ในฐานะอุปกรณ์จ่ายไฟแบบบูรณาการและแบบแยกส่วนหน่วยตู้คอนเทนเนอร์แรงดันสูงเนื่องจากมีข้อดีคือติดตั้งง่าย ป้องกันได้ดี และปรับตัวได้หลากหลาย จึงมีการใช้ตู้ควบคุมแรงดันสูงอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการผลิต การจ่ายไฟฉุกเฉิน การจ่ายไฟในพื้นที่ห่างไกล และสถานการณ์อื่นๆ โดยรุ่น 10.5kV เป็นรูปแบบการใช้งานทั่วไปในงานวิศวกรรมปัจจุบัน และยังสามารถปรับให้เข้ากับระดับแรงดันไฟฟ้าต่างๆ ได้อย่างยืดหยุ่น เช่น 6.3kV, 6kV และ 11kV บทความนี้จะอธิบายถึงการกำหนดค่าทางไฟฟ้าทั้งหมดของตู้ควบคุมแรงดันสูง รวมถึงระบบหลัก อุปกรณ์เสริม การรับประกันความปลอดภัย และมาตรฐานการใช้งาน เพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคที่ครอบคลุมสำหรับการเลือก การติดตั้ง การใช้งาน และการบำรุงรักษาตู้ควบคุม
การกำหนดค่าทางไฟฟ้าของชุดตู้แรงดันสูงนั้นอิงตามพารามิเตอร์ที่กำหนด ซึ่งกำหนดขอบเขตการใช้งานและเกณฑ์มาตรฐานการทำงานของหน่วย แรงดันไฟที่กำหนดของหน่วยคือ 10.5kV (แรงดันสาย) ใช้โหมดจ่ายไฟแบบสามเฟส 50Hz กำลังไฟฟ้าที่กำหนดโดยทั่วไปครอบคลุม 800kW～3000kW และความเร็วรอบที่กำหนดจะคงที่ที่ 1500 รอบต่อนาที เพื่อให้มั่นใจถึงความต่อเนื่องและความเสถียรของการจ่ายไฟ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าใช้โหมดการต่อแบบ Y สามเฟส และจุดกลางต่อลงดินผ่านตัวต้านทาน NGR ซึ่งจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรลงดินได้อย่างมีประสิทธิภาพและรับประกันความปลอดภัยของระบบ ระดับฉนวนถึงระดับ H และการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิได้รับการประเมินตามระดับ F ซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการทำงานภายใต้สภาวะการทำงานที่ซับซ้อน ในแง่ของระดับการป้องกัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ IP23 และตัวถังหลักคือ IP54/IP55 ซึ่งสามารถต้านทานการแทรกซึมของฝุ่นละออง น้ำฝน และสิ่งสกปรกภายนอกได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเหมาะสำหรับการติดตั้งและใช้งานกลางแจ้งและในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักเป็นหัวใจสำคัญของแหล่งจ่ายไฟของเครื่อง และการกำหนดค่าของระบบนี้จะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของแหล่งจ่ายไฟและความน่าเชื่อถือในการทำงาน ส่วนประกอบหลักของระบบนี้คือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบซิงโครนัสไร้แปรงถ่าน ซึ่งสามารถเลือกได้ทั้งแบบแบริ่งเดี่ยวหรือแบริ่งคู่ตามความต้องการ โดยควรเลือกใช้แบรนด์ที่มีชื่อเสียงระดับนานาชาติ เช่น Stamford, Leroy Somer และ Meccalte หรือผลิตภัณฑ์ซีรีส์แรงดันสูงในประเทศที่มีประสิทธิภาพเทียบเท่ากัน วิธีการกระตุ้นใช้การกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวร PMG ร่วมกับ AVR ดิจิทัล การกำหนดค่านี้ไม่เพียงแต่มีความสามารถในการต้านทานการบิดเบือนที่ดีเยี่ยม แต่ยังสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ โดยมีอัตราการควบคุมแรงดันไฟฟ้าในสภาวะคงที่ ≤±0.25% และความสามารถในการกระตุ้นที่แข็งแกร่งสามารถโอเวอร์โหลดได้ถึง 300% ในเวลา 10 วินาที ทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องยังคงรักษาเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าได้เมื่อโหลดผันผวน ในขณะเดียวกัน อัตราการบิดเบือนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอยู่ที่ ≤3% (สภาวะไม่มีโหลดและโหลดครึ่งหนึ่ง) ความต้านทานฉนวนที่อุณหภูมิต่ำ (15–35℃) ≥2MΩ และแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้ที่ความถี่ไฟฟ้าสามารถรับแรงดันได้ 1 นาที 42kV (ลงดิน) ซึ่งตรงตามข้อกำหนดด้านฉนวนและแรงดันไฟฟ้าที่ทนได้ของอุปกรณ์ไฟฟ้าแรงสูงอย่างครบถ้วน เพื่อความปลอดภัยของระบบมากยิ่งขึ้น หน่วยนี้จึงติดตั้งตู้ต่อลงดินจุดกลาง (NGR) ซึ่งประกอบด้วยตัวต้านทานลงดิน หม้อแปลงกระแส อุปกรณ์ป้องกันการลัดวงจรลงดิน สวิตช์แยก ไฟแสดงสถานะ และส่วนประกอบอื่นๆ หน้าที่หลักคือการจำกัดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรลงดิน ลดแรงดันเกิน และอำนวยความสะดวกในการตัดวงจรแบบเลือกของระบบป้องกันรีเลย์เพื่อลดความเสี่ยงของการขยายตัวของความผิดพลาด
ระบบสวิตช์แรงดันสูงและระบบจ่ายพลังงานเป็นส่วนสำคัญในการส่งและกระจายพลังงานไฟฟ้าของหน่วยผลิตไฟฟ้า โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยอุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูง ตู้ PT และตู้ขนาน (ติดตั้งเมื่อต่อขนานหลายหน่วย) ในจำนวนนี้ อุปกรณ์สวิตช์แรงดันสูง เช่น ตู้จ่ายไฟของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า มีเบรกเกอร์วงจรสุญญากาศ (VCB) เป็นส่วนประกอบหลัก โดยมีแรงดันใช้งาน 12kV และความสามารถในการตัดกระแส ≥25kA ซึ่งสามารถตัดกระแสลัดวงจรได้อย่างน่าเชื่อถือและรับประกันความปลอดภัยของระบบ ตู้ดังกล่าวติดตั้ง CT/PT ระดับการวัดและการป้องกัน (5P20) โดยที่ PT มีคุณสมบัติ 10.5kV/0.1kV ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการวัดแรงดัน การควบคุมการซิงโครไนซ์ และการป้องกันแรงดันเกิน/แรงดันต่ำ ในขณะเดียวกันก็ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันแรงดันเกินแบบซิงค์ออกไซด์ 10kV เพื่อป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและหม้อแปลงหลักจากผลกระทบของแรงดันเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ สวิตช์เกียร์ยังมีฟังก์ชันป้องกันการลัดวงจร การโอเวอร์โหลด และการรั่วลงดิน รองรับการเปิดและปิดด้วยตนเองและด้วยไฟฟ้า และติดตั้งอุปกรณ์แสดงตำแหน่งและอุปกรณ์ล็อคทางไฟฟ้าเพื่อป้องกันการใช้งานผิดพลาด ตู้ PT เป็นอุปกรณ์เสริม ซึ่งมีหน้าที่หลักในการให้สัญญาณแรงดัน สัญญาณซิงโครไนซ์ แหล่งจ่ายไฟสำหรับอุปกรณ์ และแหล่งจ่ายแรงดันป้องกันสำหรับระบบ เพื่อให้มั่นใจว่าระบบควบคุมและป้องกันทำงานได้อย่างปกติ เมื่อต้องการต่อขนานหลายหน่วย จะต้องใช้ตู้ขนาน ตู้ดังกล่าวรวมอุปกรณ์ซิงโครไนซ์อัตโนมัติและซิงโครไนซ์ด้วยตนเอง มีฟังก์ชันล็อคความแตกต่างของความถี่ ความแตกต่างของแรงดัน และความแตกต่างของมุมเฟส และสามารถแบ่งปันกำลังไฟฟ้าเชิงปฏิกิริยาและกำลังไฟฟ้าจริงระหว่างหน่วยต่างๆ ได้โดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจถึงเสถียรภาพและความประหยัดของการทำงานแบบขนาน
ระบบควบคุมและป้องกันเปรียบเสมือน "สมอง" สำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของเครื่อง ประกอบด้วยสามโมดูล ได้แก่ ตัวควบคุมเครื่อง การป้องกันรีเลย์แรงดันสูง และการตรวจสอบในพื้นที่/ระยะไกล ตัวควบคุมเครื่องควรเลือกใช้แบรนด์ที่มีชื่อเสียง เช่น Deepsea DSE7320 และ ComAp หรือผลิตภัณฑ์ในประเทศที่มีประสิทธิภาพเทียบเท่า มีฟังก์ชันเริ่ม/หยุดอัตโนมัติและ AMF (การสลับอัตโนมัติเมื่อไฟหลักดับ) และสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์การทำงานที่สำคัญแบบเรียลไทม์ เช่น อุณหภูมิน้ำ แรงดันน้ำมัน ความเร็ว แรงดัน กระแส ความถี่ และกำลังไฟฟ้า ในขณะเดียวกันก็รวมฟังก์ชันการป้องกันหลายอย่าง เช่น แรงดันเกิน/แรงดันต่ำ ความถี่เกิน/ความถี่ต่ำ กระแสเกิน ไฟฟ้าลัดวงจร ความเร็วเกิน อุณหภูมิน้ำสูง และแรงดันน้ำมันต่ำ สามารถบันทึกข้อมูลความผิดพลาดและเหตุการณ์ในอดีตโดยอัตโนมัติ และรองรับการสื่อสารระยะไกล RS485/Ethernet ทำให้สะดวกต่อการใช้งานและการจัดการบำรุงรักษา ระบบป้องกันรีเลย์แรงดันสูงใช้ไมโครคอมพิวเตอร์เป็นอุปกรณ์ป้องกัน ซึ่งมีฟังก์ชันการป้องกันครบถ้วน รวมถึงการป้องกันความแตกต่างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า การป้องกันกระแสเกิน/การตัดวงจรทันที การป้องกันการลัดวงจรลงดิน (CT ลำดับศูนย์ด้าน NGR) การป้องกันแรงดันเกิน/แรงดันต่ำ การป้องกันความถี่เกิน/ความถี่ต่ำ และการป้องกันไฟย้อนกลับ (เมื่อเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า) สามารถตอบสนองต่อความผิดพลาดได้อย่างรวดเร็ว ตัดวงจรที่ผิดพลาดได้ทันเวลา และลดความเสี่ยงต่อความเสียหายของอุปกรณ์ให้เหลือน้อยที่สุด ในด้านการตรวจสอบ มีการใช้การผสมผสานระหว่างวิธีการในพื้นที่และระยะไกล ในพื้นที่ แผงควบคุมแรงดันสูงและแผงควบคุมแรงดันต่ำจะถูกจัดวางไว้ส่วนกลางที่ด้านใดด้านหนึ่งของตู้คอนเทนเนอร์ ทำให้การใช้งานและการตรวจสอบในสถานที่สะดวกยิ่งขึ้น ในระยะไกล รองรับโปรโตคอลการสื่อสาร MODBUS TCP/4G/5G และสามารถเชื่อมต่อกับระบบ SCADA หรือแพลตฟอร์มคลาวด์เพื่อตรวจสอบสถานะการทำงาน การปรับพารามิเตอร์ และการแจ้งเตือนความผิดพลาดล่วงหน้าแบบเรียลไทม์จากระยะไกล ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการปฏิบัติงานและการบำรุงรักษา
ระบบไฟฟ้าเสริมแรงดันต่ำช่วยรับประกันการทำงานปกติของตัวเครื่อง โดยส่วนใหญ่ประกอบด้วยตู้จ่ายไฟแรงดันต่ำ AC400V และระบบ DC24V ตู้จ่ายไฟแรงดันต่ำจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์เสริมต่างๆ เป็นหลัก รวมถึงอุปกรณ์ป้องกันการแข็งตัวและความชื้น เช่น เครื่องทำความร้อนแบบใช้น้ำ เครื่องทำความร้อนในห้อง และเครื่องทำความร้อนกำจัดความชื้น อุปกรณ์ควบคุมสภาพแวดล้อมและอุปกรณ์ไฟฟ้าเสริม เช่น ไฟส่องสว่างในตู้คอนเทนเนอร์ ปลั๊กไฟ พัดลมระบายอากาศ และม่านไฟฟ้า ตลอดจนอุปกรณ์ความปลอดภัยและการควบคุม เช่น เครื่องชาร์จ แหล่งจ่ายไฟควบคุม และเครื่องตรวจจับไฟ/ควัน ตู้ดังกล่าวติดตั้ง MCCB เบรกเกอร์ขนาดเล็ก อุปกรณ์ป้องกันไฟรั่ว ไฟแสดงสถานะ โวลต์มิเตอร์/แอมมิเตอร์ ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจในความปลอดภัยและความเสถียรของการจ่ายไฟเสริม ระบบไฟ DC 24V ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟฉุกเฉินและควบคุมของเครื่อง โดยใช้แบตเตอรี่ตะกั่วกรดแบบไม่ต้องบำรุงรักษาหรือแบตเตอรี่เก็บประจุอุณหภูมิต่ำขนาด 150–200Ah จำนวน 24V และติดตั้งเครื่องชาร์จแบบลอยตัว/ปรับสมดุลอัจฉริยะที่มีแรงดันไฟฟ้าขาเข้า AC 400V ซึ่งสามารถจัดการการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่ได้โดยอัตโนมัติ ในขณะเดียวกันก็ติดตั้งสวิตช์แยกแบตเตอรี่ (ล็อคได้) ฟิวส์ และอุปกรณ์ตรวจสอบฉนวน เพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของระบบ DC และหลีกเลี่ยงผลกระทบจากความล้มเหลวของแหล่งจ่ายไฟ DC ต่อการเริ่มต้นและการทำงานตามปกติของเครื่อง
ระบบกระตุ้นและ AVR เป็นระบบเสริมหลักที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า โดยทำงานร่วมกับระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลัก เครื่องกำเนิดไฟฟ้ารุ่นนี้ใช้โหมดกระตุ้นแบบแม่เหล็กถาวรไร้แปรงถ่าน (PMG) (การกำหนดค่ามาตรฐาน) เมื่อเทียบกับโหมดกระตุ้นแบบดั้งเดิมแล้ว มีข้อดีคือมีความสามารถในการต้านทานการบิดเบือนสูง ประสิทธิภาพการสตาร์ทที่เชื่อถือได้ และการบำรุงรักษาที่สะดวก อีกทั้งยังสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการของสภาวะโหลดที่แตกต่างกันได้ ในฐานะที่เป็นแกนควบคุมหลักของระบบกระตุ้น ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติแบบดิจิทัล (AVR) ไม่เพียงแต่สามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าอัตโนมัติเพื่อให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าขาออกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเท่านั้น แต่ยังรองรับการควบคุมกำลังปฏิกิริยา/ตัวประกอบกำลัง และการแบ่งปันกำลังปฏิกิริยาในระหว่างการทำงานแบบขนาน ซึ่งช่วยปรับปรุงคุณภาพการจ่ายพลังงานและความประหยัดในการทำงานของเครื่องจักรให้ดียิ่งขึ้น
สายเคเบิล บัสบาร์ และระบบสายดินเปรียบเสมือน "หลอดเลือด" ของระบบไฟฟ้า ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของการส่งพลังงานไฟฟ้า สายเคเบิลแรงดันสูงเลือกใช้สายเคเบิลแกนทองแดงทนไฟ YJV22-8.7/10kV ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการส่งพลังงานไฟฟ้าระหว่างเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตู้แรงดันสูง และตู้ NGR และมีคุณสมบัติทนไฟ ทนต่ออุณหภูมิ และทนต่อการกัดกร่อน สายเคเบิลแรงดันต่ำเลือกใช้ข้อกำหนด ZR-YJV 0.6/1kV และสายเคเบิลควบคุมเลือกใช้สายเคเบิลหุ้มฉนวน ZR-KVV/KYJVP ซึ่งทนต่อน้ำมัน ทนความร้อน และป้องกันการรบกวน ทำให้มั่นใจได้ถึงการส่งสัญญาณควบคุมและพลังงานไฟฟ้าแรงดันต่ำอย่างเสถียร ตู้แรงดันสูงใช้บัสบาร์ทองแดง (TMY) ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเป็นฉนวนและป้องกันการลัดวงจร ในส่วนของระบบสายดินนั้น ตัวถังตู้คอนเทนเนอร์ต้องต่อลงดินอย่างน่าเชื่อถือ (ไม่น้อยกว่า 2 จุด) และอุปกรณ์ไฟฟ้าทั้งหมด เช่น จุดกลางของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตู้แรงดันสูง ตู้ NGR และตู้แรงดันต่ำ ต้องเชื่อมต่อกับโครงข่ายสายดินเดียวกัน ความต้านทานสายดินต้องมีค่า ≤4Ω ซึ่งจะช่วยระบายกระแสไฟฟ้าลัดวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ และรับประกันความปลอดภัยของอุปกรณ์และบุคลากร
ระบบความปลอดภัยและระบบล็อกเป็นสิ่งสำคัญในการรับประกันการทำงานของเครื่องจักร ซึ่งช่วยขจัดอันตรายด้านความปลอดภัยที่อาจเกิดขึ้นได้ด้วยมาตรการป้องกันหลายประการ อุปกรณ์ล็อกประตูแรงดันสูงสามารถตัดไฟหรือล็อกเมื่อประตูเปิดออก ป้องกันไม่ให้บุคลากรเข้าไปในพื้นที่แรงดันสูงโดยไม่ตั้งใจและก่อให้เกิดอุบัติเหตุไฟฟ้าช็อต อุปกรณ์ล็อกไฟฟ้าสามารถป้องกันการทำงานผิดพลาดได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การปิดโดยที่ไฟฟ้ายังต่อลงดิน และการปิดใบมีดกราวด์โดยที่ไฟฟ้ายังต่อลงดิน ทำให้มั่นใจในความปลอดภัยของอุปกรณ์ อุปกรณ์หยุดฉุกเฉินใช้โหมดควบคุมสามทาง ได้แก่ บนเครื่องจักร แผงควบคุม และรีโมท ซึ่งสามารถหยุดเครื่องจักรได้อย่างรวดเร็วในกรณีที่เกิดความผิดพลาดกะทันหัน ลดความเสียหายจากความผิดพลาดให้น้อยที่สุด ในขณะเดียวกัน ป้ายเตือนความปลอดภัย เช่น ป้ายอันตรายแรงดันสูง ป้ายห้ามปิด ป้ายต่อลงดิน และไฟเตือน จะถูกติดตั้งบนตู้คอนเทนเนอร์และอุปกรณ์ไฟฟ้า เพื่อเตือนให้บุคลากรใส่ใจในเรื่องความปลอดภัย
เพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะบุคคลในสถานการณ์ต่างๆ ตัวเครื่องยังมีตัวเลือกการกำหนดค่าที่หลากหลาย หากจำเป็นต้องใช้หน่วยแรงดันต่ำเพื่อเพิ่มกำลังไฟฟ้า สามารถติดตั้งหม้อแปลงแบบกล่อง 400V→10.5kV ได้ หากจำเป็นต้องสลับระหว่างไฟหลักและตัวเครื่องโดยอัตโนมัติ สามารถใช้งานร่วมกับอุปกรณ์สลับไฟแบบ ATS/แบบคู่ได้ หากจำเป็นต้องปรับปรุงความสามารถในการใช้งานและการบำรุงรักษาจากระยะไกล สามารถติดตั้งกล่องตรวจสอบระยะไกลซึ่งรวมฟังก์ชัน 4G/5G, GPS และแพลตฟอร์มคลาวด์ได้ เพื่อเพิ่มความปลอดภัยจากอัคคีภัย สามารถติดตั้งระบบป้องกันอัคคีภัยเฮปตาฟลูออโรโพรเพน/ละอองลอยร่วมกับเครื่องตรวจจับควันและอุณหภูมิได้ สำหรับความต้องการด้านฉนวนกันเสียงและความร้อน สามารถใช้ฉนวนใยหินสองชั้น การกำจัดเสียงรบกวนจากช่องรับและระบายอากาศ และบานเกล็ดไฟฟ้าเพื่อลดเสียงรบกวนในการทำงานของตัวเครื่องและปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำได้
การกำหนดค่าทางไฟฟ้าของชุดตู้ไฟฟ้าแรงสูงเป็นไปตามมาตรฐานระดับชาติและระดับสากลที่เกี่ยวข้องอย่างเคร่งครัด เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของอุปกรณ์และความปลอดภัยในการใช้งาน มาตรฐานการใช้งานทั่วไป ได้แก่ GB/T 2820 "ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบลูกสูบ", GB/T 1029 "วิธีการทดสอบสำหรับเครื่องจักรซิงโครนัสสามเฟส", GB 50149 "รหัสสำหรับการก่อสร้างและการยอมรับการติดตั้งบัสบาร์ในงานวิศวกรรมการติดตั้งไฟฟ้า", GB 50217 "รหัสสำหรับการออกแบบสายเคเบิลวิศวกรรมไฟฟ้า" และ IEC 60034 "เครื่องจักรไฟฟ้าแบบหมุน" การกำหนดค่าทั้งหมดเป็นไปตามข้อกำหนดมาตรฐานและสามารถตอบสนองความต้องการด้านแหล่งจ่ายไฟในสถานการณ์ทางวิศวกรรมต่างๆ ได้
วันที่เผยแพร่: 15 พฤษภาคม 2569
