้นตอนที่ไม่ต่อเนื่อง ช่วงการควบคุมโดยทั่วไปคือ ±10% ของแรงดันไฟฟ้าที่กำหนด โดยมีขนาดขั้นระหว่าง 0.625% ถึง 1.25% ต่อขั้น
หากไม่มี LTC การควบคุมแรงดันไฟฟ้าจะดำเนินการได้เฉพาะเมื่อหม้อแปลงถูกตัดพลังงานเท่านั้น โดยใช้เครื่องเปลี่ยนแทปแบบไม่มีโหลด (NLTC) ความสามารถของ LTC ในการเปลี่ยนต๊าปภายใต้โหลดเต็มทำให้จำเป็นสำหรับโครงข่ายไฟฟ้าและโรงงานอุตสาหกรรมที่โหลดมีความผันผวนอย่างต่อเนื่อง LTC ที่ล้มเหลวอาจทำให้เกิดการหยุดทำงานต่อเนื่องได้ ดังนั้นความน่าเชื่อถือจึงส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรของระบบ ด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบแบบเทียบเคียงซึ่งรวบรวมความแตกต่างพื้นฐาน
| คุณสมบัติ | ตัวเปลี่ยนแท็ปขณะไม่โหลด (NLTC) | Load Tap Changer (LTC) |
|---|---|---|
| ช่วงเวลาการปรับแรงดันไฟฟ้า | เมื่อไม่มีพลังงานเท่านั้น | ตลอดเวลาภายใต้ภาระเต็มรูปแบบ |
| ความสามารถในการรับน้ำหนักระหว่างการปรับ | ไม่อนุญาตให้โหลด | รักษาภาระที่ได้รับการจัดอันดับ |
| การใช้งานทั่วไป | การกระจายอัตราส่วนคงที่ หน่วยสำรอง | สถานีไฟฟ้าย่อยแบบกริด กระบวนการทางอุตสาหกรรม พลังงานหมุนเวียน |
| ต้นทุน (สัมพันธ์) | ล่าง | ปานกลางถึงสูง |
| ความซับซ้อน | สวิตช์เชิงกลอย่างง่าย | มอเตอร์ขับเคลื่อน สวิตช์ไดเวอร์เตอร์ ตัวต้านทานทรานซิชัน/เครื่องปฏิกรณ์ |
ภายในหม้อแปลงไฟฟ้า LTC มักใช้งานกับขดลวดไฟฟ้าแรงสูง ซึ่งกระแสไฟฟ้าต่ำกว่า และหน้าสัมผัสตัวเปลี่ยนแทปจะจัดการกับความเครียดน้อยลง ไม่ว่าคุณจะระบุหม้อแปลงสถานีย่อยใหม่หรือจัดการกลุ่มยานพาหนะที่เก่าแล้ว การทำความเข้าใจอย่างแน่ชัดว่าเครื่องเปลี่ยนแทปโหลดคืออะไรจะเป็นรากฐานสำหรับการตัดสินใจในภายหลังทั้งหมดเกี่ยวกับการออกแบบ การวินิจฉัย และการบำรุงรักษา
LTC ทำงานผ่านลำดับการควบคุมแบบวงปิดที่เชื่อมโยงการตรวจจับแรงดันไฟฟ้า การเคลื่อนที่ทางกล และการถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าแบบไม่มีอาร์ค เป้าหมายคือการเปลี่ยนจำนวนรอบที่มีประสิทธิผลของขดลวดควบคุมโดยไม่รบกวนกระแสโหลด ลำดับการทำงานจะแบ่งออกเป็นสี่ขั้นตอนแยกกัน ซึ่งประสานกันโดยกลไกที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์:
กระบวนการทั้งหมดนี้เกิดขึ้นโดยไม่มีการหยุดชะงักที่มองเห็นได้ LTC ประเภทตัวต้านทานสามารถสลับได้โดยการแนะนำความต้านทานชั่วขณะซึ่งจะดูดซับพลังงานระหว่างการดำเนินการสร้างก่อนเบรก LTC ประเภทเครื่องปฏิกรณ์ใช้ตัวเหนี่ยวนำขนาดเล็กเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกัน แต่มีข้อดีเฉพาะสำหรับการทำงานที่ความเร็วสูงและบ่อยครั้ง การออกแบบทั้งสองเป็นแบบทั่วไป และตัวเลือกจะขึ้นอยู่กับช่วงเวลาการบำรุงรักษาและต้นทุนโดยรวมของหม้อแปลงโดยตรง
ผู้ปฏิบัติงานที่ตรวจสอบระดับก๊าซละลายในน้ำมันหม้อแปลงสามารถตรวจพบการโค้งของสวิตช์เปลี่ยนทิศทางที่ผิดปกติได้นานก่อนที่จะเกิดความล้มเหลวทางกลไก ข้อมูลเชิงลึกดังกล่าวทำให้ข้อมูลการวินิจฉัยเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงที่สุดในการยืดอายุการใช้งาน LTC
สถาปัตยกรรมที่โดดเด่นสองแบบมีอิทธิพลเหนือภูมิทัศน์ LTC: ประเภทตัวต้านทาน (ขั้นรวดเร็ว) และประเภทเครื่องปฏิกรณ์ (การเปลี่ยนผ่านเป็นเวลานาน) กลไกการสลับภายในของพวกมันแตกต่างกันในวิธีที่พวกมันจัดการกับการก่อตัวชั่วขณะของเส้นทางกระแสคู่ขนานสองเส้นทางระหว่างการเปลี่ยนแทป ความแตกต่างประการเดียวนี้ลดหลั่นลงเป็นโปรไฟล์ที่ตัดกันสำหรับความเร็วในการเปลี่ยน ความต้องการในการบำรุงรักษา และค่าติดตั้ง
| คุณสมบัติ | ตัวต้านทานชนิด LTC | เครื่องปฏิกรณ์ชนิด LTC |
|---|---|---|
| วิธีการปราบปรามอาร์ค | ตัวต้านทานทรานสิชันถูกแทรกไว้เป็นเวลาสั้นๆ | เครื่องปฏิกรณ์แบบแตะตรงกลางให้อิมพีแดนซ์ |
| ความเร็วในการเปลี่ยน | 40–60 มิลลิวินาทีต่อก้าว | 0.5–2.0 วินาทีต่อก้าว (การเชื่อมต่อที่ยาวนาน) |
| ความถี่ในการบำรุงรักษา | การตรวจสอบหน้าสัมผัสทุก 3-5 ปีหรือ 10,000 ครั้ง | ช่วงเวลาที่นานขึ้น ความต้องการทางกลไกน้อยลงในการติดต่อ |
| ต้นทุนเริ่มต้น | ล่าง capital cost, widely available | การลงทุนล่วงหน้าที่สูงขึ้น |
| ระดับแรงดันไฟฟ้าทั่วไป | สูงถึง 220 kV ทั้งแบบกระจายและแบบส่งย่อย | มักนิยมใช้แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า 345 kV ซึ่งการควบคุมบ่อยครั้งและราบรื่นเป็นสิ่งสำคัญ |
| การสร้างความร้อนระหว่างการสลับ | ตัวต้านทานจะกระจายพลังงานเป็นความร้อน | อิมพีแดนซ์ของเครื่องปฏิกรณ์จะจำกัดกระแสการไหลเวียนโดยไม่มีการให้ความร้อนจากความต้านทานที่มีนัยสำคัญ |
LTC ประเภทตัวต้านทานเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานแรงดันไฟฟ้าปานกลางและการส่งผ่านย่อยส่วนใหญ่ เนื่องจากมีขนาดกะทัดรัดและคุ้มค่า อย่างไรก็ตาม หลังจากการทำงานหลายพันครั้ง การให้ความร้อนแก่ตัวต้านทานและการสึกกร่อนของหน้าสัมผัสจำเป็นต้องมีการกรองน้ำมันอย่างมีวินัยและการเปลี่ยนหน้าสัมผัสอย่างทันท่วงที การออกแบบประเภทเครื่องปฏิกรณ์ซึ่งเดิมพัฒนาขึ้นสำหรับเครือข่ายอเมริกาเหนือ ทนต่อความถี่สวิตชิ่งรายวันที่สูงขึ้นด้วยการเปลี่ยนที่ช้ากว่าและนุ่มนวลกว่า นักวางแผนยูทิลิตี้มักจะจับคู่ LTC ประเภทเครื่องปฏิกรณ์ด้วย หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแบบจุ่มน้ำมัน ในสถานีย่อยการส่งสัญญาณที่การเปลี่ยนแปลงการแตะรายวันสองหลักเป็นเรื่องปกติ
สำหรับการปฏิบัติการทางอุตสาหกรรมที่หมุนเวียนก๊อกทุกๆ สองสามนาทีเพื่อชดเชยภาระของเตาอาร์ค ความทนทานทางกลของเครื่องปฏิกรณ์ประเภทเครื่องปฏิกรณ์สามารถแปลเป็นหนึ่งปีเต็มเพิ่มเติมระหว่างการตรวจสอบที่สำคัญ การเลือกระหว่างสองประเภทนี้ไม่ใช่การตัดสินใจที่มีขนาดเดียวพอดี โดยเริ่มต้นด้วยการนับการดำเนินงานรายวันที่คาดหวังไว้อย่างชัดเจน และมูลค่าที่เกิดจากเวลาหยุดทำงานที่น้อยที่สุด
LTC จะถูกใช้งานในทุกที่ที่แรงดันไฟฟ้าต้องอยู่ภายในแถบความถี่แคบ แม้ว่าโหลดจะแกว่งไปมากก็ตาม สภาพแวดล้อมสามแห่งคิดเป็นสัดส่วนมากกว่า 90% ของการติดตั้ง LTC ทั้งหมดทั่วโลก
ในแต่ละสถานการณ์ LTC จะแปลงหม้อแปลงพาสซีฟให้เป็นโหนดควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ทำงานอยู่ ความสามารถเชิงรุกนั้นกลายเป็นข้อบังคับในรหัสกริดจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภูมิภาคที่มีอัตราการใช้พลังงานทดแทนสูง เมื่อระบุอุปกรณ์สำหรับการใช้งานเหล่านี้ วิศวกรที่มีประสบการณ์มักจะหันไปหาผู้ผลิตที่นำเสนอการกำหนดค่า LTC ที่ปรับแต่งได้ ซึ่งรวมถึง หม้อแปลงชนิดแห้ง พร้อมตัวเลือก LTC สำหรับสภาพแวดล้อมภายในอาคารที่ไวต่อไฟ
LTC มีความหนาแน่นสูงสุดของหน้าสัมผัสทางกลที่กำลังเคลื่อนที่ภายในหม้อแปลง ซึ่งทำให้ส่วนประกอบมีแนวโน้มที่จะเสียหายมากที่สุด ข้อมูล CIGRE ระบุว่าปัญหา LTC มีส่วนทำให้เกิดความล้มเหลวของหม้อแปลงไฟฟ้าประมาณ 30% ทั้งหมด การระบุการเสื่อมสภาพตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วยหลีกเลี่ยงการหยุดทำงานโดยไม่คาดคิด ซึ่งอาจทำให้ผู้ใช้ในภาคอุตสาหกรรมต้องเสียค่าใช้จ่ายหลายแสนดอลลาร์ต่อวัน
| โหมดความล้มเหลว | อาการ | วิธีการวินิจฉัย | มาตรการป้องกัน |
|---|---|---|---|
| การสึกกร่อนของหน้าสัมผัสสวิตช์เปลี่ยนทาง | ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าประปราย อะเซทิลีน (C₂H₂) ในน้ำมันเพิ่มขึ้น | การวิเคราะห์ก๊าซละลาย (DGA) การวัดความต้านทานการสัมผัสแบบคงที่ | การตรวจสอบแบบสัมผัสทุกๆ 10,000 ครั้ง โดยใช้โลหะผสมที่ทนต่อการโค้งงอ |
| กลไกหยุดทำงานหรือทำงานผิดปกติ | การเปลี่ยนแปลงการแตะล้มเหลว กระแสไฟของมอเตอร์พุ่งสูงขึ้น สัญญาณเตือนควบคุม | การวิเคราะห์ลักษณะเฉพาะของแรงบิดของมอเตอร์ การตรวจสอบการเชื่อมต่อของไดรฟ์ด้วยภาพ | การหล่อลื่นทุกครึ่งปี การเปลี่ยนตลับลูกปืนและสปริงที่สึกหรอ |
| ฉนวนการย่อยสลายน้ำมัน | ความเป็นกรดสูง เพิ่มตัวประกอบกำลัง การเกิดตะกอน | การทดสอบการสลายไดอิเล็กตริกของน้ำมัน ความตึงของพื้นผิว การตรวจสอบปริมาณสารยับยั้ง | การกรองหรือเปลี่ยนน้ำมันเป็นประจำทุกปี การใช้น้ำมันยับยั้ง |
| สวิตช์เลือกไม่ตรงแนว | เสียงรบกวนจากกลไก กิจกรรมการคายประจุบางส่วน ความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งก๊อกน้ำ | การตรวจสอบด้วยภาพภายใน (บอร์สโคป) การวัดความต้านทานแบบไดนามิก | ปฏิบัติตามข้อกำหนดแรงบิดของผู้ผลิต การสอบเทียบลิมิตสวิตช์ปกติ |
DGA ยังคงเป็นเครื่องมือแจ้งเตือนล่วงหน้าที่มีค่าที่สุดเพียงเครื่องมือเดียว การกระโดดอย่างกะทันหันของอะเซทิลีน (C₂H₂) มักส่งสัญญาณให้เกิดการอาร์คอย่างรุนแรงภายในช่องเปลี่ยนทิศทาง ในขณะที่แนวโน้มที่สูงขึ้นของเอทิลีน (C₂H₄) ชี้ไปที่การโค้กด้วยความร้อนของน้ำมันใกล้กับหน้าสัมผัสที่มีความร้อนมากเกินไป เมื่อรวมกับการถ่ายภาพความร้อนอินฟราเรดของช่อง LTC และการติดตามตำแหน่งการแตะ ผู้ปฏิบัติงานสามารถกำหนดเวลาการบำรุงรักษาเชิงแก้ไขได้ก่อนที่จะเกิดการหยุดทำงานแบบบังคับ
การบำรุงรักษาเชิงป้องกันบน LTC คือความสมดุลระหว่างการสึกหรอก่อนที่จะทำให้เกิดความล้มเหลว และการหลีกเลี่ยงการบุกรุกโดยไม่จำเป็นซึ่งรบกวนการเชื่อมต่อที่เสถียร รายการตรวจสอบต่อไปนี้จัดโครงสร้างแนวทางเชิงปฏิบัติโดยพิจารณาจากประสบการณ์การบริการ
การตั้งงบประมาณสำหรับการบำรุงรักษา LTC นั้นตรงไปตรงมา: การยกเครื่องครั้งใหญ่ (การเปลี่ยนไดเวอร์เตอร์แบบเต็มพร้อมการบำบัดน้ำมัน) โดยทั่วไปจะมีค่าใช้จ่ายระหว่าง 10% ถึง 20% ของราคาซื้อหม้อแปลงเดิม โดยจะมีการดำเนินการทุก 15 ถึง 20 ปี การกระจายต้นทุนดังกล่าวตลอดอายุการใช้งาน 30 ปีของสินทรัพย์ถือเป็นกรณีสำคัญสำหรับการไม่เลื่อนการวิเคราะห์น้ำมันประจำปีออกไป
การเลือก LTC เกี่ยวข้องมากกว่าการเลือกหมายเลขชิ้นส่วนจากแค็ตตาล็อก การตัดสินใจจะต้องปรับความสามารถของเครื่องเปลี่ยนก๊อกให้สอดคล้องกับความเป็นจริงทางไฟฟ้า เครื่องกล และเศรษฐศาสตร์ของการติดตั้ง เริ่มต้นด้วยการเติมเมทริกซ์การตัดสินใจด้วยข้อมูลเฉพาะของคุณ
| ปัจจัย | สิ่งที่ต้องประเมิน | ผลกระทบต่อตัวเลือก LTC |
|---|---|---|
| แรงดันไฟฟ้าของระบบและระดับ MVA | แรงดันไฟฟ้าหลัก ความจุของหม้อแปลงไฟฟ้า | กำหนดระดับฉนวน จำนวนขั้นตอน และดูว่าตัวต้านทานหรือประเภทเครื่องปฏิกรณ์เหมาะสมหรือไม่ |
| ช่วงการควบคุมและขนาดขั้นตอน | ย่านแรงดันไฟฟ้าที่ต้องการ (ปกติ ±10%) ความละเอียดต่อขั้นตอน | ขั้นตอนที่ละเอียดกว่า (0.625%) เหมาะกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ขั้นตอนที่หยาบขึ้นช่วยลดต้นทุนและความซับซ้อน |
| ความถี่ในการทำงานรายวัน | การเปลี่ยนแปลงประปาที่คาดหวังต่อวันภายใต้สภาวะปกติและเหตุฉุกเฉิน | มากกว่า 30 การปฏิบัติงาน/วัน ประเภทเครื่องปฏิกรณ์มักจะให้ความทนทานที่ดีกว่า |
| สภาพแวดล้อม | อุณหภูมิ ความชื้น มลพิษ ในร่มและกลางแจ้ง | กำหนดการปิดผนึกตู้ ข้อมูลจำเพาะของสี และการออกแบบระบบเก็บรักษาน้ำมัน |
| งบประมาณวงจรชีวิต | ต้นทุนล่วงหน้าเทียบกับต้นทุนการบำรุงรักษาและการหยุดทำงานที่คาดการณ์ไว้ในช่วง 25 ปี | การลงทุนเริ่มแรกในประเภทเครื่องปฏิกรณ์ที่สูงกว่าอาจตอบแทนได้จากการหยุดซ่อมบำรุงที่ลดลง |
หม้อแปลงสถานีย่อยขนาด 50 MVA, 115 kV ตัวใหม่มีไว้สำหรับสาธารณูปโภคที่มีประวัติการเปลี่ยนแปลงแทป 40 ครั้งต่อวัน มีแนวโน้มที่จะหันไปใช้ LTC ประเภทเครื่องปฏิกรณ์ แม้ว่าจะมีการใช้เงินทุนสูงกว่าก็ตาม เนื่องจากการหยุดทำงานของการเชื่อมต่อที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ตลอดระยะเวลาหนึ่งทศวรรษ ทำให้ต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของลดลง ในทางกลับกัน หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายทางอุตสาหกรรม 12.47 kV ที่ทำการปรับเพียงห้าครั้งต่อวัน จะได้รับ LTC ประเภทตัวต้านทานที่ทันสมัยพร้อมการตรวจสอบตามเงื่อนไข
ท้ายที่สุดแล้ว การเลือก LTC ที่ถูกต้องนั้นเป็นหน้าที่ของปรัชญาการดำเนินงาน ไม่ใช่เพียงข้อกำหนดเฉพาะเท่านั้น การเป็นพันธมิตรกับผู้ผลิตที่สามารถจัดหาโซลูชัน LTC ที่รวมอยู่ในโรงงาน—และการสนับสนุนการวินิจฉัยเพื่อตรวจสอบ—ทำให้มั่นใจได้ว่าหม้อแปลงจะทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในทุกฤดูกาลของความต้องการ
ติดต่อเรา