เนื้อหาวันที่ : 2013-05-07 10:36:30 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 1279 views

การปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าโดยวิธีการทำงานที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

ความสำคัญของพลังงานไฟฟ้าที่ยังคงเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง การมีระบบไฟฟ้าที่มีความเชื่อถือได้อย่างดีเลิศไม่ใช่เป็นเพียงความหรูหราแต่กลายเป็นความคาดหวังที่จำเป็นจะต้องมี เพื่อที่จะตอบสนองความคาดหวังดังกล่าว

การปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าโดยวิธีการทำงานที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า
(Advanced Loop Scheme Operational Method)
จตุภูมิ เจนวัฒนาเวช

        ความสำคัญของพลังงานไฟฟ้าที่ยังคงเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง การมีระบบไฟฟ้าที่มีความเชื่อถือได้อย่างดีเลิศไม่ใช่เป็นเพียงความหรูหราแต่กลายเป็นความคาดหวังที่จำเป็นจะต้องมี เพื่อที่จะตอบสนองความคาดหวังดังกล่าว บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ทำการลงทุนอย่างมหาศาลในการพัฒนาเทคโนโลยีแบบใหม่ที่ช่วยปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า เทคโนโลยีชนิดนี้ใช้ผังงานแบบที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติ

ซึ่งเทคโนโลยีนี้ไม่เพียงช่วยลดช่วงเวลาของความขัดข้องทางไฟฟ้า (Outage) เนื่องจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า (Fault) และลดจำนวนของประชากรที่ประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่ยังจะช่วยลดจำนวนของประชากรที่ประสบปัญหาไฟตกอีกด้วย เทคโนโลยีแบบใหม่ดังกล่าวคือการใช้ ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า (Advanced Loop Scheme) ซึ่งถูกสร้างขึ้นจากผังงานการจำหน่ายไฟฟ้าตามมาตรฐานที่มีการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร (Normally Open Tie) ในการแยกสายป้อนไฟฟ้าสองสายออกจากกัน

 บทความนี้จะบรรยายถึงการออกแบบและการดำเนินการของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าโดยเฉพาะการตั้งค่าที่เฉพาะเจาะจงและรายละเอียดการทำงานของผังงานดังกล่าว โดยที่บทความนี้จะเริ่มต้นด้วยการทบทวนการดำเนินการของผังงานแบบดั้งเดิมซึ่งจะช่วยให้เห็นถึงผลกระทบที่ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีต่อการพัฒนาความเชื่อถือได้ของเครือข่ายการจำหน่ายไฟฟ้าได้อย่างชัดเจน

หลักการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

     ระบบการจำหน่ายไฟฟ้าโดยทั่วไปจะเป็นระบบที่ใช้สายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมี (Radial Feeder) ซึ่งปัญหาหลักของระบบการจำหน่ายไฟฟ้าแบบนี้คือการที่มีผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้าเป็นจำนวนมาก ถ้าความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขื้นที่บริเวณต้นทางของสายป้อนไฟฟ้า เนื่องจากบริเวณดังกล่าวอยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและเมื่อมีการตัดไฟโดยการเปิดวงจรไฟฟ้าเกิดขึ้นที่บริเวณดังกล่าว ผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมดที่อยู่ที่ส่วนของวงจรหลังจากตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าก็จะไม่มีไฟฟ้าใช้ทันทีจนกระทั่งการแก้ปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าถูกทำให้เสร็จสิ้น
   

     เทคโนโลยีใหม่สำหรับระบบการจำหน่ายไฟฟ้าที่กล่าวถึงข้างต้นจะใช้ระบบการใช้สายป้อนไฟฟ้าแบบผสม กล่าวคือมีทั้งการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมี และการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบเครือข่ายวงรอบ ระบบผสมนี้ถูกสร้างขึ้นโดยการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าในการต่อสายป้อนไฟฟ้าสองสายเข้าด้วยกันซึ่งตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้านี้จะถูกควบคุมโดยผังงานที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของเครือข่ายสายป้อนไฟฟ้า

และตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้านี้ปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร ดังนั้นการทำงานโดยทั่วไปจะเป็นการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบรัศมีเท่านั้นจนกระทั่งมีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่สายป้อนไฟฟ้าสายใดสายหนึ่ง ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก็จะถูกทำให้อยู่ในสภาวะปิดวงจรเพื่อเป็นการเริ่มต้นการทำงานของสายป้อนไฟฟ้าแบบเครือข่ายวงรอบ


     ผังงานที่สามารถเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้าได้โดยอัตโนมัติแบบดั้งเดิมมีปัญหาที่ความล่าช้าของระบบและการที่ทำให้ผู้ใช้ไฟฟ้าประสบกับปัญหาไฟตกโดยไม่จำเป็นในช่วงระหว่างการเปลี่ยนแปลงการตั้งค่าของสายป้อนไฟฟ้า ผังงานแบบใหม่นี้จะใช้หลักการปิดก่อนเปิด โดยที่จะควบคุมให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจรทำการปิดวงจรก่อนที่การแยกส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะถูกทำให้เสร็จสิ้น

 ดังนั้นผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ในส่วนของสายไฟฟ้าที่ไม่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าก็จะไม่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าหรือแม้กระทั่งปัญหาไฟตกซึ่งมักจะเกิดขึ้นในที่ที่มีการสวิตช์แยกส่วนของสายไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า นอกจากนี้การสื่อสารที่ทันสมัยในระบบไฟฟ้ายังช่วยทำให้การประสานงานระหว่างอุปกรณ์ต่าง ๆ ในระบบไฟฟ้าตลอดจนการประยุกต์หลักการป้องกันระบบสายส่งมีความซับซ้อนน้อยลง

รูปที่ 1 วงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัว

      โดยทั่วไปแล้วโครงสร้างของระบบสายป้อนไฟฟ้าที่เป็นมาตรฐานของบริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา จะมีการใช้ระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนสามตัวหรือห้าตัว ซึ่งขึ้นอยู่กับความยาวของสายป้อนไฟฟ้าและจำนวนประชากรผู้ใช้ไฟฟ้า รูปที่ 1 แสดงให้เห็นถึงผังงานวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัว ในสภาวะปกติสายป้อนไฟฟ้าสองสายจะถูกแยกออกจากกันเนื่องจากตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะเปิดวงจร

โดยที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าจะถูกควบคุมการเปลื่ยนสภาวะเปิดวงจรหรือปิดวงจร โดย Recloser ที่อยู่ตรงกลางระหว่างสายป้อนไฟฟ้าทั้งสอง เมื่อความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้นที่สายป้อนไฟฟ้าสายใดสายหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติ จะเกิดขึ้นโดยการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่ถูกหน่วงเวลา

เนื่องจากการลดลงของแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า ถึงแม้ว่าระบบที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติของวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวจะมีความรวดเร็วและความง่ายดายของระบบควบคุมที่มากกว่าระบบที่ใช้การควบคุมด้วยมือที่ใช้ภายในท้องถิ่นหรือแม้กระทั่งระบบที่ใช้การสวิตช์จากระยะไกลผ่านการใช้ SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) แต่ถึงกระนั้นระบบที่ใช้การเปลี่ยนแปลงของการตั้งค่าโดยอัตโนมัติของวงรอบที่มีการใช้Recloserจำนวนห้าตัวก็ยังไม่สามารถป้องกันผู้ใช้ไฟฟ้าจากความขัดข้องทางไฟฟ้าในชั่วขณะได้ ยิ่งไปกว่านั้นระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวยังมีอัตราส่วนระหว่างจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้า ที่มีค่าสูงอีกด้วย

(หมายเหตุ: ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าหมายถึงช่วงระหว่าง Recloser สองตัวที่อยู่ติดกัน หรือช่วงระหว่าง Recloser และสถานีกระจายไฟฟ้าที่อยู่ติดกัน ยกตัวอย่างเช่นระบบวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวที่แสดงในรูปที่ 1 จะมีทั้งหมดหกส่วน)
  

   ระบบสายป้อนไฟฟ้าวงรอบที่มีการใช้ Recloser จำนวนห้าตัวแบบดั้งเดิมของบริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกาจะมีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าอยู่ที่ประมาณ 1,500 คนซึ่งเป็นที่ชัดเจนแล้วว่าตัวเลขนี้บ่งบอกถึงความหนาแน่นของผู้ใช้ไฟฟ้าที่มีมาก ดังนั้นถ้าส่วนของสายป้อนไฟฟ้านี้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า จะส่งผลให้มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวน 1,500 คนที่จะประสบปัญหาจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า วิธีการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าเนื่องจากปัญหานี้คือการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้า โดยการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมให้มากขึ้น ดังที่แสดงให้เห็นในรูปที่ 2 การเพิ่มเติม Recloser ดังกล่าวจะช่วยลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าเหลือเพียงประมาณ 500 คน

รูปที่ 2 วงรอบที่มีการใช้อุปกรณ์ป้องกัน (Recloser) ที่หนาแน่นขึ้น


       การติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมให้มากขึ้นจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการตัดกระแสไฟฟ้าจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า และเพิ่มความแม่นยำในการแยกความผิดพร่องทางไฟฟ้าออกจากระบบ ดังนั้นจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ได้รับผลกระทบจากความผิดพร่องทางไฟฟ้านี้จะลดลง อย่างไรก็ตามการรักษาการประสานงานที่เหมาะสมระหว่างอุปกรณ์ป้องกันในระบบเป็นสิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่งเพื่อที่จะให้มีการเลือกการตัดวงจรที่ถูกต้องและปลอดภัย

 เพื่อความมั่นใจในการมีการประสานงานที่เหมาะสมระหว่างอุปกรณ์ป้องกันในระบบ บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกา ได้ใช้ระบบการสื่อสารใยแก้วนำแสงระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน นั่นหมายถึงจะต้องมีการติดตั้งสายเคเบิลใยนำแสงไปตามแนวของสายป้อนไฟฟ้า และระบบควบคุมของ Recloser จะต้องมีโปรโตคอลการสื่อสารที่ยอมให้มีการส่งผ่านบิตข้อมูลในระบบการสื่อสารแบบดิจิตอลระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกัน ระบบควบคุมของ Recloser แต่ละตัวจะถูกจัดให้มีช่องทางสื่อสารสองช่องทาง เพื่อที่จะทำให้การสื่อสารที่ความเร็วสูงผ่านทางโปรโตคอลการสื่อสารสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกันโดยไม่จำกัดว่าพลังงานไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านไปในทิศทางใดระหว่าง Recloser ที่อยู่ติดกันดังที่แสดงรายละเอียดในรูปที่ 3

 รูปที่ 3 โปรโตคอลการติดต่อสื่อสารระหว่างระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกัน


      เนื่องจากระบบควบคุมของ Recloser แต่ละตัว จะติดต่อสื่อสารกับระบบควบคุมของ Recloser อีกสองตัวที่อยู่ติดกันเท่านั้น (หมายเหตุ: ที่เป็นสองตัวเพราะว่ามี Recloser ที่อยู่ติดกันทั้งทิศทางซ้ายและทิศทางขวา) ดังนั้นระบบการสื่อสารนี้จึงมีความต้องการสายใยแก้วนำแสงเพียงแค่คู่เดียวเท่านั้น แต่อย่างไรก็ตามระบบการสื่อสารนี้อาจจะมีสายใยแก้วนำแสงเพิ่มเติมอีกหนึ่งคู่สำหรับเครือข่ายการสื่อสารอีเทอร์เน็ตเพื่อใช้ในการส่งผ่านข้อมูลของ SCADA

และทำให้วิศวกรสามารถเข้าถึงข้อมูลของระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกันแต่ละตัวได้ รูปที่ 4 แสดงให้เห็นถึงโครงสร้างพื้นฐานของระบบการติดต่อสื่อสารที่กล่าวถึง เส้นประขนาดใหญ่แสดงถึงสายใยแก้วนำแสงหนื่งคู่ที่ใช้สำหรับการส่งผ่านข้อมูลของ SCADA ในขณะที่เส้นจุดแสดงถึงสายใยแก้วนำแสงหนึ่งคู่ที่ใช้สำหรับโปรโตคอลการติดต่อสื่อสารระหว่าง Recloser

 รูปที่ 4 โครงสร้างพื้นฐานของระบบการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน

        ดังที่ได้อธิบายไว้ในเบื้องต้นแล้วว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าถูกพัฒนาขึ้นจากการใช้การติดต่อสื่อสารด้วยความเร็วสูงระหว่างอุปกรณ์ป้องกัน และหลักการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนที่จะมีการเปิดวงจรเพื่อที่จะแยกวงจรออกจากจุดที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า ซึ่งจะทำให้มีเฉพาะผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเท่านั้นที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าที่อาจจะเกิดขึ้นเพียงชั่วครู่หรืออาจจะเกิดขึ้นและตั้งอยู่ในช่วงเวลานานจนกว่าจะมีการแก้ปัญหาความผิดพร่องทางไฟฟ้าให้เสร็จสิ้น รูปที่ 5 แสดงตัวอย่างของการทำงานของหลักการปิดก่อนเปิดเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าระหว่าง Recloser ตัวที่ 1 (R1) และ Recloser ตัวที่ 2 (R2) ดังที่แสดงในคอลัมน์ทางซ้ายมือของรูปที่ 5 ซึ่งเป็นชั่วขณะแรกของการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า

 ดังนั้นตัวต่อเชี่อมสายป้อนไฟฟ้า (Tie) จึงยังอยู่ในสภาวะเปิดวงจร เมื่อระบบควบคุมของ Recloser สามารถตรวจจับความผิดพร่องทางไฟฟ้าได้แล้วก็จะทำให้ตัวต่อเชี่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจรดังที่แสดงให้เห็นในคอลัมน์ตรงกลางของรูปที่ 5 และหลังจากการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าเสร็จสิ้นลง ระบบควบคุมก็จะทำการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าดังที่แสดงให้เห็นในคอลัมน์ทางขวามือของรูปที่ 5

รูปที่ 5 หลักการปิดก่อนเปิดที่ใช้ในผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า


         ก่อนที่ประเทศสหรัฐอเมริกาจะพัฒนาผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าขึ้นมานั้น ระบบการป้องกันสายป้อนไฟฟ้าแบบดั้งเดิมมีการใช้การป้องกันแบบกระแสเกิน-เวลา และการประสานงานระหว่างอุปกรณ์ป้องกันถูกทำให้เกิดโดยการจัดตั้งระดับการเริ่มตอบสนองและค่าของหน้าปัดตั้งเวลาที่แตกต่างกันที่ตำแหน่งต่าง ๆ ตามแนวสายป้อนไฟฟ้า

โดยที่ Recloser ตัวที่อยู่ไกลจากสถานีจ่ายไฟฟ้าที่สุดจะประสานงานกับ Recloser ตัวที่อยู่ตรงกลางของสายป้อนไฟฟ้าและรีเลย์ที่อยู่ที่สถานีจ่ายไฟฟ้าเท่านั้นและช่วงเวลาที่นานที่สุดในการตัดวงจรจะถูกจัดตั้งให้เหมาะสมกับความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นตามแนวของสายป้อนไฟฟ้า แต่อย่างไรก็ตามเมื่อระบบไฟฟ้ามีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันที่เพิ่มเติมมากขึ้น วิธีการแบบดั้งเดิมดังกล่าวไม่สามารถถูกนำมาใช้ได้อีกต่อไปเนื่องจากช่วงเวลาในการตัดวงจรจะนานมากเกินไป
   

        ความสามารถของโปรโตคอลการติดต่อสื่อสารด้วยความเร็วสูงระหว่างระบบควบคุมของอุปกรณ์ป้องกันคือวิธีการแก้ไขปัญหาการประสานงานที่ได้กล่าวถึงข้างต้น ผังงานยับยั้ง (Blocking Scheme) สำหรับการป้องกันกระแสไฟฟ้าเกินจึงได้ถูกพัฒนาขึ้นให้เป็นส่วนหนึ่งของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า เนื่องจากในสภาวะปกติตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าจะอยู่ในสถานะเปิดวงจร

และสายป้อนไฟฟ้าทั้งสองสายของวงรอบก็จะทำงานในแบบรัศมีที่แยกจากกัน การที่สายป้อนไฟฟ้าเป็นแบบรัศมีทำให้ผังงานยับยั้งที่ใช้การควบคุมโดยอุปกรณ์กระแสเกินแบบธรรมดาสามารถถูกพัฒนาขึ้นมาใช้ได้โดยไม่มีความจำเป็นที่ต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันแบบที่มีทิศทางที่จะทำให้ระบบเกิดความซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ในระบบการทำงานแบบรัศมีนั้น เฉพาะ Recloser ตัวที่อยู่ระหว่างแหล่งจ่ายไฟฟ้าและตำแหน่งที่เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าเท่านั้นที่จะสามารถตรวจจับเงื่อนไขกระแสไฟฟ้าเกินและ

สามารถยับยั้งการทำงานของวงจรทั้งหมดที่อยู่ถัดไปซึ่งอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและความผิดพร่องทางไฟฟ้า Recloser ตัวอื่น ๆ ที่อยู่ถัดไปซึ่งอยู่ระหว่างแหล่งกำเนิดไฟฟ้าและความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะไม่ได้รับการยับยั้งจาก Recloser ตัวที่อยู่ที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าอีกสายหนึ่งที่อยู่อีกด้านหนึ่งของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ในสภาวะเปิดวงจร ที่ไม่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า ตัวอย่างของการทำงานของผังงานยับยั้งแสดงอยู่ในรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่า Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 จะตรวจจับกระแสไฟฟ้าเกินที่เกิดขึ้นจากความผิดพร่องทางไฟฟ้า และจะส่งสัญญานยับยั้งการทำงานไปสู่ Recloser ตัวที่ 1 และ Recloser ตัวที่ 2 ให้เปิดวงจร ถึงแม้ว่าการทำงานของระบบยับยั้งจะมีประสิทธิภาพสูง ระบบก็ควรที่จะยังคงมีอุปกรณ์ป้องกันแบบกระแสเกิน-เวลา ไว้ใช้เป็นการป้องกันสำรองสำหรับกรณีที่การสื่อสารระหว่าง Recloser เกิดปัญหาขึ้น

รูปที่ 6 การทำงานของผังงานยับยั้ง

      เนื่องจากผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีความจำเป็นที่ต้องการให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าทำการปิดวงจรก่อนที่จะมีการตัดวงจรไฟฟ้าเกิดขึ้น จึงต้องมีการเพิ่มเติมขั้นตอนในตรรกะการป้องกันแบบดั้งเดิม นั่นหมายถึงว่าอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินจะถูกนำออกจากผังงานที่ใช้สำหรับตัดวงจรของ Recloser โดยตรงเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่อุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินนี้จะถูกนำเข้าไปใช้ในผังงานที่ใช้สำหรับการเริ่มต้นการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้า รายละเอียดการทำงานของตรรกะของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าได้ถูกแสดงไว้ในรูปที่ 7, รูปที่ 8 และ รูปที่ 9 เมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง Recloser ตัวที่ 3 และ

Recloser ตัวที่ 4 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าจะเป็นไปตามลำดับการทำงานที่จะอธิบายดังต่อไปนี้

1) รีเลย์กระแสเกิน (51T) จะยืนยันถึงความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากการตรวจจับกระแสไฟฟ้าที่เกินกว่าค่ากระแสไฟฟ้าพิกัดที่ถูกตั้งไว้ (ดังแสดงในรูปที่ 7)

2) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ก็จะถูกล็อคเพื่อที่จะจัดตั้งค่าให้มีการเริ่มต้นการทำงานของผังงานในการปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

3) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 จะกระตุ้นให้มีการส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรออกจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่4 ผ่านทางโปรโตคอลสื่อสาร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

4) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

5) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ก็จะถูกล็อคเพื่อที่จะให้มีการจัดตั้งค่า (ดังแสดงในรูปที่ 7)

6) สลักบิตข้างในอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 จะกระตุ้นให้มีการส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรออกจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

7) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

8) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที 6 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

9) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 รับบิตข้อมูลคำสั่งการปิดวงจรจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 7)

10) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 ทำการออกคำสั่งให้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 7)

รูปที่ 7 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การเริ่มต้นของลำดับการทำงาน

 

11) ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

12) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

13) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 6 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

14) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

15) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 5 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

16) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ทำการออกคำสั่งให้ Recloser ตัวที่ 4 เปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

17) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 ส่งบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าไปสู่อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

18) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 รับบิตข้อมูลคำสั่งการเปิดวงจรที่บริเวณที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจากอุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 4 (ดังแสดงในรูปที่ 8)

19) อุปกรณ์ควบคุมตัวที่ 3 ทำการออกคำสั่งให้ Recloser ตัวที่ 3 เปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 8)

รูปที่ 8 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การแยกส่วนสายป้อนของลำดับการทำงาน

20) ลำดับการทำงานเสร็จสิ้นลงโดยที่ Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 อยู่ในสภาวะเปิดวงจร ในขณะที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าอยู่ในสภาวะปิดวงจร (ดังแสดงในรูปที่ 9)

รูปที่ 9 ตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า–การเสร็จสิ้นของลำดับการทำงาน

        ดังนั้นตรรกะการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าดังกล่าวจะช่วยลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าให้น้อยลงได้เนื่องจากผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่ที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่อยู่ระหว่าง Recloser ตัวที่ 3 และ Recloser ตัวที่ 4 เท่านั้นที่จะต้องประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้า

ถึงแม้ว่าอุปกรณ์ป้องกันกระแสเกินจะไม่ได้ทำการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าโดยตรงเนื่องจากจะต้องมีการติดต่อสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ควบคุมต่าง ๆ ให้มีการปิดวงจรที่ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนแล้วจึงจะมีการเปิดวงจรของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้า แต่ช่วงเวลาในการติดต่อสื่อสารดังกล่าวนี้สั้นมากเนื่องจากความเร็วสูงของระบบการสื่อสารที่ใช้ในระบบควบคุม ดังนั้นจึงสามารถกล่าวได้ว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ามีความปลอดภัยและมีประสิทธิภาพที่สูงมาก
 

      ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ายังมีการยอมให้ Recloser ทำการปิดวงจรโดยอัตโนมัติได้หนึ่งครั้งหลังจากการเปิดวงจรเนื่องจากการเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้า เพื่อที่ว่าผู้ใช้ไฟฟ้าที่อยู่บริเวณส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะได้ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าเพียงชั่วครู่สำหรับกรณีที่ความผิดพร่องทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นความผิดพร่องทางไฟฟ้าแบบชั่วคราวที่สามารถหายเองได้ แต่ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้านี้จะยอมให้ Recloser

ตัวที่อยู่ใกล้กับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า (Initiating Recloser) เท่านั้นที่จะทำการปิดวงจรโดยอัตโนมัติได้ (ซึ่งในกรณีนี้คือ Recloser ตัวที่ 3) เพื่อที่จะทำให้ระบบการจำหน่ายไฟฟ้ายังคงเป็นแบบรัศมี และถ้าการปิดวงจรโดยอัตโนมัติไม่ประสบความสำเร็จเนื่องจากความผิดพร่องทางไฟฟ้ายังคงมีอยู่ Recloser ตัวที่ 3 ก็จะถูกทำให้เปิดค้างจนกว่าความผิดพร่องทางไฟฟ้าจะถูกทำให้หายไป

      การวิจัยและพัฒนาเพิ่มเติมของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าแสดงให้เห็นว่า การใช้ Recloser และอุปกรณ์ควบคุมที่สามารถทำงานโดยที่เฟสทั้งสามมีความเป็นอิสระจากกันจะช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้า เนื่องจากว่าความผิดพร่องทางไฟฟ้าส่วนใหญ่จะเกิดขึ้นที่เฟสเดียว การตัดวงจรไฟฟ้าออกทั้งสามเฟสจึงไม่มีความจำเป็น ถ้าระบบสามารถเลือกที่จะเปิดและปิดวงจรที่เฟสใดเฟสหนึ่งได้ดังแสดงในรูปที่ 10

 รูปที่ 10 ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

 

การประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

     บริษัทที่ให้บริการสาธารณะทางไฟฟ้าและแก๊สของประเทศสหรัฐอเมริกาได้ทำการทดสอบประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าโดยทำการดำเนินการติดตั้งและใช้งานผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า กับระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue จากนั้นได้ทำการทดสอบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าของสถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองสถานีเมื่อมีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า

และเปรียบเทียบกับกรณีที่ใช้ผังงานแบบดั้งเดิม รูปที่ 11 แสดงแผนภาพของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ที่มีการใช้ผังงานแบบดั้งเดิม จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบรัศมีของทั้งสองสถานีไฟฟ้าย่อยต่างก็มีส่วนของสายป้อนไฟฟ้าจำนวนสองส่วน ในกรณีของสถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง

 และส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง ต่างก็มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวนเท่า ๆ กันคือ 841 คน ในกรณีของสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง และส่วนของสายป้อนไฟฟ้าส่วนที่หนึ่ง ต่างก็มีผู้ใช้ไฟฟ้าจำนวนเท่า ๆ กันคือ 1,191 คน รูปที่12 แสดงแผนภาพของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ที่มีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า จากแผนภาพจะเห็นได้ว่าระบบจำหน่ายไฟฟ้าแบบรัศมีของทั้งสองสถานีไฟฟ้าย่อยมีจำนวนของส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มากขึ้นเนื่องจากการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติม ดังนั้นจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าในแต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้าจะลดลง

 การวัดค่าความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ทำได้โดยการทดลองให้เกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นที่บริเวณที่แตกต่างกันจำนวนสี่บริเวณซึ่งอยู่ระหว่างสถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue ดังที่แสดงในรูปที่11 และค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าก็วัดได้จากจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าทั้งที่เป็นแบบชั่วคราวและแบบถาวรเมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้น

รูปที่ 11 ผังงานแบบดั้งเดิมที่แสดงจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่แต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้า

รูปที่ 12 ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่แสดงจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่แต่ละส่วนของสายป้อนไฟฟ้า

     ตารางที่ 1 แสดงค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองเมื่อมีการใช้ผังงานแบบดั้งเดิม โดยที่สถานีไฟฟ้าย่อย West Caldwell มีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 1,682 คน และสถานีไฟฟ้าย่อย Laurel Avenue มีจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมด 2,382 คน จากตารางที่1 เมื่อเกิดความผิดพร่องทางไฟฟ้าขึ้นในผังงานแบบดั้งเดิม จำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าทั้งหมดจะต้องประสบกับปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าชั่วขณะ ช่วงเวลาชั่วขณะนี้มีค่าเท่ากับช่วงเวลาที่ Recloser เปิดวงจรเมื่อความผิดพร่องทางไฟฟ้าแบบชั่วคราวได้เกิดขึ้น โดยทั่วไปแล้วช่วงเวลานี้มีค่าประมาณสิบวินาที

ตารางที่ 1 ความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าที่ใช้ผังงานแบบดั้งเดิม


     ตารางที่ 2 แสดงค่าดัชนีความเชื่อถือได้ของระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่สถานีไฟฟ้าย่อยทั้งสองเมื่อมีการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าความขัดข้องทางไฟฟ้าชั่วขณะที่ไม่มีความจำเป็นที่จะต้องเกิดขึ้นได้กำจัดออกไป และทำให้มีการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าที่ประสบปัญหาความขัดข้องทางไฟฟ้าทั้งแบบชั่วขณะและแบบถาวร

ตารางที่ 2 ความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

     
       ตารางที่ 3 และตารางที่ 4 แสดงการเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue และ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน ซึ่งจะเห็นได้ว่าการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้ามีค่าสูงมาก ถึงแม้ว่าความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าจะถูกปรับปรุงให้ดีขึ้นเป็นไปตามที่คาดหวังแล้วก็ตาม

 การประเมินผลการทำงานของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้ายังคงได้ทำการทดสอบต่อไปถึงผลกระทบของการใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้ และผลการทดสอบบ่งบอกอย่างชัดเจนว่าผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้เป็นผังงานที่ปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าได้มากที่สุดดังที่แสดงให้เห็นในตารางที่ 5 และ ตารางที่ 6

ตารางที่ 3 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

ตารางที่ 4 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่ใช้การตัดวงจรแบบสามเฟสพร้อมกัน

ตารางที่ 5 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ Laurel Avenue ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

ตารางที่ 6 การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าในบริเวณ West Caldwell ระหว่างผังงานแบบดั้งเดิมและผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้

 บทสรุป

       บทความนี้ได้นำเสนอการปรับปรุงความเชื่อถือได้ของระบบไฟฟ้าโดยวิธีการทำงานที่ใช้ผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้า และได้อธิบายถึงโครงสร้างของผังงานแบบวงรอบเปิดที่ก้าวหน้าซึ่งถูกสร้างขึ้นจากการใช้ตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าที่โดยปกติจะอยู่ในสภาวะเปิดวงจร (Normally Open Tie) ในการต่อสายป้อนไฟฟ้าสองสายเข้าด้วยกัน และใช้หลักการปิดวงจรของตัวต่อเชื่อมสายป้อนไฟฟ้าก่อนที่จะมีการเปิดวงจรที่ส่วนของสายป้อนไฟฟ้าที่มีความผิดพร่องทางไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยที่มีการใช้ระบบการติดต่อสื่อสารที่มีความเร็วสูงในการประสานงานระหว่างอุปกรณ์ป้องกันผ่านทางสายใยแก้วนำแสง ตลอดจนมีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันเพิ่มเติมเพื่อเป็นการลดจำนวนผู้ใช้ไฟฟ้าต่อส่วนของสายป้อนไฟฟ้าและการใช้อุปกรณ์ป้องกันที่สามารถใช้การตัดวงจรแบบเฟสเดี่ยวได้ เพื่อที่จะทำให้ระบบไฟฟ้ามีความเชื่อถือได้สูงที่สุด


สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด