ระบบลดแรงดันและตรวจจับข้อผิดพลาดของหม้อแปลง

​​​​​​​

 

1. บทนำ

 

ในหม้อแปลงจุ่มน้ำมัน- การเปลี่ยนแปลงแรงดันภายในถือเป็นเรื่องปกติของการทำงาน เมื่อน้ำมันหม้อแปลงร้อนและเย็นลงระหว่างรอบการโหลด พื้นที่ก๊าซที่ปิดสนิทภายในถังจะขยายตัวและหดตัว ทำให้เกิดความผันผวนของแรงดันภายในตู้หม้อแปลงทีละน้อย ภายใต้สภาวะการทำงานปกติ การเปลี่ยนแปลงความดันเหล่านี้จะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ และส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับความแปรผันของอุณหภูมิโดยรอบและการโหลดของหม้อแปลง

อย่างไรก็ตาม ข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าภายในทำให้เกิดพฤติกรรมแรงดันที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง เหตุการณ์ต่างๆ เช่น ความล้มเหลวของขดลวดหรือการอาร์คภายในอาจทำให้น้ำมันที่เป็นฉนวนกลายเป็นก๊าซได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดคลื่นแรงดันภายในถังอย่างกะทันหัน เนื่องจากข้อผิดพลาด-การเพิ่มขึ้นของแรงดันที่สร้างขึ้นเหล่านี้เกิดขึ้นภายในมิลลิวินาที หม้อแปลงไม่เพียงแต่ต้องการอุปกรณ์บรรเทาแรงดันเท่านั้น แต่ยังต้องใช้ระบบตรวจจับข้อบกพร่องเฉพาะที่สามารถระบุพฤติกรรมของแรงดันที่ผิดปกติก่อนที่ถังจะล้มเหลวอย่างรุนแรง

ด้วยเหตุนี้ ระบบป้องกันหม้อแปลงสมัยใหม่จึงมักแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

• ระบบระบายแรงดัน
• ระบบตรวจจับข้อผิดพลาด

ปรัชญาการป้องกันแบบหลายชั้นนี้สะท้อนให้เห็นอย่างกว้างขวางในมาตรฐาน IEEE C57 และแนวทางปฏิบัติในการออกแบบหม้อแปลง IEC 60076

 

2. การลดแรงกดทับและการตรวจจับข้อผิดพลาด

 

แม้ว่าคำว่า "การระบายแรงดัน" และ "การตรวจจับข้อผิดพลาด" บางครั้งจะใช้แทนกันได้ในอุตสาหกรรมหม้อแปลงไฟฟ้า แต่ก็ทำหน้าที่ที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน

อุปกรณ์ระบายแรงดันของหม้อแปลงไฟฟ้าได้รับการออกแบบเพื่อปล่อยแรงดันถังที่มากเกินไปทางกายภาพ เพื่อป้องกันการเปลี่ยนรูปทางกลหรือการแตกร้าวของถังหม้อแปลง อุปกรณ์เหล่านี้ตอบสนองต่อขนาดแรงดันเป็นหลักและเป็นรากฐานของระบบป้องกันแรงดันของหม้อแปลง

ในทางกลับกัน อุปกรณ์ตรวจจับข้อผิดพลาด จะตรวจสอบความเร็วหรือลักษณะของการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่เกี่ยวข้องกับข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าภายใน แทนที่จะปล่อยแรงดัน พวกมันจะสร้างสัญญาณเตือนหรือสัญญาณตัดการทำงานเพื่อแยกหม้อแปลงออกจากระบบไฟฟ้า

ความแตกต่างนี้มีความสำคัญมากขึ้นเมื่อขนาดของหม้อแปลงและระดับพลังงานความผิดปกติเพิ่มขึ้น

 

ตารางที่ 1 - ความแตกต่างระหว่างการลดแรงดันและการตรวจจับข้อผิดพลาด

3. อุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงไฟฟ้า

 

3.1 วาล์วระบายแรงดัน (PRV)​​​​​​​

วาล์วปล่อยแรงดันได้รับการออกแบบมาเพื่อปกป้องถังหม้อแปลงจากแรงดันภายในที่มากเกินไป เมื่อแรงดันในถังถึงแรงดันปล่อย วาล์วจะเปิดโดยอัตโนมัติเพื่อปล่อยแก๊สจนกว่าแรงดันจะลดลงจนถึงแรงดันที่ปลอดภัย นอกจากนี้ เมื่อจำเป็น ผู้ใช้จะได้รับอนุญาตให้ใช้งานวาล์วระบายแรงดันด้วยตนเองในการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้า โดยการดึงวงแหวนปฏิบัติการเพื่อลดแรงดันภายใน

ภายใต้แนวทางปฏิบัติของ IEEE แรงดันการแตกร้าวโดยทั่วไปสำหรับการออกแบบหม้อแปลง PRV จะอยู่ที่ประมาณ 10 PSIG ±2 PSIG ในขณะที่การใช้งาน CSA มักใช้การตั้งค่าแรงดันที่ต่ำกว่า หลังจากระบายแรงดันแล้ว วาล์วระบายแรงดันในระบบหม้อแปลงจะปิดผนึกอีกครั้งโดยอัตโนมัติเพื่อรักษาความสมบูรณ์ของถังหม้อแปลง

 

เนื่องจากโครงสร้างที่เรียบง่ายและการทำงานที่เชื่อถือได้ PRV จึงถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบติดเสา
• หม้อแปลงแบบติดแผ่น-
• หม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายแบบจุ่มน้ำมัน-
• สถานีย่อยหน่วยขนาดเล็ก

 

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ PRD ของหม้อแปลงขนาดใหญ่ โดยทั่วไปแล้ว PRV มักนิยมใช้กับหม้อแปลง kVA ที่ต่ำกว่า ซึ่งแรงดันที่เพิ่มขึ้นค่อนข้างปานกลางและสามารถคาดเดาได้ ในการใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายหลายชนิด วาล์ว PRV ในถังหม้อแปลงยังคงเป็นรูปแบบการป้องกันแรงดันทางกลพื้นฐานที่พบบ่อยที่สุด

3.2 อุปกรณ์ระบายแรงดัน (PRD)

อุปกรณ์ระบายแรงดัน (PRD) มีวัตถุประสงค์หลักเช่นเดียวกับวาล์วระบายแรงดัน (PRV) โดยจะปกป้องถังหม้อแปลงจากแรงดันภายในที่มากเกินไป อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ PRD มักเกี่ยวข้องกับพิกัดกำลังที่มากกว่า โดยปกติ คุณจะไม่เห็น PRD ติดตั้งบนหม้อแปลงที่มีกำลังต่ำกว่า 1,500 kVA แม้ว่าจะไม่มีอะไรผิดปกติในทางเทคนิคกับการใช้ PRD กับหน่วยขนาดเล็ก หากแอปพลิเคชันต้องการก็ตาม

PRD ส่วนใหญ่ติดตั้งอยู่ที่ด้านบนของถังหม้อแปลง ซึ่งสามารถปล่อยก๊าซหรือแรงดันภายในออกได้อย่างรวดเร็วในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาด

คำศัพท์เฉพาะทางอาจทำให้เกิดความสับสนได้ เนื่องจาก "อุปกรณ์ระบายแรงดัน" มักใช้เป็นคำศัพท์ทางอุตสาหกรรมทั่วไปสำหรับทั้ง PRV และ PRD ในกรณีส่วนใหญ่ PRV จะใช้กับหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายที่มีขนาดเล็ก ในขณะที่ PRD จะพบได้ทั่วไปในหน่วยขนาดใหญ่หรือการใช้งานที่ต้องการการตอบสนองแรงดันที่เร็วขึ้นและการระบุข้อผิดพลาด

อุปกรณ์ระบายแรงดันของหม้อแปลงไฟฟ้าทำหน้าที่พื้นฐานเหมือนกับ PRV - ซึ่งบรรเทาแรงดันภายในที่มากเกินไป - แต่โดยทั่วไปได้รับการออกแบบให้มีความสามารถในการไหลที่สูงกว่า เวลาตอบสนองที่รวดเร็ว ประสิทธิภาพการปิดผนึกที่เชื่อถือได้ และฟังก์ชันปลุกหรือการตรวจสอบเพิ่มเติม การออกแบบ PRD ขั้นสูงให้แรงดันในการเปิดที่แม่นยำ เวลาการทำงานสั้น ประสิทธิภาพการทำงานกลางแจ้งในระยะยาว-ที่เชื่อถือได้ และการปิดผนึกอย่างมีประสิทธิภาพต่อความชื้น ฝุ่น และอากาศเข้า ช่วยรักษาแรงดันถังเชิงบวกและปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงานของหม้อแปลง

 

ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของ PRD{0}} ที่ติดตั้งฝาครอบคือความสามารถในการตรวจสอบ ชุดอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงหลายตัวประกอบด้วย:

• สัญญาณภาพหรือตัวบ่งชี้การทำงาน
• ผู้ติดต่อปลุกระยะไกล
• SCADA-เอาต์พุตการตรวจสอบที่เข้ากันได้

 

ทำให้ PRD เหมาะสมเป็นพิเศษสำหรับสถานีไฟฟ้าย่อยและระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรมที่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบระยะไกล

PRD มักใช้ใน:

• หม้อแปลงหน่วยสถานีย่อย
• หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังปานกลาง
• หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่
• หม้อแปลงไฟฟ้าสถานีย่อยยูทิลิตี้​​​​​​​​

 

สำหรับการใช้งานด้านสาธารณูปโภคขนาดใหญ่ วิศวกรมักจะเลือกการจัดเรียงหม้อแปลงอุปกรณ์ลดแรงดันแทน PRV ที่เล็กลง เนื่องจากพลังงานข้อผิดพลาดภายในและปริมาณน้ำมันที่สูงขึ้น

3.3 แผ่นดิสก์ร้าว

โดยทั่วไปแล้ว แผ่นกันแตกจะใช้เป็นอุปกรณ์ลดแรงดันฉุกเฉินขั้นสุดยอดในการใช้งานหม้อแปลงพลังงานสูง-

ต่างจาก PRV หรือ PRD มาตรฐาน แผ่นร้าวเป็นอุปกรณ์-ที่ไม่สามารถรีเซ็ตได้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อระเบิดทันทีเมื่อแรงดันภายในถึงขีดจำกัดวิกฤต วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อให้มีการระบายอากาศเต็มพื้นที่-อย่างรวดเร็วในระหว่างที่เกิดข้อผิดพลาดภายในที่เป็นภัยพิบัติ

 

เนื่องจากต้องเปลี่ยนแผ่นดิสก์ที่ร้าวหลังการผ่าตัด จึงมักจะสงวนไว้สำหรับ:

• หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่
• หม้อแปลงเตา
• หม้อแปลงแรงดึง
• ระบบอุตสาหกรรมระดับข้อผิดพลาดสูง-

ในทางปฏิบัติทางวิศวกรรม แผ่นกันรอยร้าวแสดงถึงระดับสูงสุดของการป้องกันแรงดันทางกล

4. อุปกรณ์ตรวจจับความผิดปกติของหม้อแปลงไฟฟ้า

 

4.1 ตัวตรวจจับข้อบกพร่องภายใน (IFD)

ตัวตรวจจับข้อบกพร่องภายใน (IFD) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายกับหม้อแปลงแบบ-แบบติดตั้งบนเสาและแบบติดตั้งแบบแผ่น- เป็นอุปกรณ์รักษาความปลอดภัยภาคสนามที่เรียบง่ายแต่มีประสิทธิภาพสูง

IFD ตรวจจับแรงดันภายในที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันซึ่งเกิดจากข้อผิดพลาดที่เกิดจากอาร์คภายในถังหม้อแปลง เมื่อเปิดใช้งาน ไฟแสดงที่มีสีสดใสจะเด้งออกมา ช่วยให้เจ้าหน้าที่สาธารณูปโภคสามารถระบุได้ทันทีว่าหม้อแปลงมีข้อผิดพลาดภายในและไม่ควร-จ่ายไฟใหม่

 

ข้อได้เปรียบที่สำคัญประการหนึ่งของระบบ IFD สมัยใหม่คือ การออกแบบจำนวนมากได้รวม PRV ตามมาตรฐาน IEEE หรือ CSA ไว้ในชุดหม้อแปลงไว้ในอุปกรณ์เดียวกัน โดยผสมผสาน:

• บรรเทาความดัน
• บ่งชี้ข้อผิดพลาด

ให้เป็นโครงสร้างขนาดกะทัดรัดเพียงตัวเดียว

 

IFD มักใช้ใน:

• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบติดตั้ง-เสาเฟสเดียว-
• หม้อแปลงไฟฟ้าแบบติดตั้งสาม-เสาเฟส-
• หม้อแปลงแบบติดแผ่น-
• หม้อแปลงไฟฟ้าสถานีย่อยขนาดเล็ก

เมื่อเปรียบเทียบกับระบบ SPR แล้ว IFD นั้นง่ายกว่า ประหยัดกว่า และเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันระดับการจัดจำหน่าย-

4.2 รีเลย์แรงดันฉับพลัน (SPR / RPR)

 

ระบบเหล่านี้มักใช้ใน:

• หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังปานกลาง
• หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่
• หม้อแปลงเรียงกระแส
• หม้อแปลงเตา
• หม้อแปลงแรงดึง

 

เมื่อเปรียบเทียบกับ IFD แล้ว ระบบป้องกันรีเลย์เพิ่มแรงดันที่รวดเร็วให้การรวมระบบไฟฟ้าที่รวดเร็วกว่า และเหมาะสำหรับการใช้งานด้านสาธารณูปโภคและอุตสาหกรรมที่สำคัญมากกว่า

4.3 บุชโฮลซ์ รีเลย์

รีเลย์ Buchholz เป็นอุปกรณ์ตรวจจับข้อบกพร่องที่ทำงานด้วยแก๊ส-และ-การไหล- ซึ่งใช้ในหม้อแปลงชนิดคอนเวอร์เตอร์-

แตกต่างจากระบบ SPR และ IFD ซึ่งตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันเป็นหลัก รีเลย์ Buchholz ตรวจจับข้อผิดพลาดภายในผ่าน:

• การสะสมของก๊าซ
• การเคลื่อนไหวของคลื่นน้ำมัน

 

โดยทั่วไปรีเลย์ทำงานในสองขั้นตอน:

• สัญญาณเตือนสำหรับความผิดพลาดที่เกิดขึ้น
• ทริปสำหรับข้อผิดพลาดภายในที่รุนแรง

 

รีเลย์ Buchholz ใช้กันอย่างแพร่หลายใน:

• Conservator-ประเภทหน่วยสถานีย่อย
• หม้อแปลงไฟฟ้ากำลังปานกลาง
• หม้อแปลงไฟฟ้าขนาดใหญ่

 

เนื่องจากความสามารถในการตรวจจับข้อบกพร่องของฉนวนที่กำลังพัฒนาอย่างช้าๆ รีเลย์ Buchholz จึงยังคงเป็นหนึ่งในอุปกรณ์ตรวจจับข้อผิดพลาดที่สำคัญที่สุดในหม้อแปลงที่เติมน้ำมันขนาดใหญ่-

 

5​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​. ลำดับชั้นการป้องกันในการปฏิบัติงานทางวิศวกรรม

 

ในการใช้งานหม้อแปลงจริง อุปกรณ์เหล่านี้ไม่ได้ใช้อย่างเท่าเทียมกันในทุกประเภทของหม้อแปลง แต่ระบบป้องกันจะมีความก้าวหน้ามากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อขนาดของหม้อแปลงและพลังงานข้อผิดพลาดเพิ่มขึ้น

 

ตารางที่ 2 - แอปพลิเคชันอุปกรณ์ป้องกันทั่วไปตามคลาสหม้อแปลง

การกำหนดค่าแบบหลายชั้นนี้สะท้อนถึงหลักการทางวิศวกรรมที่ว่าการป้องกันหม้อแปลงพัฒนาจากการลดแรงดันทางกลขั้นพื้นฐานไปสู่ระบบป้องกันข้อผิดพลาดทางกลและไฟฟ้าแบบรวม

6. บทสรุป

 

การออกแบบความปลอดภัยของหม้อแปลงสมัยใหม่นั้นขึ้นอยู่กับการประสานงานของระบบลดแรงดันและการตรวจจับข้อผิดพลาด แทนที่จะพึ่งพาอุปกรณ์ตัวเดียว

PRV และ PRD ให้การควบคุมแรงดันเชิงกลในระหว่างสภาวะการทำงานปกติและผิดปกติ แผ่นกันแตกให้การป้องกันฉุกเฉินขั้นสุดยอดระหว่างเกิดข้อผิดพลาดร้ายแรง IFD และระบบรีเลย์แรงดันฉับพลันจะตรวจจับแรงดันที่เพิ่มขึ้นอย่างกะทันหันที่เกิดจากไฟฟ้าขัดข้องภายใน ในขณะที่รีเลย์ Buchholz จะตรวจสอบการสร้างก๊าซและการเคลื่อนที่ของน้ำมันที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาความล้มเหลวของฉนวน

อุปกรณ์เหล่านี้ร่วมกันสร้างสถาปัตยกรรมการป้องกันหม้อแปลงหลาย-ชั้นที่ปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการปฏิบัติงาน ความปลอดภัยของบุคลากร และความสามารถในการแยกข้อผิดพลาดทั่วทั้งระบบจำหน่าย ระบบไฟฟ้าอุตสาหกรรม และสาธารณูปโภค