การสร้างระบบป้องกันแบบแอคทีฟสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง: จากการตอบสนองแบบพาสซีฟไปจนถึงการบล็อกแบบแอคทีฟ

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์ฮับหลักของระบบไฟฟ้า การทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของหม้อแปลงไฟฟ้าจึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับความน่าเชื่อถือของโครงข่ายไฟฟ้าและความปลอดภัยของการจัดหาพลังงาน อย่างไรก็ตาม สภาพแวดล้อมการทำงานที่ซับซ้อนและปัจจัยภายในและภายนอกจำนวนมากก่อให้เกิดความท้าทายอย่างรุนแรงต่อการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลง การเปลี่ยนแปลงจาก "การสะดุดหลังเหตุการณ์" มาเป็น "การเตือนล่วงหน้าก่อนเหตุการณ์และการบล็อกช่วงกลางเหตุการณ์" และการสร้างระบบการป้องกันแบบแอคทีฟโดยอิงจากการตรวจจับแบบพาโนรามาและการตัดสินใจอันชาญฉลาด กลายเป็นแนวโน้มที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในการพัฒนาเทคโนโลยีการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลงกระแสไฟฟ้า ในฐานะวิธีการป้องกันที่เกิดขึ้นใหม่ เทคโนโลยีการป้องกันแบบแอคทีฟสามารถตรวจจับความเสี่ยงที่อาจเกิดขึ้นได้ทันเวลาก่อนที่จะเกิดข้อผิดพลาด ซึ่งเป็นการรับประกันที่แข็งแกร่งสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลง

I. ความสำคัญของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง

ในฐานะอุปกรณ์หลักสำหรับการแปลงแรงดันไฟฟ้าและการส่งและจ่ายพลังงานในระบบโครงข่ายไฟฟ้า หม้อแปลงไฟฟ้าจึงเกี่ยวข้องโดยตรงกับความน่าเชื่อถือของแหล่งจ่ายไฟและความปลอดภัยของโครงข่ายไฟฟ้า ในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ หม้อแปลงไฟฟ้าไม่เพียงแต่รับผิดชอบในการแปลงพลังงานไฟฟ้าแรงสูงที่สร้างโดยโรงไฟฟ้าให้เป็นพลังงานไฟฟ้าแรงสูงพิเศษที่เหมาะสำหรับการส่งผ่านระยะไกลเท่านั้น แต่ยังรับผิดชอบในการลดขั้นตอนของพลังงานไฟฟ้าแรงสูงทีละขั้นตอนไปเป็นพลังงานไฟฟ้าแรงดันต่ำที่ผู้ใช้ใช้งานได้ ดังนั้นจึงรับประกันการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพและการกระจายแหล่งพลังงานไฟฟ้าที่เหมาะสม นอกจากนี้ เนื่องจากความต้องการไฟฟ้าในการถลุงโลหะ การผลิตทางอุตสาหกรรม และสาขาอื่นๆ ยังคงเติบโต บทบาทของหม้อแปลงไฟฟ้าในการรับประกันการจ่ายไฟให้กับอุตสาหกรรมหลักจึงมีความโดดเด่นมากขึ้น เมื่อหม้อแปลงไฟฟ้าขัดข้อง ไม่เพียงแต่จะทำให้ไฟฟ้าดับในพื้นที่ท้องถิ่นเท่านั้น แต่ยังอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ซึ่งเป็นภัยคุกคามต่อการทำงานที่ปลอดภัยและมีเสถียรภาพของระบบไฟฟ้าทั้งหมด ดังนั้นการรับรองการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของหม้อแปลงไฟฟ้าจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการปรับปรุงความน่าเชื่อถือของโครงข่ายไฟฟ้า

ครั้งที่สอง ข้อจำกัดของรูปแบบการป้องกันแบบดั้งเดิมและความจำเป็นของการป้องกันแบบแอคทีฟ

การป้องกันหม้อแปลงแบบดั้งเดิม (เช่น การป้องกันดิฟเฟอเรนเชียล การป้องกันแก๊ส การป้องกันกระแสเกิน) ส่วนใหญ่จะอิงตามการกระทำเกณฑ์ของปริมาณไฟฟ้าหรือปริมาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้าเดี่ยว และอยู่ในโหมด "การตอบสนองแบบพาสซีฟ" อย่างไรก็ตาม จากการปฏิบัติแสดงให้เห็นว่า แม้ว่าการป้องกันส่วนต่างจะสามารถใช้งานเต้ารับได้เร็วมากภายใน 10 ถึง 20 มิลลิวินาที แต่มันถูกจำกัดด้วยเวลาทำลายเต็มที่ของตัวตัดวงจรเอง ซึ่งก็คือสิบมิลลิวินาที ก่อนที่ข้อผิดพลาดส่วนโค้งจะถูกกำจัดออกอย่างสมบูรณ์ พลังงานข้อบกพร่องมักจะสะสมมากพอที่จะทำให้ถังน้ำมันเชื้อเพลิงแตกและน้ำมันระเบิด นอกจากนี้ สำหรับกระบวนการวิวัฒนาการตั้งแต่ข้อบกพร่องของฉนวนเล็กน้อย (เช่น การคายประจุบางส่วน) ไปจนถึงข้อบกพร่องของส่วนโค้งที่ทะลุทะลวง การป้องกันแบบดั้งเดิมขาดความสามารถในการเข้าไปแทรกแซงในระยะกลาง และได้รับผลกระทบได้ง่ายจากกระบวนการชั่วคราว เช่น กระแสพุ่งเข้ากระตุ้น และมีความเสี่ยงที่ความไวหรือการทำงานผิดพลาดไม่เพียงพอ

การป้องกันแบบแอคทีฟแตกต่างจากการป้องกันหลังเกิดข้อผิดพลาดแบบเดิมๆ หัวใจหลักอยู่ที่ "การป้องกันก่อน การแทรกแซงตั้งแต่เนิ่นๆ" โดยตระหนักถึงการระบุล่วงหน้าและการเตือนถึงข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นโดยการตรวจสอบปริมาณไฟฟ้าของหม้อแปลง (แรงดัน กระแสไฟฟ้า กำลัง) ปริมาณที่ไม่ใช่ไฟฟ้า (อุณหภูมิน้ำมัน ระดับน้ำมัน การสั่นสะเทือน ปริมาณก๊าซ) และพารามิเตอร์สภาพแวดล้อมแบบเรียลไทม์ รวมกับการวิเคราะห์บิ๊กดาต้าและอัลกอริธึมปัญญาประดิษฐ์ ตัวอย่างเช่น ผ่านการตรวจสอบออนไลน์ของก๊าซละลาย (DGA) ในน้ำมันหม้อแปลง อันตรายที่ซ่อนอยู่ เช่น อายุของฉนวนและการคายประจุบางส่วนสามารถถูกค้นพบได้ล่วงหน้า เพื่อให้สามารถดำเนินมาตรการบำรุงรักษาก่อนที่ข้อผิดพลาดจะเกิดขึ้น

ที่สาม ความเสี่ยงหลักและการพัฒนาข้อผิดพลาดของการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลง

ข้อผิดพลาดภายในของหม้อแปลงมักจะพัฒนาจากสิ่งที่แฝงอยู่ไปสู่การระเบิด ความเสี่ยงทั่วไป ได้แก่:

• ความผิดปกติของฉนวน: เกิดจากการเสื่อมสภาพของฉนวน ความชื้น แรงดันไฟฟ้าเกิน ฯลฯ ซึ่งเริ่มแรกแสดงออกมาเป็นการคายประจุบางส่วน (PD) จากนั้นจึงพัฒนาไปสู่การลัดวงจรแบบเลี้ยวต่อเลี้ยว การลัดวงจรแบบเฟสต่อเฟส และแม้แต่การพังทลายของกราวด์
• ความผิดปกติของความร้อนสูงเกินไป: เกิดจากการโอเวอร์โหลด การสัมผัสที่ไม่ดี ระบบทำความเย็นทำงานล้มเหลว หรือการต่อสายดินหลายจุดของแกนเหล็ก ซึ่งเร่งการเสื่อมสภาพของน้ำมันฉนวนและฉนวนแข็ง และอาจทำให้ฉนวนพังในที่สุด
• ความล้มเหลวทางกล: การเสียรูปของขดลวด ตัวยึดหลวม ฯลฯ มักมาพร้อมกับการสั่นสะเทือนที่ผิดปกติ และอาจทำให้โครงสร้างของฉนวนเสียหายได้อีก

ในห่วงโซ่วิวัฒนาการข้อบกพร่อง "การคายประจุบางส่วน → ข้อบกพร่องการคายประจุที่รุนแรง → การพังทลายของส่วนโค้งพลังงานสูง" เป็นหนึ่งในเส้นทางที่อันตรายที่สุด กุญแจสำคัญในการป้องกันเชิงรุกคือการจับลักษณะทางกายภาพของระยะ "ข้อบกพร่องการคายประจุอย่างรุนแรง" และตัดวงจรภายในกรอบเวลามิลลิวินาทีเพื่อป้องกันผลที่ตามมาอย่างร้ายแรง

IV. เทคโนโลยีหลักสำหรับการป้องกันเชิงรุก

เทคโนโลยีเซ็นเซอร์และการตรวจสอบออนไลน์: ติดตั้งเซ็นเซอร์ประสิทธิภาพสูงเพื่อรวบรวมข้อมูลสถานะการทำงานของหม้อแปลงแบบเรียลไทม์ รวมถึงอุณหภูมิของขดลวด โครมาโตกราฟีน้ำมัน การคายประจุบางส่วน การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน ฯลฯ ก่อให้เกิดเครือข่ายการตรวจสอบหลายมิติ

การวินิจฉัยอัจฉริยะและระบบเตือนภัยล่วงหน้า: ใช้อัลกอริธึม เช่น การเรียนรู้ของเครื่องและการเรียนรู้เชิงลึก เพื่อวิเคราะห์และสร้างแบบจำลองข้อมูลการตรวจสอบ ระบุรูปแบบที่ผิดปกติ และบรรลุการวินิจฉัยตั้งแต่เนิ่นๆ และการเตือนการจัดหมวดหมู่ความเสี่ยงของข้อผิดพลาด

การควบคุมการป้องกันแบบอะแดปทีฟ: ปรับการตั้งค่าการป้องกันและลอจิกแบบไดนามิกตามสถานะเรียลไทม์ของหม้อแปลงเพื่อหลีกเลี่ยงการทำงานผิดพลาดหรือการปฏิเสธการทำงาน และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบป้องกัน

การบรรลุการป้องกันเชิงรุกต้องอาศัยการบูรณาการเชิงลึกของการตรวจสอบสถานะที่มีความแม่นยำสูง (การรับรู้) และหลักการป้องกันใหม่ (การตัดสินใจ) ปัจจุบัน อุตสาหกรรมกำลังค่อยๆ สร้างระบบปฏิบัติการที่ปลอดภัย "แนวป้องกันสามระดับ" หรือ "แนวป้องกันสามระดับ":

1. ระดับ 1: การตรวจจับข้อบกพร่องเล็กน้อยและการเตือนล่วงหน้า (ชั้นการตรวจสอบสภาพ)

ด้วยการใช้เซ็นเซอร์อัจฉริยะหลายมิติ การรับรู้แบบพาโนรามา 7x24 ชั่วโมงจึงเกิดขึ้นได้ เทคโนโลยีหลักได้แก่:

* การวิเคราะห์ก๊าซละลาย (DGA) ในน้ำมัน: ตรวจสอบลักษณะเฉพาะของก๊าซ เช่น H₂, C₂H₂ และ CO เพื่อระบุประเภทและอัตราของความร้อนสูงเกินไปหรือความล้มเหลวในการปล่อยประจุ

* การตรวจสอบการปล่อยประจุบางส่วน (PD): ใช้ความถี่สูงพิเศษ (UHF), อัลตราโซนิก (AE) และเทคโนโลยีพัลส์กระแสความถี่สูง (HFCT) เพื่อตรวจจับและค้นหาข้อบกพร่องของฉนวนภายใน

* การวัดอุณหภูมิใยแก้วนำแสงและการตรวจสอบการสั่นสะเทือน: วัดอุณหภูมิของจุดร้อนที่คดเคี้ยวโดยตรงและตรวจสอบสถานะทางกลของแกนและขดลวด

ข้อมูลเหล่านี้ถูกหลอมรวมจากหลายแหล่งผ่านการประมวลผลแบบเอดจ์เพื่อให้บรรลุการประเมินดัชนีสุขภาพอุปกรณ์ (HI) และการเตือนล่วงหน้า

2. ระดับ 2: การป้องกันเชิงรุกในระยะข้อบกพร่องการคายประจุขั้นรุนแรง (ชั้นปิดกั้นเชิงรุก)

นี่คือลิงก์หลักที่ทำให้การป้องกันแบบแอคทีฟแตกต่างจากการป้องกันแบบดั้งเดิม เมื่อสัญญาณการคายประจุ (เช่น แอมพลิจูด UHF ความชันของกระแสพัลส์ พลังงานล้ำเสียง) ได้รับการตรวจสอบเพื่อให้ถึงเกณฑ์ข้อบกพร่องร้ายแรงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และข้อผิดพลาดได้รับการตัดสินอย่างครอบคลุมว่าอยู่ในขั้นตอนการพัฒนาที่รวดเร็ว ระบบป้องกันสามารถออกคำสั่งการเดินทางโดยตรงหรือเชื่อมโยงระบบควบคุมเสถียรภาพเพื่อถ่ายโอนโหลดโดยไม่ต้องอาศัยเกณฑ์ดิฟเฟอเรนเชียลแบบดั้งเดิม ตัวอย่างเช่น ตามหลักการของความแตกต่างของลักษณะเฉพาะกระแสของลำดับเฟส เวลาการดำเนินการป้องกันข้อผิดพลาดระหว่างเลี้ยวสามารถลดลงเหลือประมาณ 20 มิลลิวินาที หรือลักษณะทางกายภาพหลายเสียง เสียง และไฟฟ้าประมาณ 100 มิลลิวินาทีก่อนที่จะสามารถสลายข้อผิดพลาดเพื่อกำจัด "ระยะการเกิดข้อบกพร่อง" ได้อย่างแม่นยำ

3. ระดับ 3: การปรับปรุงประสิทธิภาพการป้องกันข้อบกพร่องของส่วนโค้งแบบดั้งเดิม (ชั้นป้องกันพื้นฐาน)

สำหรับข้อผิดพลาดของส่วนโค้งที่เกิดขึ้น ความไวและความรวดเร็วของการป้องกันแบบเดิมได้รับการปรับปรุงผ่านหลักการใหม่ ตัวอย่างเช่น เทคโนโลยีการระบุความอิ่มตัวของแกนกลางที่อิงจากการประมาณค่าการเชื่อมโยงฟลักซ์หลักสามารถระบุกระแสพุ่งเข้าของการกระตุ้นและกระแสไฟลัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถป้องกันส่วนต่างที่รวดเร็วโดยไม่ต้องปิดกั้นกระแสพุ่งเข้า การป้องกันข้อผิดพลาดระหว่างเลี้ยวเล็กน้อยตามลักษณะการรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็กช่วยแก้ปัญหาความไวไม่เพียงพอของการป้องกันดิฟเฟอเรนเชียลแบบดั้งเดิมสำหรับการลัดวงจรระหว่างเทิร์นที่มีอิมพีแดนซ์สูง

V. มาตรการที่ครอบคลุมเพื่อการทำงานที่ปลอดภัย

เพื่อให้มั่นใจถึงการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลง จำเป็นต้องมีการนำกลยุทธ์การจัดการหลายระดับและครอบคลุมมาใช้:

• การตรวจสอบและบำรุงรักษาตามปกติ: ดำเนินการตรวจสอบลักษณะภายนอก การทดสอบตัวอย่างน้ำมัน การทดสอบสายดิน ฯลฯ เป็นประจำ เพื่อรักษาสภาพแวดล้อมการทำงานที่ดีของหม้อแปลงไฟฟ้า
• การจัดการอายุของฉนวน: ติดตามสถานะของวัสดุฉนวน ประเมินอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ และจัดเตรียมแผนการบำรุงรักษาหรือการเปลี่ยนทดแทนอย่างสมเหตุสมผล
• การป้องกันการโอเวอร์โหลดและความร้อนสูงเกินไป: ด้วยการจัดการโหลดและการเพิ่มประสิทธิภาพระบบทำความเย็น ป้องกันการโอเวอร์โหลดของหม้อแปลงในระยะยาวหรืออุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นมากเกินไป
• แผนตอบสนองเหตุฉุกเฉิน: พัฒนากระบวนการตอบสนองอย่างรวดเร็วสำหรับความล้มเหลวกะทันหันเพื่อลดเวลาไฟฟ้าดับและลดการสูญเสีย

วี. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต

ด้วยการพัฒนาปัญญาประดิษฐ์และเทคโนโลยี Internet of Things การป้องกันแบบแอคทีฟของหม้อแปลงกำลังพัฒนาไปสู่ ​​"การควบคุมแบบ Digital Twin + แบบปรับได้":

* Digital Twin: สร้างการทำแผนที่เสมือนจริงของแบบจำลองการจำลองหลายฟิสิกส์ของหม้อแปลงไฟฟ้าและข้อมูลแบบเรียลไทม์ อนุมานเส้นทางวิวัฒนาการข้อบกพร่องแบบไดนามิก ทำนายอายุการใช้งานที่เหลืออยู่ (RUL) และจัดเตรียมพื้นฐานเชิงปริมาณสำหรับการแทรกแซงเชิงรุก

* การป้องกันแบบปรับเปลี่ยนได้: อุปกรณ์ป้องกันไม่ต้องอาศัยเกณฑ์คงที่อีกต่อไป แต่จะปรับค่าการตั้งค่าการป้องกันหรือความล่าช้าแบบไดนามิกตามอัตราการโหลดการทำงานแบบเรียลไทม์ อุณหภูมิโดยรอบ สถานะของฉนวน ฯลฯ เพื่อป้องกันการทำงานผิดพลาดในขณะที่เพิ่มความสามารถในการรองรับอุปกรณ์ให้สูงสุด

* การวินิจฉัยอัจฉริยะของ AI: การใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึก เช่น CNN และ LSTM เพื่อระบุรูปแบบการปล่อยประจุบางส่วน (PRPD) และการพิมพ์เสียงการสั่นสะเทือนโดยอัตโนมัติ ลดต้นทุนการวิเคราะห์ด้วยตนเอง และปรับปรุงอัตราการจดจำสัญญาณความผิดปกติที่อ่อนแอ

บทสรุป

การป้องกันเชิงรุกและการทำงานที่ปลอดภัยของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังถือเป็นโครงการที่เป็นระบบโดยพื้นฐานที่ช่วยขับเคลื่อนแนวป้องกันด้านความปลอดภัยไปข้างหน้า เราต้องการขยายจากการคิดการป้องกันรีเลย์เดี่ยวไปสู่ระบบเทคโนโลยีลูกโซ่เต็มรูปแบบของ "การควบคุมการตรวจจับแบบพาโนรามา - การวินิจฉัยอัจฉริยะ - การบล็อกที่ใช้งานอยู่ - การควบคุมการรักษาด้วยตนเอง" ด้วยการผสานรวมเทคโนโลยีการตรวจจับขั้นสูง การจำลองแบบหลายฟิสิกส์ ปัญญาประดิษฐ์ และหลักการป้องกันใหม่ เพื่อให้เกิดการจัดการที่โปร่งใสของสถานะภายในของหม้อแปลงและการควบคุมการพัฒนาข้อผิดพลาดที่แม่นยำ เราสามารถควบคุมการเกิดอุบัติเหตุจากไฟลุกไหม้ร้ายแรงได้ในระดับพื้นฐาน และสร้างอุปสรรคที่แข็งแกร่งสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของระบบไฟฟ้าใหม่