อุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงและการเลือกรีเลย์แรงดันอย่างฉับพลัน ขนาดอัตราการไหลของ PRD เกจ Qualitrol และการป้องกันแรงดันเกินอย่างรวดเร็ว

เหตุใดการป้องกันแรงดันเกินของถังจึงกำหนดความปลอดภัยของทรัพย์สินของสถานีย่อย

เมื่อเกิดข้อผิดพลาดทางไฟฟ้าภายในถังหม้อแปลงที่แช่น้ำมัน พลังงานอาร์คจะทำให้ของเหลวที่เป็นฉนวนกลายเป็นก๊าซไฮโดรคาร์บอนที่ติดไฟได้ภายในเสี้ยววินาที หากการขยายตัวเชิงปริมาตรนั้นไม่ได้รับการระบายหรือแยกออกทันที ความดันภายในจะเพิ่มขึ้นจากระดับการทำงานที่กำหนดที่ 2 ถึง 4 psi (14 ถึง 28 kPa) ไปสู่เกณฑ์การแตกร้าวของโครงสร้างที่เป็นภัยพิบัติที่เกิน 15 ถึง 20 psi (103 ถึง 138 kPa) การป้องกันการแตกของถัง เพลิงไหม้จากด้านข้าง และสเปรย์น้ำมันไดอิเล็กทริกที่รุนแรง จำเป็นต้องมีการป้องกันแบบสองชั้นที่ประสานกัน:อุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงสำหรับการปล่อยก๊าซปริมาตรและอิเล็กทรอนิกส์รีเลย์แรงดันกะทันหันเพื่อการสะดุดเบรกเกอร์ที่รวดเร็วเป็นพิเศษ

การระบุการลดแรงดันเกินไม่ได้เป็นเพียงการเลือกฝาครอบบรรเทาทั่วไปจากแค็ตตาล็อกเท่านั้น หน่วยจำหน่ายเชิงพาณิชย์ขนาด 500 kVA และหม้อแปลงไฟฟ้าสถานีย่อยยูทิลิตี้ขนาด 30 MVA 115 kV พบกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันอย่างมาก ตัวระบุต้องคำนวณอัตราการไหลของการปล่อยประจุลูกบาศก์ฟุตต่อนาที (SCFM) มาตรฐาน ประเมินคุณลักษณะการซีลซ้ำที่โหลดด้วยสปริง และกำหนดค่าสัญญาณทริปของไมโครสวิตช์ภายใต้ความเข้มงวดสมาคมมาตรฐาน IEEEมาตรฐานรวมถึง IEEE C57.12.00 และ IEEE C57.12.10

แรงดันความร้อนเกินอย่างช้าๆ กับแรงดันเกินแบบอาร์ซิ่งเร็ว: การกำหนดขนาดทางฟิสิกส์

ถังหม้อแปลงต้องเผชิญกับกลไกการเพิ่มแรงดันที่แตกต่างกันสองประการซึ่งต้องใช้เทคโนโลยีการป้องกันที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ประการแรกคือแรงดันความร้อนเกินอย่างช้าๆ ซึ่งเกิดจากการหมุนเวียนของอุณหภูมิโดยรอบ การขยายตัวของโหลดสูงสุดในฤดูร้อน หรือความร้อนสูงเกินไปของแกนกลางเฉพาะที่เล็กน้อย ในถังที่ปิดสนิท เบาะไนโตรเจนหรืออากาศบริเวณส่วนหัวจะค่อยๆ อัดที่อัตราต่ำกว่า 0.1 psi ต่อนาที การสะสมที่ค่อยเป็นค่อยไปนี้ควบคุมโดยระยะขอบของถังขยายและช่องระบายอากาศมาตรฐาน

กลไกที่สองคือแรงดันเกินแบบไดนามิกอย่างรวดเร็วซึ่งเกิดจากการพังทลายของฉนวนระหว่างทางเลี้ยวที่มีพลังงานสูงหรือการวาบไฟตามผิวของขดลวด อาร์คไฟฟ้าจะกระจายพลังงานหลายเมกะจูล ทำให้เกิดฟองไฮโดรเจน อะเซทิลีน และมีเทน ซึ่งสร้างคลื่นกระแทกเสียงความเร็วสูงในน้ำมัน แรงดันด้านหน้าเริ่มต้นเคลื่อนที่ผ่านไดอิเล็กทริกของเหลวที่ประมาณ 1,200 ถึง 1,400 เมตรต่อวินาที โดยกระทบกับผนังถังเป็นเวลานานก่อนที่ช่องระบายเชิงกลจำนวนมากจะหลุดออกจากที่นั่ง นั่นคือเหตุผลที่วิศวกรรมสถานีย่อยสมัยใหม่ผสมผสานกลไกการไหลสูงเข้าด้วยกันอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงด้วยอัตราการเพิ่มขึ้นแบบไดนามิกรีเลย์แรงดันกะทันหัน.

การทำความเข้าใจจังหวะเวลาแบบไดนามิกนี้เป็นสิ่งสำคัญสำหรับทีมจัดซื้อด้านสาธารณูปโภคและอุตสาหกรรม ตามพื้นฐานความปลอดภัยของโครงสร้างพื้นฐานกริดที่เน้นโดยกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกา (DOE)การแตกของถังหม้อแปลงที่ไม่ได้รับการบรรเทาถือเป็นโหมดความล้มเหลวของสถานีย่อยที่มีราคาแพงที่สุดรูปแบบหนึ่ง ซึ่งนำไปสู่การหยุดทำงานที่ขยายเวลาและต้นทุนการทำความสะอาดสิ่งแวดล้อม ซึ่งทำให้การลงทุนเริ่มแรกของฮาร์ดแวร์ป้องกัน Qualitrol ระดับพรีเมียมลดน้อยลง

อุปกรณ์ระบายแรงดันทางกล (PRD): การกำหนดขนาดอัตราการไหลและแรงดันปิดผนึก

แบบเครื่องกลอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงทำงานโดยใช้แรงสปริงเฟืองท้ายโดยตรง แผ่นสเตนเลสสตีลจะถูกยึดไว้กับปะเก็นซีล Viton หรือซิลิโคนโดยสปริงอัดที่ปรับเทียบแล้ว เมื่อแรงดันภายในเกินจุดปฏิบัติงานที่สอบเทียบไว้ล่วงหน้า โดยทั่วไปแล้วโรงงานจะตั้งค่าไว้ระหว่าง 7.0 psi ถึง 10.0 psi (48 ถึง 69 kPa) สำหรับหม้อแปลงไฟฟ้ากำลัง หรือ 8 ถึง 12 psi สำหรับถังกระจายขนาดเล็ก จานเบรกจะยกขึ้นทันทีภายใน 2 ถึง 4 มิลลิวินาที

ความสามารถในการคายประจุได้รับการจัดอันดับเป็น SCFM (ลูกบาศก์ฟุตมาตรฐานต่อนาที) ของค่าเทียบเท่าอากาศที่แรงดันเกินที่ระบุ หน่วยที่ติดตั้งแผ่นอิเล็กโทรดขนาดเล็กใช้การดึงแบบแมนนวลวาล์วระบายแรงดันหม้อแปลงแบบติดแผ่นพิกัดที่ 35 ถึง 50 SCFM ที่ 15 psi ในทางตรงกันข้าม หน่วยสถานีย่อยขนาดใหญ่ที่มีปริมาณน้ำมันมากกว่า 5,000 แกลลอนต้องใช้อุปกรณ์บรรเทาเชิงกลแบบหน้าแปลนสำหรับงานหนัก (เช่น ซีรีส์ Qualitrol 208 หรือ 204) ที่สามารถระบาย 6,000 ถึง 10,000 SCFM ผ่านท่อไอเสียแบบมีทิศทางในตัว

ที่สำคัญคือเป็นไปตามข้อกำหนดอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงต้องมีความสามารถในการปิดผนึกเชิงบวก เมื่อความดันสูงสุดลดลงเหลือประมาณ 4 ถึง 6 psi กลไกสปริงภายในจะดันจานวาล์วกลับเข้าที่ที่นั่ง เพื่อป้องกันความชื้น ฝน หรือออกซิเจนในบรรยากาศที่อาจปนเปื้อนน้ำมันฉนวนร้อน หมุดตัวบ่งชี้เชิงกลที่มีสีสันสดใสจะปรากฏขึ้นขณะทำงาน โดยยังคงล็อคอยู่ในตำแหน่งขยายจนกระทั่งเจ้าหน้าที่ซ่อมบำรุงรีเซ็ตด้วยตนเอง ในขณะที่ไมโครสวิตช์ SPDT หรือ DPDT ในตัวจะส่งสัญญาณเตือนหรือสัญญาณตัดการทำงานทันทีไปยังระบบ SCADA ของสถานีย่อย

รีเลย์แรงดันฉับพลัน (SPR / RPRR): หลักการทำงานและวงจรป้องกันการแชต

ในขณะที่ PRD แบบกลไกจะระบายปริมาตรก๊าซจำนวนมากเพื่อป้องกันการเสียรูปของถัง ระบบสั่งงานด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์หรือแบบสูบลมรีเลย์แรงดันกะทันหัน(หรือที่รู้จักในชื่อรีเลย์เพิ่มแรงดันอย่างรวดเร็วหรือ RPRR) ให้การเริ่มต้นทริปด้วยไฟฟ้ารอบย่อย ต่างจากสวิตช์แรงดันคงที่ที่รอให้แรงดันถังสัมบูรณ์ถึง 10 psi SPR จะตรวจจับอัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดัน (dP/dt) โดยไม่สนใจการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิโดยรอบที่ช้า (น้อยกว่า 0.1 psi/วินาที) แต่จะทำงานใน 10 ถึง 30 มิลลิวินาที เมื่อความดันเพิ่มขึ้นเร็วกว่า 0.5 ถึง 1.5 psi ต่อวินาที

ตัวระบุสามารถเลือกได้ระหว่างการติดตั้งในพื้นที่ก๊าซและการติดตั้งใต้น้ำมัน รีเลย์พื้นที่ก๊าซ (เช่น Qualitrol Series 900) ติดตั้งเหนือระดับน้ำมันสูงสุด และใช้เครื่องเป่าลมแบบห้องคู่แยกจากกันด้วยปากที่ปรับเทียบแล้ว รีเลย์ใต้น้ำมัน (เช่น Qualitrol Series 910) ติดตั้งต่ำกว่าระดับน้ำมันขั้นต่ำบนแก้มถัง โดยตรวจจับแรงดันไฮดรอลิกชั่วคราวในคอลัมน์ของเหลวที่ไม่สามารถอัดตัวได้โดยตรง

นี่คือส่วนที่วิศวกรทดสอบการใช้งานส่วนใหญ่พลาด: เนื่องจากเซ็นเซอร์ความดันกะทันหันมีความไวอย่างยิ่งต่อแรงกระแทกทางกล การสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหว แรงแม่เหล็กไฟฟ้าทะลุผ่านภายนอก หรือการสตาร์ทปั๊มกะทันหันอาจทำให้หน้าสัมผัสเอาท์พุตสั่นไหวได้ชั่วขณะ IEEE C57.12.10 และแนวทางการป้องกันยูทิลิตี้กำหนดการเชื่อมต่อเอาต์พุตรีเลย์กับรีเลย์เสริมแบบซีลอินโดยเฉพาะ (เช่น อุปกรณ์ ANSI 63X) โดยมีวงจรกรองขั้นต่ำ 20 มิลลิวินาทีและสลักล็อค (อุปกรณ์ 86) ก่อนที่จะส่งคำสั่งทริปไปยังเบรกเกอร์วงจรหลัก

ข้อมูลเชิงลึกด้านวิศวกรรมภาคสนาม: การทดสอบการใช้งานการป้องกันแรงดันเกินโดยไม่มีการเดินทางที่น่ารำคาญ

เมื่อเราจัดส่งหม้อแปลงไฟฟ้าแบบจุ่มน้ำมันและแบบติดแผ่นให้กับลูกค้าอุตสาหกรรมทั่วอเมริกาเหนือ การประสานงานการป้องกันภาคสนามถือเป็นขั้นตอนการตรวจสอบที่สำคัญที่สุดขั้นตอนหนึ่ง ในระหว่างโครงการทดสอบการใช้งานสำหรับหน่วยสถานีย่อย 10 MVA 34.5 kV ที่โรงงานผลิตขนาดใหญ่ในโอไฮโอ ทีมวิศวกรของเราค้นพบว่าผู้รับเหมาที่ไซต์งานได้ต่อสายหน้าสัมผัสรีเลย์แรงดันกะทันหันเข้ากับอินพุตดิจิตอล PLC ที่ไม่ได้ล็อคโดยตรง โดยไม่มีรีเลย์ซีลอิน

ในระหว่างการเพิ่มพลังงานเริ่มต้นในสภาพอากาศหนาวเย็น การสั่นสะเทือนทางกลหนักจากเครื่องตีขึ้นรูปที่อยู่ติดกันทำให้เกิดการสั่นของการสัมผัส ซึ่งส่งผลให้เกิดสัญญาณเตือนสะดุดเป็นระยะๆ ทีมงานของเราเดินสายวงจรทริปใหม่ผ่านรีเลย์ซีลอินเสริม 20 มิลลิวินาทีโดยเฉพาะ และตรวจสอบว่ากลไกอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงลิมิตสวิตช์วางอย่างถูกต้องบนช่องสัญญาณเตือนการควบคุมดูแล หลังจากการปรับเปลี่ยนฟิลด์ดังกล่าว สถานีย่อยจะดำเนินการโดยไม่มีการแจ้งเตือนที่ผิดพลาดเป็นศูนย์ ในขณะที่ยังคงความสามารถในการล้างข้อผิดพลาดในระดับมิลลิวินาทีเต็ม

ปฏิบัติตามมาตรฐานความปลอดภัยจากอัคคีภัยทางไฟฟ้าที่กำหนดโดยสมาคมป้องกันอัคคีภัยแห่งชาติ (NFPA)รวมถึงคำแนะนำ NFPA 850 สำหรับการสร้างโรงงานและสถานีไฟฟ้าย่อย กำหนดให้สัญญาณเตือนแรงดันเกินอัตโนมัติทั้งหมดต้องผ่านการตรวจสอบการเดินทางตั้งแต่ต้นทางถึงปลายทางก่อนเติมน้ำมันและเติมพลังงานครั้งแรก

คู่มือการเปรียบเทียบ: ฮาร์ดแวร์แรงดันเกินในคลาสหม้อแปลง

การเลือกฮาร์ดแวร์ป้องกันแรงดันเกินที่ถูกต้องจะขึ้นอยู่กับความจุของหม้อแปลง รูปแบบของตู้ ปริมาตรไดอิเล็กทริก และมาตรฐานการเชื่อมต่อโครงข่ายสาธารณูปโภค ตารางด้านล่างแสดงการกำหนดค่ามาตรฐานสำหรับประเภทอุปกรณ์หลัก:

ข้อได้เปรียบทางวิศวกรรมของ Ryan Electric: บูรณาการการทดสอบและการป้องกันในโรงงาน

ที่ Ryan Electric หม้อแปลงไฟฟ้าทุกตัวแบบจุ่มของเหลวและติดตั้งแบบแผ่นได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมเพื่อให้มีความยืดหยุ่นด้านโครงสร้างและไดนามิกแรงดันเกินที่ครอบคลุม การผลิตทั่วทั้งโรงงานขนาด 120,000 ตารางเมตรของเราด้วยชุดเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ 180+ ชุดและสิทธิบัตรอรรถประโยชน์ที่เป็นกรรมสิทธิ์ 37 รายการ เราสร้างถังหม้อแปลงโดยใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์โครงสร้าง (FEA) เพื่อให้แน่ใจว่าถังทนทานต่อแรงดันพิสูจน์ได้อย่างน้อย 12 ถึง 15 psi โดยไม่มีการโก่งตัวของตะเข็บถาวร

ในฐานะพันธมิตรร่วมทุนอย่างเป็นทางการของ Eaton ตั้งแต่ปี 2023 Ryan Electric ได้รวมเกจ Qualitrol ของแท้ระดับพรีเมียม รีเลย์เพิ่มแรงดันอย่างรวดเร็ว และความจุสูงอุปกรณ์ลดแรงดันของหม้อแปลงแอสเซมบลีเป็นการส่งมาตรฐาน รีลีฟวาล์วและเซ็นเซอร์แรงดันฉับพลันทุกตัวผ่านการสอบเทียบแรงดันแก๊สอัตโนมัติ การทดสอบความต้านทานของฉนวนไมโครสวิตช์ และการตรวจสอบการเด้งกลับของการสัมผัสในช่องทดสอบจากโรงงานที่ได้รับการรับรอง CNAS ก่อนจัดส่ง

ไม่ว่าโครงการของคุณต้องการแผ่นรองสามเฟสแบบกำหนดเองสำหรับไมโครกริดหมุนเวียนในอเมริกาเหนือ หรือหม้อแปลงไฟฟ้าของสถานีย่อย 115 kV พร้อมวาล์วระบาย Qualitrol 208 คู่และการบูรณาการ SCADA เต็มรูปแบบ Ryan Electric มอบแพ็คเกจการส่งผลงานทางวิศวกรรมที่สมบูรณ์พร้อมการคำนวณ SCFM ที่แน่นอนและแผนผังการเดินสาย ANSI ภายใน 48 ชั่วโมง

รายการตรวจสอบตัวระบุ: เจ็ดขั้นตอนสำหรับข้อกำหนดแรงดันเกินที่ปราศจากข้อผิดพลาด

ก่อนที่จะสรุปกำหนดการทางเทคนิคในการจัดซื้อหม้อแปลงไฟฟ้าของคุณ ให้ตรวจสอบพารามิเตอร์แรงดันเกินที่สำคัญเจ็ดประการนี้:

• ตรวจสอบการออกแบบถังที่ทนต่อแรงดันเกินแรงดันการแตกร้าวของอุปกรณ์บรรเทาอย่างน้อย 25%
• ระบุอัตราการไหลของการปล่อย SCFM ตามปริมาตรของเหลวอิเล็กทริกทั้งหมดและ kVA ที่คาดว่าจะเกิดไฟฟ้าลัดวงจรสูงสุด
• ยืนยันการกำหนดเส้นทางท่อไอเสียแบบกำหนดทิศทางให้ห่างจากปลายสายเคเบิลแรงดันปานกลางหลักและทางเดินเท้า
• ต้องใช้ไมโครสวิตช์สัญญาณเตือน SPDT หรือ DPDT พร้อมกล่องขั้วต่อทนฝนและแดด NEMA 4X หรือ IP66
• รวมรีเลย์ซีลอินเสริม (อุปกรณ์ 63X) พร้อมตัวกรองป้องกันการพูดคุย 20ms สำหรับทุกคนรีเลย์แรงดันกะทันหันวงจรการเดินทาง
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าหมุดตัดการทำงานแบบกลไกที่มองเห็นได้นั้นมีตัวบ่งชี้สีเหลืองหรือสีส้ม 360 องศาที่มองเห็นได้ชัดเจน
• ตรวจสอบใบรับรองการสอบเทียบจากโรงงานว่าสอดคล้องกับมาตรฐาน IEEE C57.12.00, UL และ CSA ก่อนที่จะยอมรับในภาคสนาม

เกี่ยวกับผู้เขียน:ทีมป้องกันสถานีไฟฟ้าย่อยอาวุโสของ Ryan Electric ด้วยประสบการณ์กว่า 18 ปีในการผลิตหม้อแปลงและประสบการณ์ด้านวิศวกรรมสถานีไฟฟ้าแรงสูง ทีมงานของเราเชี่ยวชาญในหม้อแปลงไฟฟ้าระบบจำหน่ายและหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังที่ได้รับการรับรองมาตรฐาน UL, CSA, IEEE และ IEC