ความเสียหายของ AVR จากปรากฏการณ์ Remote Earth Voltage ในระบบไฟฟ้า 115 kV

กรณีศึกษาความผิดปกติของระบบไฟฟ้า

ระบบไฟฟ้าแรงดันสูงจำเป็นต้องมีระบบสายดิน (Grounding System) ที่เหมาะสม เพื่อป้องกันความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าและเพิ่มความปลอดภัยในการใช้งาน

อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างระบบสายดินที่เชื่อมต่อถึงกัน อาจทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์ หรือ Remote Earth Voltage ซึ่งส่งผลกระทบต่อ AVR และอุปกรณ์ควบคุมภายในระบบไฟฟ้าได้

กรณีศึกษานี้เกิดขึ้นที่โรงงาน เมื่อวันที่ 12 เมษายน 2565 ในช่วงเช้ามืด ได้เกิดเหตุเพลิงไหม้บริเวณเสาไฟฟ้าภายนอกโรงงาน และเกิดความผิดปกติ (Fault) ในระบบไฟฟ้าแรงดัน 115 kV ส่งผลให้ระบบไฟฟ้าภายในห้องไฟฟ้าของโรงงานเกิดความผิดปกติตามมา โดยพบว่า MCCB ของ 115 kV Air-Break Switch เกิดการ Trip โดยไม่ทราบสาเหตุ

นอกจากนี้ ยังพบสัญญาณแจ้งเตือน (Alarm) ที่ตู้ควบคุม PO2 และ PO3 ได้แก่ SEPAM T87 Relay Failure, DC Supply MCB Trip Alarm และ DC Charger Common Alarm ซึ่งแสดงให้เห็นว่าความผิดปกติดังกล่าวส่งผลกระทบต่อระบบควบคุมและระบบจ่ายไฟ DC ภายในสถานีไฟฟ้า

ภาพแสดง MCCB 115KV AIR-BREAK SWITCH Trip โดยไม่ทราบสาเหตุ

รายการ Alarm ที่เกิดขึ้นในตู้ควบคุม PO2 และ PO3

ต่อมาในเวลาประมาณ 15.00 น. SIMES ได้เข้าตรวจสอบความเสียหาย พบความผิดปกติที่สำคัญ 3 จุด ได้แก่ สายไฟ Control Solenoid Coil ภายในตู้ Air-Break Switch เกิดรอยไหม้จาก Flash Over จนสาย DC Control Solenoid Coil Interlock ขาดออกจากกัน, MCCB DC Supply ที่ตู้ 115 kV Control Panel (PO2, PO3) เกิดการ Trip และพบรอยไหม้บริเวณ Varistor รวมถึงแผงวงจรภายใน AVR ของตู้ควบคุมดังกล่าว

จากการตรวจสอบพบว่าความเสียหายทั้งหมดเกี่ยวข้องกับระบบไฟ DC จึงได้ทำการสำรวจบริเวณภายนอก Substation 115 kV เพิ่มเติม และพบว่า Overhead Ground Wire บริเวณเสา 115 kV Air-Break Switch Pole ไม่มีการติดตั้งลูกถ้วยฉนวน (Insulator) เพื่อแยกทางไฟฟ้าออกจากระบบสายดินของการไฟฟ้า

ภาพแสดงความเสียหายของ Control Solenoid Coil, MCCB DC Supply และ Varistor ภายใน AVR

จากข้อสังเกตดังกล่าว จึงตั้งสมมติฐานว่าอาจเกิดปรากฏการณ์ Remote Earth Voltage โดยมีแรงดันไฟฟ้าจากระบบสายดินภายนอกโรงงานส่งผ่านเข้ามาทาง Overhead Ground Wire และส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าภายในโรงงาน STEC

เพื่อพิสูจน์สมมติฐานนี้ SIMES จึงได้ติดตั้งเครื่องมือวัดและบันทึกค่าทางไฟฟ้าเมื่อวันที่ 23 พฤษภาคม 2565 โดยกำหนดจุดวัดทั้งหมด 4 ช่องสัญญาณ เพื่อเปรียบเทียบแรงดันไฟฟ้าระหว่างระบบ DC และระบบ Ground ได้แก่ CH1 วัดแรงดัน DC ขั้วบวกเทียบกับ Ground E1, CH2 วัดแรงดัน DC ขั้วลบเทียบกับ Ground E1, CH3 วัดแรงดันระหว่าง Ground E2 กับ Ground E1 และ CH4 วัดแรงดันระหว่าง DC ขั้วบวกกับขั้วลบ

ภาพแสดงวงจรและตำแหน่งการติดตั้งเครื่องมือวัดแรงดันไฟฟ้า

จากการวัดในช่วงแรก พบว่าแรงดัน DC ขั้วบวกมีค่าสูงกว่าแรงดัน DC ขั้วลบเล็กน้อยเมื่อเทียบกับ Ground E1 โดยสัญญาณแรงดันที่ตรวจวัดได้ยังคงมีลักษณะเป็น DC Voltage ตามปกติ และยังไม่พบความผิดปกติที่บ่งชี้ถึงการเกิด Remote Earth Voltage ในช่วงเวลานั้น

ภาพแสดงผลการวัดแรงดันไฟฟ้าในสภาวะปกติ

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปรากฏการณ์ Remote Earth Voltage ไม่ได้เกิดขึ้นตลอดเวลา ทีมงานจึงจำเป็นต้องใช้เครื่องมือบันทึกค่าทางไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง เพื่อเฝ้าติดตามความผิดปกติที่อาจเกิดขึ้นในภายหลัง

จนกระทั่งวันที่ 6 มิถุนายน 2565 เวลา 21.25 น. เครื่องมือวัดสามารถบันทึกความผิดปกติของแรงดันไฟฟ้าได้ โดยพบสัญญาณ AC Voltage เข้ามาในระบบที่ช่อง CH1, CH2 และ CH3 ซึ่งเป็นช่องวัดแรงดันไฟฟ้าเทียบกับ Ground ขณะที่ CH4 ซึ่งวัดแรงดันระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของระบบ DC ยังคงมีค่าประมาณ 115.5–115.7 V

ผลการตรวจวัดพบว่าแรงดันที่ช่อง CH1 มีค่าสูงสุด 250.1 V และต่ำสุด -114.7 V ส่วนช่อง CH2 มีค่าสูงสุด 134.7 V และต่ำสุด -230.1 V โดยสัญญาณ AC ที่เกิดขึ้นมีลักษณะซ้อนทับ (Offset) อยู่บนแรงดัน DC เดิม ทำให้แรงดันที่วัดได้มีความผันผวนสูงผิดปกติ

เมื่อพิจารณาค่าแรงดันที่ช่อง CH1 พบว่ามีแรงดันยอดบวก (Vpeak+) เท่ากับ 250.1 V และแรงดันยอดลบ (Vpeak-) เท่ากับ 114.7 V ส่งผลให้มีค่าแรงดันจากยอดถึงยอด (Peak-to-Peak Voltage: Vp-p) สูงถึง 364.8 V ซึ่งเป็นแรงดันผิดปกติที่อาจส่งผลกระทบต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่ออกแบบมาให้ทำงานด้วยระบบ DC Voltage เช่น AVR และอุปกรณ์ควบคุมอื่น ๆ

ปรากฏการณ์ที่ตรวจพบนี้เรียกว่า Remote Earth Voltage ซึ่งเป็นภาวะที่เกิดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างระบบสายดิน ทำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าที่ไม่พึงประสงค์เข้ามาในระบบ และอาจทำให้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออยู่เกิดความเสียหายได้

ภาพแสดง Waveform และผลการตรวจวัดแรงดันไฟฟ้าที่พบความผิดปกติของ Remote Earth Voltage

จากผลการตรวจวัดและวิเคราะห์สาเหตุ แนวทางการแก้ไขที่เสนอคือ การติดตั้ง High Voltage Insulators บริเวณ Overhead Ground Wire at Air-Break Switch Pole เพื่อแยกระบบ Ground ของโรงงานออกจากระบบ Ground ของการไฟฟ้า ลดโอกาสที่แรงดันจากภายนอกจะส่งผ่านเข้ามายังระบบไฟฟ้าภายในโรงงาน และช่วยป้องกันความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ควบคุมและอุปกรณ์ไฟฟ้าในระบบ กรณีศึกษานี้แสดงให้เห็นว่า ความผิดปกติของระบบสายดินภายนอกอาจส่งผลกระทบต่อระบบไฟฟ้าภายในโรงงานได้ แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับอุปกรณ์จะยังคงมีค่าตามปกติก็ตาม ดังนั้น การออกแบบ การติดตั้ง และการตรวจสอบระบบสายดินจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ไม่ควรมองข้าม โดยเฉพาะในระบบไฟฟ้าแรงดันสูงที่มีการเชื่อมต่อระบบ Ground จากหลายแหล่งเข้าด้วยกัน

ภาพแสดงตำแหน่งที่เสนอให้ติดตั้ง High Voltage Insulators และตัวอย่างลูกถ้วยฉนวน

ศึกษาเอกสารเพิ่มเติมได้ที่นี่
https://drive.google.com/file/d/15RJuzTVWxgi0VjquXTkrogZOUuS8YrvU/view?usp=sharing

กลับหน้าหลัก