อุปกรณ์ป้องกันรีเลย์หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

สนามป้องกันรีเลย์

หม้อแปลงกระแส (CTs) ป้อนสัญญาณไปยังรีเลย์ป้องกันในโรงงาน เมื่อกระแสไฟฟ้าผิดปกติเกิดขึ้น รีเลย์ตัดการทำงานเพื่อป้องกันมอเตอร์ไหม้และความเสียหายต่ออุปกรณ์ที่มีราคาแพง

อุปกรณ์ป้องกันรีเลย์ (รีเลย์ป้องกัน) มีบทบาทสำคัญในการรับรองเสถียรภาพ ความปลอดภัย และการปฏิบัติตามกฎระเบียบของระบบการผลิตและการจำหน่ายไฟฟ้า ด้วยการปรับใช้พลังงานหมุนเวียน การผลิตแบบกระจาย และรหัสกริดที่เข้มงวด รีเลย์จึงเป็นศูนย์กลางในการตรวจจับข้อผิดพลาด การตัดการเชื่อมต่อของกริด การบังคับใช้ความถี่และแรงดันไฟฟ้า และความน่าเชื่อถือของระบบโดยรวม

บริบทข้อบังคับ / มาตรฐาน

ข้อบังคับของเยอรมนีสำหรับการเชื่อมต่อกริดของระบบผลิตไฟฟ้ากำหนดข้อกำหนดทางกฎหมายสำหรับรีเลย์ป้องกัน กฎการเชื่อมต่อทางเทคนิคที่สำคัญสองข้อคือ:

VDE-AR-N 4105: ควบคุมการเชื่อมต่อแรงดันต่ำ (≤100 kW, <1,000 V AC)

VDE-AR-N 4110: สำหรับการเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าปานกลาง (>100 kW หรือ ≥1,000 V AC)

ในทั้งสองกรณี รีเลย์ป้องกันการป้อนกริดหรือเครือข่ายกริดจำเป็นต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ความถี่ ไฟดับ และปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้อง เพื่อตัดการเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายใต้สภาวะที่เกินขอบเขตหรือไม่ปลอดภัย และเพื่อป้องกันการเกาะเกาะ (กล่าวคือ การแยกส่วนของตารางโดยไม่ได้ตั้งใจ)

การประยุกต์ที่สำคัญ / กรณีศึกษา

1. โรงไฟฟ้าพลังน้ำและการผลิตไฟฟ้าแบบกระจาย
กรณีคอนกรีตคือ Lukas Anlagenbau GmbH ซึ่งเป็นบริษัทในบาวาเรีย ซึ่งดำเนินกิจการโรงไฟฟ้าพลังน้ำหลายแห่ง (กำลังการผลิตตั้งแต่ประมาณ 5 kW ถึง 10 MW) เนื่องจากกฎระเบียบ VDE-AR-N 4105 (และการแก้ไข) โรงงานจะต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดในการตรวจสอบการป้อนกริด: การตรวจจับแรงดันไฟฟ้าเกิน/ต่ำเกินไป ความถี่สูงเกินไป/ต่ำเกินไป และตอบสนองเมื่อพารามิเตอร์เบี่ยงเบน

เพื่อตอบสนองความต้องการเหล่านี้ Lukas Anlagenbau ได้ติดตั้งรีเลย์ตรวจสอบการป้อนกริด CM-UFD.M31 ของ ABB ในโรงไฟฟ้าพลังน้ำกว่า 60 แห่ง รีเลย์นี้จะตรวจสอบพารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องอย่างต่อเนื่อง และตัดการทำงานของสวิตช์อินเทอร์เฟซ (ตัดการเชื่อมต่อโรงงานจากกริดสาธารณะ) เมื่อเกินขีดจำกัด อุปกรณ์ยังแสดงข้อความแสดงข้อผิดพลาด รองรับเกณฑ์ที่แม่นยำ (ความถี่และแรงดันไฟฟ้า) และให้การใช้งานที่ดี (การติดตั้งราง DIN จอแสดงผลที่อ่านได้)

กรณีนี้แสดงให้เห็นว่าการป้องกันรีเลย์ทำให้มั่นใจทั้งความปลอดภัยในการปฏิบัติงานและการปฏิบัติตามกฎระเบียบได้อย่างไร ขณะเดียวกันก็อนุญาตให้รุ่นแบบกระจายมีส่วนร่วมในกริด

2. ระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์พลังงานแสงอาทิตย์และ 'การป้องกัน NA'
อีกตัวอย่างที่สำคัญคือการปรับใช้พลังงานแสงอาทิตย์ PV โดยเฉพาะอย่างยิ่งในภาคแรงดันไฟฟ้าต่ำ ภายใต้ VDE-AR-N 4105 โรงงานผลิตไฟฟ้าใดๆ ที่มีกำลังไฟฟ้าระหว่าง 30 kW ถึง 135 kW จะต้องติดตั้งการป้องกันเครือข่ายและระบบ (การป้องกัน NA)

การป้องกัน NA จะรวมรีเลย์ตรวจสอบและสวิตช์อินเทอร์ล็อกสำรองเข้าด้วยกัน รีเลย์จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าและความถี่ของโครงข่าย และเมื่อค่าเบี่ยงเบนเกินเกณฑ์ที่ยอมรับได้ รีเลย์จะตัดการเชื่อมต่อระบบ PV ออกจากโครงข่ายภายในระยะเวลาที่กำหนด (โดยปกติจะใช้เวลาภายใน 0.2 วินาที) สวิตช์ที่เชื่อมต่อกันถูกจัดเรียงเพื่อให้องค์ประกอบสวิตช์สองตัวต่ออนุกรมกันมั่นใจในความปลอดภัยของข้อผิดพลาด - หากตัวใดตัวหนึ่งล้มเหลว อีกตัวหนึ่งยังคงรับประกันการขาดการเชื่อมต่อ อุปกรณ์สวิตชิ่งยังฟีดแบ็คสถานะไปยังรีเลย์ตรวจสอบ เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานถูกต้อง

3. อุปกรณ์ / รีเลย์ที่ใช้งานอยู่
ผู้ผลิตในเยอรมนี เช่น Ziehl ผลิตรีเลย์ป้องกันที่ปรับให้เหมาะกับมาตรฐานเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น อุปกรณ์ UFR1001E และ UFR1002IP จะตรวจสอบแรงดันไฟฟ้า ความถี่ เวคเตอร์ชิฟต์ และอัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่ (ROCOF) และอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดของ VDE-AR-N 4105:2018-11 และ VDE-AR-N 4110:2018-11

รีเลย์เหล่านี้ใช้ในโรงงานผลิตไฟฟ้า (แสงอาทิตย์ พลังน้ำ ลม) และมีฟังก์ชันที่สำคัญ: การตรวจจับสภาพกริดที่ผิดปกติ การตัดการเชื่อมต่ออย่างปลอดภัย การควบคุมระยะไกล/สแตนด์บาย การแสดงผลและการบันทึกข้อผิดพลาด รีเลย์ Ziehl ได้รับการออกแบบมาให้ปลอดภัยจากความผิดพลาดเพียงครั้งเดียว (เช่น หากส่วนประกอบหนึ่งล้มเหลว คุณลักษณะด้านความปลอดภัยจะยังคงทำงาน) ซึ่งเป็นข้อกำหนดภายใต้กฎกริดของเยอรมัน

ปัญหาแก้ไขได้ด้วยการป้องกันรีเลย์

จากแอปพลิเคชันเหล่านี้ เราจะเห็นปัญหาหลายประเภทที่อุปกรณ์ป้องกันการถ่ายทอดช่วยได้

ความเสถียรของกริดและความปลอดภัย
แหล่งพลังงานหมุนเวียนมีความผันแปร การเปลี่ยนแปลงกะทันหันในการสร้าง (เช่น เนื่องจากเมฆเหนือ PV หรือความเร็วลมลดลง) อาจทำให้เกิดความผันผวนของความถี่และแรงดันไฟฟ้า หากไม่ได้รับการจัดการ ความผันผวนเหล่านี้สามารถแพร่กระจายและทำให้กริดในวงกว้างไม่เสถียรได้ รีเลย์ช่วยให้มั่นใจได้ว่าโรงงานผลิตจะตัดการเชื่อมต่อเมื่อพารามิเตอร์เกินค่าความคลาดเคลื่อนที่ปลอดภัย เพื่อปกป้องทั้งโรงงานและเครือข่าย

การป้องกัน
การเกาะเกาะ (หน่วยผลิตกระแสไฟฟ้าที่ทำงานต่อไปเมื่อโครงข่ายถูกตัดการเชื่อมต่อ) เป็นอันตรายต่อทีมงานซ่อมบำรุงและอาจส่งผลให้อุปกรณ์เสียหายได้ รีเลย์ป้องกันที่มีการตรวจจับที่ถูกต้อง (การสูญเสียแรงดันไฟฟ้า การเคลื่อนตัวของความถี่ เวคเตอร์ชิฟต์ ฯลฯ) ช่วยให้มั่นใจได้ว่าเมื่อการเชื่อมต่อโครงข่ายขาดหายหรือเกิดข้อผิดพลาด การสร้างพลังงานจะถูกปิดอย่างปลอดภัย ระบบสุริยะในระบบการป้องกัน NA จำเป็นต้องมีการป้องกันการเกาะติดด้วย

การปฏิบัติตามรหัสกริดและข้อกำหนดทางกฎหมาย
มาตรฐานด้านกฎระเบียบ เช่น VDE-AR-N 4105 / 4110 ในเยอรมนีกำหนดข้อกำหนดการป้องกัน ความปลอดภัย และประสิทธิภาพที่เฉพาะเจาะจง ผู้ปฏิบัติงานต้องใช้รีเลย์ที่ผ่านการรับรองมาตรฐานเหล่านี้พร้อมการตั้งค่าที่ถูกต้อง การปฏิบัติตามข้อกำหนดจะหลีกเลี่ยงการลงโทษทางกฎหมายและทำให้มั่นใจว่าโรงงานสามารถเชื่อมต่อและรับค่าตอบแทนได้ ตัวอย่างกรณีที่บริษัทพลังน้ำนำ CM-UFD.M31 ของ ABB มาใช้เพื่อให้ตรงตามรหัส VDE เป็นตัวอย่าง

การตรวจจับข้อผิดพลาดและการตัดการเชื่อมต่ออย่างรวดเร็ว
ข้อผิดพลาดในสาย แรงดันไฟเกิน แรงดันไฟต่ำ ความถี่เกิน หรือความถี่ต่ำต้องตรวจพบอย่างรวดเร็วเพื่อป้องกันความเสียหายต่อส่วนประกอบ และป้องกันความล้มเหลวแบบเรียงซ้อน รีเลย์ให้การตรวจจับและการสั่งงานที่รวดเร็ว (การปิดสวิตช์) เพื่อแยกชิ้นส่วนที่ผิดพลาด

คุณภาพของไฟฟ้าและการรวมระบบโครงข่าย
เมื่อพลังงานทดแทนเพิ่มขึ้น คุณภาพไฟฟ้า (ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า การสั่นไหว ฮาร์โมนิค) และการเชื่อมโยงกัน (เฟส ความถี่) จึงมีความท้าทายมากขึ้น รีเลย์ป้องกันช่วยตรวจสอบและบังคับใช้ขีดจำกัดเพื่อรักษาคุณภาพไฟฟ้าที่ยอมรับได้สำหรับผู้ใช้ทุกคน นอกจากนี้ยังรองรับฟังก์ชันต่างๆ เช่น vector shift (เพื่อตรวจจับความสัมพันธ์ของเฟสที่ผิดปกติ) และ ROCOF (อัตราการเปลี่ยนแปลงความถี่) ซึ่งมีความสำคัญต่อความเสถียรเมื่อมีการสร้างแบบกระจายจำนวนมากออนไลน์

การอภิปราย / บทเรียนที่ได้รับ

เรื่องการใช้งานอุปกรณ์: กรณีที่เกิดขึ้นจริงในเยอรมนีแสดงให้เห็นว่ารีเลย์ที่กำหนดค่าได้ง่าย พร้อมจอแสดงผลที่ชัดเจนและขั้นตอนการตั้งค่าที่เรียบง่าย มีแนวโน้มที่จะได้รับการติดตั้งและบำรุงรักษาอย่างเหมาะสมมากกว่ามาก ผู้ดำเนินการโรงไฟฟ้าพลังน้ำได้จัดสรรงบประมาณเพื่อความสะดวกในการกำหนดค่าและความแม่นยำ

ความซ้ำซ้อนและความปลอดภัยข้อผิดพลาด: องค์ประกอบสวิตช์อิสระสองตัวในอนุกรม การตรวจสอบตำแหน่งสวิตช์ รีเลย์สองช่องสัญญาณ การออกแบบป้องกันข้อผิดพลาดไม่ได้เป็นเพียงคุณสมบัติที่ดี แต่ยังเป็นข้อกำหนดด้านกฎระเบียบในรหัสกริดเยอรมันจำนวนมาก

เกณฑ์และเวลา: การตั้งค่าต่างๆ เช่น ขีดจำกัดแรงดันไฟฟ้า/ความถี่ ความล่าช้าก่อนตัดการเชื่อมต่อ ความสามารถในการสลับ ฯลฯ จะต้องได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับความต้องการของผู้ให้บริการโครงข่ายในพื้นที่ กฎเยอรมันกำหนดการจำกัดเวลา (ความเร็วที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าต้องตัดการเชื่อมต่อเมื่อแรงดันไฟฟ้า/ความถี่อยู่นอกช่วง) ความไว ความแม่นยำ และความเร็วของรีเลย์ถือเป็นปัจจัยชี้ขาด

วิวัฒนาการมาตรฐาน: มาตรฐาน VDE-AR-N 4105 และ 4110 ได้รับการพัฒนาแล้ว ผู้ผลิตและผู้ปฏิบัติงานต้องติดตามการแก้ไข รีเลย์ป้องกันมักจะให้ค่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ล่วงหน้าสำหรับเวอร์ชันปัจจุบันของมาตรฐานเหล่านี้

บทสรุป

อุปกรณ์ป้องกันรีเลย์เป็นรากฐานสำคัญของการบูรณาการที่ปลอดภัย เป็นไปตามข้อกำหนด และมีเสถียรภาพของแหล่งพลังงานหมุนเวียนและแบบกระจาย ด้วยการบังคับใช้มาตรฐานการกำกับดูแล (VDE-AR-N 4105 / 4110) การใช้งานอุปกรณ์รีเลย์ขั้นสูง (ABB, Ziehl ฯลฯ) และการทำงานจริงในระบบไฟฟ้าพลังน้ำและพลังงานแสงอาทิตย์ รีเลย์สามารถแก้ไขปัญหาสำคัญได้:

การตัดการเชื่อมต่อในสภาวะแรงดันไฟฟ้า/ความถี่ที่ไม่ปลอดภัย

ป้องกันการเกาะ

ปกป้องอุปกรณ์และเสถียรภาพของกริด

สร้างความมั่นใจในการปฏิบัติตามและหลีกเลี่ยงการลงโทษ

ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงด้านพลังงานของเยอรมนี ('Energiewende') ยังคงดำเนินต่อไป ด้วยการผลิตแบบกระจายอำนาจ การจัดเก็บพลังงาน ไมโครกริด และกริดอัจฉริยะที่มากขึ้น รีเลย์ป้องกันจะมีความสำคัญเพิ่มมากขึ้น ไม่เพียงแต่เพื่อความปลอดภัยและกฎระเบียบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงตัวที่ทำให้เกิดความน่าเชื่อถือ ความยืดหยุ่น และการดำเนินงานที่ยืดหยุ่นด้วย