ติดตามสภาพของบุชชิ่ง (Bushings-Real Time Continuous On-Line Monitoring)

อ้างอิงตาม IEEE Standard

บุชชิ่งของหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังแรงสูงเป็นอีกอุปกรณ์หนึ่งที่มีประเด็นเรื่องการเสียหายเนื่องจากปัญหาของฉนวนและความเครียดจากอุณหภูมิ

หากบุชชิ่งเสียหายแล้ว (ระเบิด หรือไหม้) จะส่งผลให้ผู้ใช้งานหม้อแปลงไฟฟ้ากำลังจำเป็นที่จะต้องดับไฟฉุกเฉิน โดยบางครั้งอาจส่งผลให้ขดลวดหม้อแปลงไฟฟ้าภายในเสียหายได้อีกด้วย

โครงสร้างของบุชชิ่งจะประกอบไปด้วยแผ่นฟอยล์และกระดาษซึ่งเรียงตัวกันเป็นชั้นๆตามระดับแรงดันไฟฟ้า โดยแต่ละชั้นจะรองรับแรงดันไฟฟ้าตามการออกแบบของโรงงานผู้ผลิต ตามรูปหากค่า C ในแต่ละชั้นเท่ากันแรงดันในแต่ละชั้นย่อมเท่ากันหมดตามพิกัดของแรงดันไฟฟ้าที่บุชชิ่งต่ออยู่ดังรูป

 

Layer

ในการทำการวัดค่าหาความปกติโดยทั่วไปที่ทำอยู่ก็คือการทำการทดสอบ Off line ที่แรงดัน 10kV โดยการวัดหาค่า power factor โดยวัดค่า power factor ระหว่าง terminal กับ Bushing tap ตามรูปด้านล่าง

 

Test tap

หากการเสื่อมสภาพภายในบุชชิ่งดำเนินต่อไปเรื่อยๆ จะมีการเพิ่มขึ้นของค่า power factor ซึ่งเป็นสิ่งที่เราจำเป็นต้องทำการสังเกตการณ์อย่างต่อเนื่อง   หลังจากนั้นเราจะต้องทำการสังเกตตามพื้นผิว หรือมีรอยไหม้ตามแนวผ่านเข้าไปถึงแกน condenser ซึ่งมีความสัมพันธ์ โดยทั่วไปกับของปัญหาที่เกิดจาก partial discharge อีกด้วย

การวัดค่าของ power factor และ capacitance จะเป็นเครื่องมือที่เป็นประโยชน์ และน่าเชื่อถือในการวิเคราะห์บุชชิ่ง อย่างไรก็ตามการทดสอบแบบ Off-line ที่แรงดัน 10kV ก็ไม่อาจเพียงพอเนื่องจากปัญหาที่เกิดที่บุชชิ่งนั้นบางครั้งจะเกิดขึ้นที่ระดับแรงดันที่ rated, อุณหภูมิ, ความชื้น และโหลดที่สภาวะจริง (เช่นที่ระบบ 230kV, 115kV เป็นต้น ซึ่งมีแรงดันและสภาวะที่แท้จริงที่แตกต่างกับแรงดันทดสอบแบบ off-line ที่ 10kV อย่างสิ้นเชิง)

ดังนั้นการติดตามสภาพของบุชชิ่งในสภาวะจริงที่พิกัดแรงดันจริงของมันจึงเป็นอีกทางเลื่อกหนึ่งซึ่งสามารถที่จะตรวจสอบ การติดตามแนวโน้ม และลดค่าใช้จ่ายที่จะเกิดขึ้นในระยาวในการซ่อมบำรุงและการทดสอบได้ (เราสามารถที่จะติดตามแนวโน้มของมันภายใต้สภาวะการทำงานจริงโดยลดปัญหาเรื่องเวลาที่เสียไปในการดับไฟ ไม่เสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมในการจ้างทำการทดสอบ)

อ้างอิงตาม IEEE Std C57.143-2012   วิธีการที่ละเอียดอ่อนและสำคัญที่สุดในการติดตามสภาพของบุชชิ่งในสภาวะแรงดันที่พิกัดจริงคือวิธีการเก็บค่าพารามิเตอร์แบบ continuous on-line monitoring โดยใช้ วิธีการรวมกระแส (sum of currents method) โดยกระแสที่ว่านี้เป็นค่าที่เอามาคำนวณหาค่า power factor (PF = Cos(มุม) = watt/ E*I = E*Ir /ExIt= Ir/It)

โดยหลักการพื้นฐานคือการอาศัยความจริงของบุชชิ่งของหม้อแปลงไฟฟ้าในระบบสามเฟส หากแรงดันไฟฟ้าทั้งสามเฟสสมดุลย์และบุชชิ่งทั้งสามเฟสเหมือนกันจะส่งผลให้ผลรวมของแรงดันไฟฟ้าทางเวคเตอร์มีค่าเท่ากับศูนย์ ซึ่งจะส่งผลให้กระแสไฟฟ้าทั้งสามเฟส (ที่วิ่งผ่านบุชชิ่งจาก terminal มายัง test tap ที่เป็นค่าที่ใช้คำนวณหาค่า power factor และ capacitance ของบุชชิ่ง) มีค่าเป็นศูนย์ตามรูปเวคเตอร์กรุ๊ปด้านล่าง

 

Balanced System

 

อย่างไรก็ตามในความเป็นจริงแล้วระบบไฟฟ้าสามเฟสไม่มีทางที่จะสมดุลย์อย่างสิ้นเชิงอีกทั้งบุชชิ่งทั้งสามเฟสก็ไม่เหมือนกันทีเดียวเลยทั้งสามเฟส       ดังนั้นควรใช้ระบบที่เรียกว่า Balancing unit เพื่อทำการปรับค่าให้ค่าทางเวคเตอร์กรุ๊ปมีค่าเป็นศูนย์ (เรียกแบบง่ายๆคือการ set zero)        เมื่อบุชชิ่งตัวใดตัวหนึ่งในระบบสามเฟสเริ่มมีการเปลี่ยนแปลงหรือเสื่อมสภาพ ค่า capacitance และค่า power factor ของมันที่เฟสนั้นๆจะเปลี่ยนแปลงไป  ซึ่งส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าและจะทำให้ค่ากระแสไฟฟ้าทางเวคเตอร์กรุ๊ปเปลี่ยนแปลงไปด้วย ดังนั้นสภาพของบุชชิ่งที่เสื่อมสามารถที่จะวิเคราะห์ผ่านทางการประเมินการเปลี่ยนแปลงของกระแสนั่นเอง

อ้างอิงอิงตาม IEEE Std C57.143-2012 ยังระบุอีกว่าวิธีการ sum of current จะเป็นวิธีการที่ละเอียดอ่อนและสำคัญมากที่ช่วยในการวิเคราะห์ปัญหาที่เกิดขึ้นที่ส่วนประกอบของบุชชิ่งไม่ว่าจะเป็น

– ปัญหาเรื่องการเข้ามาของละอองน้ำ, รอยย่น, การเริ่มมีรอยแบ่ง ของ condenser core

– การเริ่มเสื่อมสภาพของฉนวนน้ำมันภายใน

– การเสื่อมค่าของพื้นผิวเคลือบภายในและภายนอก

– ปัญหาเรื่องกราวด์ของ test tap

– รวมถึงตัวนำทีมีปัญหารอยร้าว

ทั้งนี้อ้างอิงตาม IEEE Std C57.143-2012 จะพบอีกว่า   นอกเหนือจากการติดตามผลรวมของกระแสไฟฟ้า (sum of currents) แล้ว เรายังต้องติดตาม power factor, capacitance และอีกตัวแปรหนึ่งที่สำคัญไม่น้อยเลยคือการติดตามดูความสัมพันธ์จากข้อมูลของอุณหภูมิที่พิกัดแรงดันที่บุชชิ่งกำลังทำงาน ซึ่งเป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ช่วยเสริมการวิเคราะห์ได้เป็นอย่างดี

อนึ่งตามรายงานจาก Dynamic Ratings Inc, USA     ได้ทำการเก็บตัวอย่างของบุชชิ่งโดยใช้วิธีการ sum of current และเปรียบเทียบกับ Top Oil temperature ( อุณหภูมิส่วนบนของหม้อแปลงไฟฟ้า) ดังรูปด้านล่าง   พบว่าเมื่อใดก็ตาม เมื่อเกิดปัญหาขึ้นที่บุชชิ่ง หาก Top Oil temperature (อุณหภูมิส่วนบนของหม้อแปลงไฟฟ้า) สูงขึ้นค่ากระแสของเฟสจากการที่บุชชิ่งตัวนั้นๆต่ออยู่ จะเปลี่ยนแปลงตามไปด้วยอย่างมีนัยยะสำคัญ   แต่หากบุชชิ่งตัวไหนมีสภาพดี ค่ากระแสของเฟสจากการทำ sum of current ที่บุชชิ่งที่สภาพดีตัวนั้นๆต่ออยู่จะไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลย ตามรูปด้านล่าง

 

Ib

 

Dynamic Ratings Inc ยังทดลองเพิ่มเติมในการติดตามพฤติกรรมของบุชชิ่งที่มีปัญหาภายในแบบ real time continuous on-line monitoring โดยดูค่า Power factor เทียบกับแรงดันไฟฟ้าและ top oil temperature และจะพบว่า เมื่อทดสอบที่ 10kV (ซึ่งเทียบเท่ากับแรงดัน Off line test) ที่ อุณหภูมิ top oil temperature ที่ 25 องศา ค่าของ power factor ไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเลย ขณะที่ทำการทดสอบที่แรงดัน 70kV ทีอุณหภูมิ top oil temperature ที่ 70 องศา จะพบว่าค่า power factor สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญตามรูปด้านล่าง

 

Voltage_Temp of Failure bussing

สนใจในเรื่องการติดตามบุชชิ่งแบบ Bushing continuous on-line monitoring

ติดต่อได้ที่ info@measurestation.com