การออกแบบสถานีไฟฟ้าย่อยที่ดีเริ่มต้นจากการเข้าใจว่าพื้นที่ต่างๆ ต้องการพลังงานมากเพียงใดในแต่ละช่วงเวลา โดยรายงานจากสำนักข้อมูลด้านพลังงานเมื่อปีที่แล้วระบุว่า ความต้องการไฟฟ้าเชิงพาณิชย์เพิ่มขึ้นประมาณร้อยละ 4.7 ต่อปี ผู้วางแผนในปัจจุบันใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ขั้นสูงที่เรียกว่า การเพิ่มประสิทธิภาพเชิงสุ่ม (stochastic optimization) เพื่อประเมินความต้องการในปัจจุบัน เทียบกับความต้องการที่อาจเกิดขึ้นในอีกสองทศวรรษข้างหน้า พวกเขาต้องเผชิญกับปัจจัยไม่แน่นอนหลายประการ เช่น ช่วงเวลาที่แผงโซลาร์เซลล์จะแพร่หลายมากขึ้น หรือจำนวนรถยนต์ไฟฟ้าที่ผู้คนจะเริ่มใช้ขับขี่ งานวิจัยบางชิ้นที่ตีพิมพ์ในวารสาร Renewable and Sustainable Energy Reviews เมื่อปี 2024 พบว่า การใช้แบบจำลองหลายช่วงเวลานี้สามารถลดค่าใช้จ่ายโครงสร้างพื้นฐานส่วนเกินได้ประมาณร้อยละ 18 ถึง 22 โดยไม่ทำให้ความน่าเชื่อถือของระบบลดลง ซึ่งโดยทั่วไปยังคงอยู่เหนือระดับร้อยละ 99.97 สิ่งนี้มีความหมายสำคัญต่อการจัดทำงบประมาณและการวางแผนระยะยาวของบริษัทสาธารณูปโภคอย่างแท้จริง
หน่วยงานด้านพลังงานที่มุ่งเน้นอนาคตใช้เทคโนโลยีแบบโมดูลาร์ผ่านกลยุทธ์การนำเทคโนโลยีมาใช้เป็นขั้นตอน
| เทคโนโลยี | ขั้นตอนการดำเนินงาน | จุดเด่นสำคัญ |
|---|---|---|
| สวิตช์เกียร์ฉนวนก๊าซ | ระยะที่ 1 (0–5 ปี) | ลดพื้นที่ได้ 60% เมื่อเทียบกับฉนวนอากาศ |
| ระบบชดเชยแรงดันแปรผันแบบไดนามิก | ระยะที่ 2 (5–10 ปี) | ทำให้แรงดันเสถียรเร็วขึ้น 34% |
| รีเลย์ป้องกันที่ควบคุมโดยปัญญาประดิษฐ์ | ระยะที่ 3 (10–20 ปี) | ความแม่นยำ 89% ในการทำนายข้อผิดพลาด |
แนวทางแบบชั้นนี้สนับสนุนความสามารถในการทำงานร่วมกันในระยะยาวกับระบบนิเวศของสมาร์ทกริด และสอดคล้องกับแผนงานการดำเนินงานอัตโนมัติระดับแนวหน้าของอุตสาหกรรม
การจัดวางสถานีไฟฟ้ายุคใหม่ได้รวมมาตรฐานพื้นที่ว่างที่ดีขึ้นเพื่อความทนทานต่อสภาพอากาศสุดขั้ว:
การถ่ายภาพความร้อนยืนยันว่าข้อกำหนดเหล่านี้สามารถลดการหยุดทำงานที่เกิดจาสภาพอากาศได้ 41% ขณะเดียวกันก็รับประกันความสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย NEC 130.5(C) ทีมงานที่ดำเนินการเชิงรุกจะทำการสำรวจด้วยเลเซอร์สแกน (LiDAR) ทุกสองปี เพื่อยืนยันความถูกต้องของระยะห่าง เนื่องจากโครงสร้างพื้นฐานโดยรอบมีการเปลี่ยนแปลง
เมื่อเราผสมผสานการตรวจสอบด้วยสายตาตามปกติเข้ากับการตรวจสอบด้วยภาพความร้อนจากอินฟราเรด จะช่วยให้เราตรวจพบปัญหาได้เร็วกว่าการใช้วิธีใดวิธีหนึ่งเพียงอย่างเดียว ช่วงเวลากลางวัน ช่างเทคนิคสามารถสังเกตปัญหาที่เห็นได้ชัด เช่น ฉนวนที่เสียหาย หรือสัญญาณของสนิม ในขณะที่ช่วงกลางคืน การสแกนด้วยความร้อนจะมีประโยชน์อย่างมาก เพราะสามารถแสดงจุดร้อนบนอุปกรณ์ที่ยังมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ จากข้อมูลล่าสุดของ ClickMaint ในปี 2023 บริษัทที่ทำการถ่ายภาพความร้อนทุกสามเดือนสามารถตรวจพบปัญหาที่เกี่ยวกับการเชื่อมต่อได้เร็วกว่าสถานที่ที่พึ่งพาแค่การมองด้วยตาเปล่าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ ยกตัวอย่างเหตุการณ์เมื่อปีที่แล้วที่สถานีไฟฟ้าย่อยแรงดัน 138 กิโลโวลต์ แห่งหนึ่ง พวกเขาพบขั้วต่อหลวมซึ่งอุณหภูมิสูงกว่าปกติถึง 25 องศาเซลเซียส สิ่งนี้ไม่มีใครสังเกตเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่การถ่ายภาพความร้อนสามารถตรวจจับได้ทันที จึงป้องกันความเสียหายร้ายแรงที่อาจเกิดขึ้นได้
แผนการบำรุงรักษาที่ดีจำเป็นต้องพิจารณาเงื่อนไขในท้องถิ่นเมื่อกำหนดตารางเวลา เช่น บริษัทไฟฟ้าตามแนวชายฝั่งมักทำความสะอาดบุชชิ่งปีละครั้งเพื่อป้องกันปัญหาที่เกิดจากคราบเกลือสะสม ในพื้นที่แห้งที่มีฝุ่นมาก ช่างเทคนิคมักจะเช็ดหม้อแปลงระบายความร้อนด้วยอากาศทุกเดือน เมื่อพูดถึงสวิตช์แยกวงจร การหล่อลื่นเครื่องก่อนที่จะเกิดปัญหาขึ้นสามารถยืดอายุการใช้งานได้ถึงสองหรือสามเท่า เมื่อเทียบกับการซ่อมแซมเฉพาะเมื่อเกิดขัดข้อง ตามรายงานของอุตสาหกรรม บริษัทสาธารณูปโภคแห่งหนึ่งในภาคกลางของสหรัฐฯ ก็ได้ผลลัพธ์ที่น่าประทับใจเช่นกัน โดยพวกเขาปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบได้เกือบ 90 เปอร์เซ็นต์ หลังจากเริ่มทำการตรวจสอบแรงบิดเป็นประจำทุกครึ่งปี ทดสอบฉนวนไฟฟ้าทุกห้าปี และเปลี่ยนมาใช้สารทำละลายชนิดพิเศษที่ได้มาตรฐาน Bushnell สำหรับอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบพอลิเมอร์
การพิจารณาบันทึกการตรวจสอบระยะยาวช่วยให้บริษัทสามารถวางแผนการบำรุงรักษาได้ก่อนที่ปัญหาจะเกิดขึ้น วิศวกรบางรายที่ทำงานให้กับบริษัทไฟฟ้าแห่งหนึ่งในภูมิภาคตะวันออกเฉียงเหนือของสหรัฐฯ ได้ตรวจสอบบันทึกการตรวจตราของพวกเขาย้อนหลังกว่าสิบปี และสังเกตเห็นสิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับเบรกเกอร์แบบเติมน้ำมัน ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้เริ่มสะสมก๊าซในระดับที่ตรวจพบได้เมื่อใกล้ถึงปีที่สิบสองของการใช้งาน ซึ่งหมายความว่าช่างเทคนิคสามารถทำการทดสอบพิเศษที่เรียกว่า Dissolved Gas Analysis ได้เร็วกว่าปกติ อาจเร็วกว่าเวลาที่อุปกรณ์มักจะเสียหายถึง 18 เดือน ระบบคอมพิวเตอร์สมัยใหม่สำหรับการจัดการการบำรุงรักษานั้นเชื่อมโยงสภาพการสึกหรอของอุปกรณ์เข้ากับสิ่งที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมรอบๆ ตัวอย่างเช่น สหกรณ์ไฟฟ้าแห่งหนึ่งในเท็กซัสสามารถลดการเปลี่ยน arrestor ฟ้าผ่าลงได้ประมาณหนึ่งในสี่ เพียงเพราะพวกเขาเริ่มจัดกำหนดการซ่อมแซมตามช่วงเวลาที่พายุเข้าพื้นที่ของตนจริงๆ แทนที่จะปฏิบัติตามตารางเวลาทั่วไป
การตรวจสอบหม้อแปลงอย่างสม่ำเสมอสามารถป้องกันความเสียหายร้ายแรงก่อนที่จะเกิดขึ้นได้ การวิเคราะห์ก๊าซที่ละลายช่วยตรวจจับปัญหาภายในอุปกรณ์ และการทดสอบอัตราส่วนหม้อแปลงทำให้มั่นใจได้ว่าขดลวดยังคงอยู่ในสภาพดี เมื่อความต้านทานของฉนวนยังคงสูงกว่า 1,000 เมกะโอห์ม ตามรายงานระบบไฟฟ้าเมื่อปีที่แล้ว หม้อแปลงควรจะสามารถรองรับภาระงานหนักได้โดยไม่มีปัญหา การพิจารณาตัวเลขจากรายงานความปลอดภัยทางไฟฟ้าแห่งชาติที่เผยแพร่ในปี 2023 ยังแสดงข้อมูลที่น่าสนใจอีกด้วย: สถานที่ที่ดำเนินการตรวจสอบตามกำหนดมีเวลาหยุดทำงานที่ไม่คาดคิดลดลงประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับสถานที่ที่ไม่ได้บำรุงรักษาเป็นประจำ
ก่อนที่เบรกเกอร์จะถูกนำไปใช้งาน จะต้องผ่านการตรวจสอบด้านกลไกและการทดสอบทางไฟฟ้า เพื่อให้สามารถตัดวงจรได้อย่างน่าเชื่อถือเมื่อเกิดข้อผิดพลาด การทดสอบเวลาเปิด-ปิดนั้นโดยพื้นฐานจะตรวจสอบว่า ขั้วสัมผัสแยกออกจากกันอย่างรวดเร็วเพียงพอในช่วงที่เกิดข้อผิดพลาดหรือไม่ โดยทั่วไปจะมองหาช่วงเวลาการแยกตัวที่ประมาณ 30 ถึง 50 มิลลิวินาที อีกการทดสอบหนึ่งที่สำคัญคือ การวัดค่าตกของมิลลิโวลต์ที่จุดต่างๆ ในระบบ เพื่อตรวจหาตำแหน่งที่อาจมีความต้านทานสูงเกินไปจนขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้า เมื่อดำเนินการทดสอบภายใต้ภาระงาน เจ้าหน้าที่มักใช้อุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อนเพื่อค้นหาจุดร้อนที่เกิดจากขั้วต่อหลวม ซึ่งปัญหาการเชื่อมต่อนี้เองที่จากการศึกษาล่าสุดที่ตีพิมพ์ในวารสาร Energy Infrastructure Journal เมื่อปีที่แล้ว ระบุว่าเป็นสาเหตุของความล้มเหลวของเบรกเกอร์ประมาณหนึ่งในสี่ทั้งหมด
เมื่ออุปกรณ์ใหม่เริ่มใช้งาน จะต้องผ่านขั้นตอนการตรวจสอบตามมาตรฐาน IEEE C37.09 ซึ่งรวมถึงการตรวจสอบว่าอุปกรณ์สามารถทนต่อแรงดันไฟฟ้าความถี่ปกติได้หรือไม่ และการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วน (partial discharge) สำหรับทรัพย์สินเก่าที่ใช้งานมานานแล้ว ปัจจุบันเราเห็นบริษัทต่างๆ เริ่มใช้แบบจำลองการทำนายมากขึ้น แบบจำลองเหล่านี้จะพิจารณาประวัติการตรวจสอบในอดีต และพยายามทำนายช่วงเวลาที่ฉนวนอาจเริ่มเสื่อมสภาพ บางหน่วยงานไฟฟ้าได้ผลลัพธ์ที่ค่อนข้างดีจากการใช้แนวโน้มการวิเคราะห์ก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำมัน (DGA) ร่วมกับข้อมูลเกี่ยวกับความถี่ในการโหลดและถอดโหลดหม้อแปลง ตามรายงานจาก Transmission & Distribution World เมื่อปีที่แล้ว แนวทางนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานของหม้อแปลงได้เพิ่มขึ้นอีก 8 ถึง 12 ปี และในแง่ของการเงิน บริษัทสามารถประหยัดได้ประมาณ 180,000 ดอลลาร์สหรัฐต่อหน่วยหม้อแปลงตลอดอายุการใช้งาน โดยไม่ต้องเปลี่ยนหม้อแปลงบ่อยครั้ง
สถานีไฟฟ้าย่อยใช้ระบบป้องกันหลายชั้นเพื่อป้องกันปัญหาทางไฟฟ้า เมื่อเกิดความผิดปกติ เบรกเกอร์จะทำงานทันทีเพื่อตัดกระแสไฟฟ้าที่เป็นอันตราย ก่อนที่จะก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรง สำหรับการพุ่งขึ้นของแรงดันไฟฟ้าอย่างฉับพลันในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง หรือเมื่ออุปกรณ์ถูกเปิดและปิด อุปกรณ์จับฟ้าผ่าจะเข้ามามีบทบาท โดยเบี่ยงเบนอนุภาคพลังงานส่วนเกินออกไป ระบบต่อศูนย์ดินก็ทำหน้าที่ของตนเองโดยการรักษาระดับแรงดันให้มีเสถียรภาพ และทำให้มั่นใจว่าพลังงานจากข้อผิดพลาดใดๆ จะถูกนำส่งไปยังพื้นดินอย่างปลอดภัย ตามการวิจัยที่เผยแพร่เมื่อปีที่แล้วในรายงาน Grid Resiliency Study การมีระบบป้องกันสำรองเหล่านี้สามารถลดระยะเวลาของการหยุดจ่ายไฟได้ประมาณสองในสาม เพราะระบบจะป้องกันไม่ให้ปัญหาเล็กๆ พัฒนาไปสู่ภาวะไฟฟ้าดับวงกว้างทั่วทั้งพื้นที่
รีเลย์ป้องกันทำหน้าที่ตรวจสอบระดับกระแสไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงความถี่ เพื่อตรวจจับตำแหน่งที่เกิดปัญหาในระบบ เมื่อเกิดความผิดปกติ รีเลย์เหล่านี้จะทำงานร่วมกันแบบปฏิกิริยาลูกโซ่ โดยให้แน่ใจว่ามีเพียงรีเลย์ตัวเดียวที่อยู่เหนือจุดขัดข้องซึ่งจะตัดกระแสไฟฟ้า ในขณะที่ยังคงให้กระแสไฟฟ้ายังคงไหลต่อไปในส่วนอื่นๆ ยกตัวอย่างเช่นหม้อแปลงไฟฟ้า หากเกิดปัญหาที่หม้อแปลงตัวใดตัวหนึ่ง รีเลย์เฉพาะตัวของหม้อแปลงนั้นจะทำงานแทนที่จะตัดไฟทั้งสาย อย่างไรก็ตาม การตั้งค่านี้ต้องใช้ความระมัดระวัง โดยต้องปรับแต่งเส้นโค้งเวลา-กระแส (time-current curves) ให้เหมาะสม นอกจากนี้ช่างเทคนิคยังจำเป็นต้องตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอ เนื่องจากระบบโครงข่ายไฟฟ้าอาจเปลี่ยนแปลงไปเมื่อมีการเพิ่มอุปกรณ์ใหม่หรือเปลี่ยนอุปกรณ์เดิม
แม้ว่าระบบอัตโนมัติจะให้การตอบสนองอย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังมีบางช่วงเวลาที่จำเป็นต้องควบคุมด้วยตนเอง โดยเฉพาะในสถานการณ์ซับซ้อน เช่น การไหลกลับของไฟฟ้าหลังพายุรุนแรง หรือเมื่อมีการจ่ายไฟฟ้าคืนเป็นขั้นตอน บุคคลที่เข้าใจมาตรฐาน NERC เป็นอย่างดีมีบทบาทสำคัญตรงจุดนี้ เพราะบางครั้งสามัญสำนึกอาจเหนือกว่าสิ่งที่ระบบคิดว่าควรทำ บุคลากรที่ปฏิบัติงานเหล่านี้ยังได้รับการฝึกฝนอย่างสม่ำเสมอ โดยพวกเขาจะจำลองสถานการณ์ที่เกิดความผิดปกติในโครงข่ายไฟฟ้า เช่น เมื่อเบิร์สเสียหาย หรือหม้อแปลงระเบิด แบบฝึกหัดเหล่านี้ช่วยให้ทุกคนมีความพร้อมและไม่ตื่นตระหนกเมื่อเกิดเหตุการณ์จริงกับเครือข่ายไฟฟ้า
สถานีไฟฟ้ายุคใหม่พึ่งพาการควบคุมดูแลและระบบตรวจสอบข้อมูล (SCADA) รวมกับเครือข่าย IoT เพื่อการตรวจสอบการดำเนินงานอย่างต่อเนื่อง ระบบเหล่านี้ให้มุมมองแบบเรียลไทม์เกี่ยวกับอุณหภูมิของหม้อแปลง สถานะของเบรกเกอร์ และความผันผวนของแรงดัน ซึ่งช่วยให้สามารถดำเนินการจากระยะไกลเพื่อป้องกันความล้มเหลวที่อาจลุกลามได้
อุปกรณ์ขอบ IoT เช่น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิ กล้องอินฟราเรด และเครื่องวิเคราะห์คุณภาพไฟฟ้า ส่งข้อมูลแบบเรียลไทม์ไปยังแพลตฟอร์ม SCADA แบบรวมศูนย์ โดยใช้โปรโตคอลมาตรฐานเช่น IEC 61850 การศึกษาด้านการเชื่อมต่ออุตสาหกรรมแสดงให้เห็นว่าการผสานรวมนี้ช่วยลดเวลาในการตรวจจับข้อผิดพลาดลง 34% เมื่อเทียบกับวิธีการตรวจสอบรุ่นเก่า
เครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูงประมวลผลข้อมูลจากอุปกรณ์ IoT แบบเรียลไทม์และข้อมูลประสิทธิภาพในอดีต เพื่อทำนายการเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ โมเดลการเรียนรู้ของเครื่องที่ได้รับการฝึกด้วยข้อมูลกรณีความล้มเหลวของสถานีไฟฟ้าย่อยมากกว่า 120,000 กรณี สามารถคาดการณ์การชำรุดของฉนวนหม้อแปลงล่วงหน้า 6–8 เดือน ด้วยความแม่นยำ 92% (รายงานความน่าเชื่อถือของระบบกริด ค.ศ. 2024) ซึ่งช่วยให้สามารถวางแผนการเปลี่ยนอุปกรณ์ในช่วงเวลาที่ความต้องการใช้ไฟฟ้าน้อยที่สุด
ระบบ SCADA จัดลำดับความสำคัญของสัญญาณเตือนโดยใช้เมทริกซ์ตามระดับความรุนแรง เพื่อแยกแยะเหตุการณ์วิกฤต เช่น การล้มเหลวของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า ออกจากข้อความแจ้งเตือนทั่วไป การบันทึกเหตุการณ์โดยอัตโนมัติจะเก็บข้อมูลเวลา สถานะของอุปกรณ์ และสภาพแวดล้อมขณะเกิดความผิดปกติ ทำให้วิศวกรสามารถสร้างลำดับเหตุการณ์ขัดข้องใหม่ได้เร็วกว่าวิธีการด้วยมือถึง 67%
ความต้องการไฟฟ้าเชิงพาณิชย์คาดว่าจะเติบโตขึ้นประมาณ 4.7 เปอร์เซ็นต์ต่อปี ตามรายงานของสำนักข้อมูลด้านพลังงาน
เทคโนโลยีแบบโมดูลาร์ช่วยให้หน่วยงานที่ดูแลระบบไฟฟ้าสามารถนำโซลูชันที่สามารถขยายขนาดได้มาใช้งานผ่านการยอมรับในแต่ละระยะ ซึ่งสอดคล้องกับระบบนิเวศของกริดอัจฉริยะและแผนงานการดำเนินงานอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจถึงความสามารถในการทำงานร่วมกันในระยะยาว
การตรวจสอบและการบำรุงรักษาเป็นประจำช่วยในการตรวจจับข้อผิดพลาดแต่เนิ่นๆ และลดการหยุดทำงานที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศอย่างมีนัยสำคัญ ช่วยให้มั่นใจถึงความสอดคล้องกับมาตรฐานความปลอดภัย และเพิ่มความน่าเชื่อถือโดยรวมของระบบ
ระบบ SCADA และ IoT ให้การควบคุมดูแลการดำเนินงานแบบเรียลไทม์ ทำให้สามารถตอบสนองต่อความผิดปกติได้อย่างทันท่วงที โดยลดระยะเวลาการตรวจจับข้อผิดพลาดลง 34% เมื่อเทียบกับระบบเดิม
การวิเคราะห์เชิงคาดการณ์ช่วยพยากรณ์การเสื่อมสภาพของอุปกรณ์ ทำให้สามารถวางแผนการบำรุงรักษาอย่างทันท่วงที ส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ยืดยาวขึ้นและลดค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนอุปกรณ์
ข่าวเด่น2025-02-27
2025-02-27
2025-02-27
2024-12-12
2024-09-26
2024-09-05