นอกจากนี้ ยังมีสภาวะการทำงานที่ผิดปกติหลายประการของหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งส่วนใหญ่ได้แก่ ระดับน้ำมันต่ำ อุณหภูมิหรือความดันน้ำมันสูง แรงดันจุดกลางของหม้อแปลงสูงเกินพิกัด การโอเวอร์โหลด กระแสเกิน การกระตุ้นมากเกินไป เป็นต้น

เพื่อตรวจสอบความผิดพลาดหรือสภาวะการทำงานที่ผิดปกติต่างๆ เราได้ติดตั้งระบบป้องกันหลายแบบ ซึ่งแบ่งออกเป็นระบบป้องกันหลักและระบบป้องกันสำรอง โดยระบบป้องกันหลักมีลักษณะการทำงานที่รวดเร็ว
ส่วนที่ 2: การป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียล
ระบบป้องกันความแตกต่างตามแนวยาวเป็นหนึ่งในระบบป้องกันหลักของหม้อแปลงไฟฟ้า และระบบป้องกันจะทำงานทันทีเพื่อตัดสวิตช์ที่แต่ละด้าน พื้นที่ป้องกันคือส่วนระหว่างหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าที่แต่ละด้านของระบบป้องกันความแตกต่าง รวมถึงตัวหม้อแปลงและสายนำไฟฟ้าระหว่างหม้อแปลงกระแสไฟฟ้าและหม้อแปลง ในปี 2560 อุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าที่ด้าน 35kV ของหม้อแปลงหลักหมายเลข 2 ของสถานีไฟฟ้าย่อย 220kV เกิดการวาบไฟเฟส AB และตัวถังของอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าเสียหายจากการปล่อยประจุ เนื่องจากอุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่า 35kV ตั้งอยู่ระหว่างหม้อแปลงรีโอโลยีและหม้อแปลงหลักที่ด้านแรงดันต่ำของหม้อแปลงหลัก จึงอยู่ในระยะการป้องกันของความแตกต่างตามแนวยาว ระบบป้องกันหม้อแปลงหลักทั้งสองชุดทำงานอย่างถูกต้อง และสามารถแยกจุดบกพร่องได้
01
หลักการทำงานพื้นฐานของการป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียล
ระบบป้องกันกระแสเกินตามแนวยาวของหม้อแปลงไฟฟ้าที่มีอยู่เดิมนั้นใช้ไมโครคอมพิวเตอร์ในการควบคุม โดยกระแสของแต่ละเฟสจะเข้าสู่ตัวป้องกันแยกกัน และการป้องกันกระแสเกินตามแนวยาวจะดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์อัลกอริธึม เราจะยกตัวอย่างเฟสหนึ่งเพื่ออธิบายหลักการพื้นฐานของการป้องกันกระแสเกินตามแนวยาว
กระแสไฟฟ้าส่วนต่างที่อุปกรณ์ป้องกัน "รับรู้" นั้นเป็นผลรวมเวกเตอร์ของกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิของขดลวดทั้งสอง ดังแสดงในรูปที่ 1 เมื่อระบบทำงานตามปกติหรือเกิดการลัดวงจรภายนอก กระแสไฟฟ้าทุติยภูมิของขดลวดทั้งสองจะมีขนาดเท่ากันและมีขั้วตรงข้ามกัน และกระแสไฟฟ้าส่วนต่างจะเป็น 0 และอุปกรณ์ป้องกันจะไม่ทำงานในขณะนี้ ดังแสดงในรูปที่ 2 เมื่อเกิดการลัดวงจรลงดินภายในช่วงการป้องกัน กระแสไฟฟ้าทุติยภูมิจะมีขนาดและขั้วเท่ากัน และกระแสไฟฟ้าส่วนต่างจะเป็นผลรวมของกระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ เมื่อถึงค่าเริ่มต้นของกระแสไฟฟ้าส่วนต่าง อุปกรณ์ป้องกันจะทำงาน


โดยอาศัยวิธีการเชื่อมต่อขดลวดทุติยภูมิทางรีโอโลยีข้างต้น การป้องกันความแตกต่างตามแนวยาวจะเพิ่มการปรับเฟส การกำจัดกระแสลำดับศูนย์ และการแปลงแอมพลิจูดให้กับเวกเตอร์กระแสในด้านต่างๆ เพื่อสร้างวิธีการคำนวณกระแสความแตกต่าง จากนั้นจึงนำเส้นโค้งลักษณะการเบรกตามอัตราส่วนมาใช้ เพื่อสร้างตรรกะพื้นฐานของการป้องกัน
ยกตัวอย่างเช่น การต่อสาย YN-d11 แผนภาพการต่อสายและแผนภาพเฟสเซอร์กระแสแสดงอยู่ในรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่า เนื่องจากมีความแตกต่างของมุม 30° ระหว่างเฟสเซอร์ด้านสูงและด้านต่ำ ผลรวมเวกเตอร์ของกระแสทั้งสองจึงไม่เป็น 0 ในระหว่างการทำงานปกติ และจำเป็นต้องแปลงเฟสก่อน หลังจากแปลงแล้ว ด้านสูงและด้านต่ำของเฟสเดียวกันจะมีเฟสเดียวกัน

การแปลงเฟสมีสองวิธี วิธีแรกใช้ด้าน Y เพื่อให้เฟสกระแสไฟฟ้าด้าน d สอดคล้องกับเฟสกระแสไฟฟ้าด้าน Y เรียกว่า "แองเกิลสตาร์" อุปกรณ์ป้องกันแบบแองเกิลสตาร์ที่พบได้บ่อยที่สุดคือ Narui Jibao RCS-978 เป็นต้น สูตรการแปลงคือ:

อีกวิธีหนึ่งใช้พื้นฐานจากด้าน d โดยที่เฟสปัจจุบันของด้าน Y สอดคล้องกับเฟสของด้าน d ซึ่งเรียกว่า "มุมการหมุนแบบดาว" อุปกรณ์ป้องกันส่วนใหญ่ในปัจจุบันใช้วิธีมุมการหมุนแบบดาว และสูตรการแปลงคือ:

จุดประสงค์ของการกำจัดกระแสลำดับศูนย์คือเพื่อป้องกันการทำงานผิดพลาดของการป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลตามแนวยาว สำหรับการต่อสายแบบ YN-d เมื่อเกิดการลัดวงจรลงดินภายนอกด้านแรงดันสูง กระแสลำดับศูนย์จะไหลทางด้าน Y แรงดันสูง แต่ไม่มีกระแสลำดับศูนย์ทางด้าน d แรงดันต่ำ และกระแสลำดับศูนย์ทั้งสองด้านไม่สามารถสมดุลกันได้ ดังนั้นการป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลจึงทำงานผิดพลาด ในโหมดการแปลง "มุมการหมุนแบบดาว" ความแตกต่างระหว่างกระแสทั้งสองหลังจากเฟสชิฟต์ทางด้าน Y ได้กรองกระแสศูนย์ออกไปแล้ว ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องดำเนินการใดๆ ในโหมดการแปลง "มุมเป็นดาว" การชดเชยกระแสลำดับศูนย์จะดำเนินการกับเวกเตอร์กระแสทางด้าน Y และสูตรการชดเชยคือ:

เนื่องจากความแตกต่างของอัตราส่วนการแปลงของหม้อแปลงและอัตราส่วนการแปลงทางรีโอโลยีของแต่ละด้าน แอมพลิจูดรองของกระแสไฟฟ้าส่วนต่างในแต่ละด้านของหม้อแปลงจึงไม่สามารถเท่ากันได้ทั้งในระหว่างการทำงานปกติหรือความผิดปกติภายนอก ในขณะนี้ จำเป็นต้องทำการแปลงแอมพลิจูด โดยใช้ค่ากระแสไฟฟ้าด้านหนึ่งเป็นค่าอ้างอิง คำนวณค่าสัมประสิทธิ์สมดุลอีกด้านหนึ่งตามแรงดันไฟฟ้าทั้งสองด้านและอัตราส่วนทางรีโอโลยี แล้วคูณกระแสไฟฟ้าอีกด้านหนึ่งด้วยค่าสัมประสิทธิ์สมดุล เพื่อให้การคำนวณภายในของอุปกรณ์พบว่ากระแสไฟฟ้าส่วนต่างเป็น 0
เพื่อปรับปรุงความไวในการตอบสนองในกรณีเกิดความผิดปกติภายในและหลีกเลี่ยงกระแสไม่สมดุลจากความผิดปกติภายนอกได้อย่างน่าเชื่อถือ ระบบป้องกันกระแสแตกต่างตามแนวยาวจึงใช้ส่วนประกอบกระแสแตกต่างที่มีเส้นโค้งลักษณะการเบรกแบบอัตราส่วน โดยแกนตั้งของเส้นโค้งการเบรกแบบอัตราส่วนคือกระแสแตกต่าง แกนนอนคือกระแสเบรก ส่วนบนของเส้นโค้งคือพื้นที่การทำงาน และส่วนล่างคือพื้นที่การเบรก เส้นโค้งลักษณะเฉพาะที่มีอยู่แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ แบบเส้นประสองส่วนและแบบเส้นประสามส่วน
เส้นโค้งอัตราส่วนการเบรกแบบเส้นประสองช่วงแสดงอยู่ในรูปด้านซ้ายของรูปที่ 4 เส้นโค้งนี้อาจเป็นแบบ ABC ที่ผ่านจุดกำเนิด หรือแบบ ABD ที่ไม่ผ่านจุดกำเนิด อุปกรณ์ส่วนใหญ่เป็นแบบ ABC

เส้นโค้งอัตราส่วนการเบรกแบบเส้นประสามส่วนแสดงอยู่ในรูปด้านขวาของรูปที่ 4 ซึ่งสามารถแบ่งย่อยได้เป็นสองประเภท คือ ประเภทหนึ่งคือเส้นแนวนอนสำหรับส่วน AB และอีกประเภทหนึ่งคือเส้นเฉียงสำหรับส่วน AB อุปกรณ์ที่มีเส้นแนวนอนในส่วน AB ได้แก่ Guodian Nanzi PST-1200U, ABB's RET-316, Xuji WBH-801 และ SEL-387 และอุปกรณ์ที่มีเส้นเฉียงในส่วน AB ได้แก่ Sifang CSC-326, Shenrui PRS-778 และ South Swiss RCS-978
02
วิธีตรวจสอบระบบป้องกันเฟืองท้าย
การตรวจสอบการป้องกันความแตกต่างตามแนวยาวจะดำเนินการตามเส้นโค้งลักษณะการเบรกตามอัตราส่วน โดยการป้องกันจะทำงานเมื่ออยู่เหนือเส้นโค้ง และการป้องกันจะไม่ทำงานเมื่ออยู่ใต้เส้นโค้ง:
1) เลือกจุด เลือก 3-5 จุดสำหรับการตรวจสอบการป้องกันความแตกต่างตามแนวยาว จุดแรกเลือกบนแกนตั้งของรูปที่ 4 เพื่อตรวจสอบกระแสการทำงานขั้นต่ำ Iop.min จุดที่สองและสามเลือกบนจุดเปลี่ยนความชันเพื่อตรวจสอบกระแสจุดเปลี่ยนความชัน Ires นอกจากนี้ ให้เลือกจุดบนแต่ละความชันเพื่อตรวจสอบความชัน
2) คำนวณค่า คำนวณค่ากระแสเริ่มต้น ค่าสัมประสิทธิ์สมดุล และสมดุลของแต่ละด้านของหม้อแปลง จากนั้นคำนวณขนาดกระแสและมุมเฟสของแต่ละด้าน ณ จุดตรวจสอบแต่ละจุด ตามเส้นโค้งอัตราส่วนการเบรกของอุปกรณ์
3) ตรวจสอบเส้นโค้ง ใช้ระเบียบวิธีตัวแปรคงที่เพื่อกำหนดกระแสไฟฟ้าหนึ่งค่าในจุดตรวจสอบ และเปลี่ยนขนาดของกระแสไฟฟ้าอีกค่าหนึ่ง เพื่อเลื่อนจุดตรวจสอบขึ้นและลงไปยังพื้นที่การทำงานและพื้นที่เบรก เพื่อตรวจสอบว่าอุปกรณ์ป้องกันทำงานอย่างถูกต้องหรือไม่
03
ส่วนประกอบเสริมสำหรับระบบป้องกันความแตกต่าง
เพื่อให้ระบบป้องกันความแตกต่างมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น ตรรกะการป้องกันจึงประกอบด้วยส่วนประกอบต่างๆ เช่น การสตาร์ท การตัดวงจรอย่างรวดเร็ว และการล็อก:
1) องค์ประกอบเริ่มต้น: ตัวแปรเริ่มต้นประกอบด้วยค่าสูงสุดของกระแสไฟฟ้าต่างเฟสสามเฟส ปริมาณการเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้า เป็นต้น เมื่อตัวแปรเริ่มต้นมีค่ามากกว่าค่าเริ่มต้นใดๆ อุปกรณ์ป้องกันจะเปิดการป้องกันแบบต่างเฟส
2) ส่วนประกอบตัดวงจรเร็วแบบดิฟเฟอเรนเชียล: ที่ระดับกระแสลัดวงจรสูง เนื่องจากหม้อแปลงกระแสอิ่มตัว ฮาร์โมนิกที่สองจะสร้างแรงบิดเบรกมหาศาล และส่วนประกอบดิฟเฟอเรนเชียลจะไม่เคลื่อนที่ เพื่อหลีกเลี่ยงการปฏิเสธการป้องกัน จึงมีการติดตั้งส่วนประกอบตัดวงจรเร็วแบบดิฟเฟอเรนเชียลไว้ในอุปกรณ์ เมื่อกระแสลัดวงจรถึง 4-10 เท่าของกระแสพิกัด ส่วนประกอบตัดวงจรเร็วจะเคลื่อนที่ไปยังทางออกอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ เพื่อป้องกันการทำงานผิดพลาดของการป้องกันเนื่องจากลักษณะชั่วคราวที่ไม่สอดคล้องกันของหม้อแปลงกระแสในแต่ละด้านเมื่อมีกระแสลัดวงจรขนาดใหญ่ ลักษณะที่เกี่ยวข้องของหม้อแปลงกระแสในแต่ละด้านของการป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลของอุปกรณ์หลักรวมถึงหม้อแปลงควรมีความสอดคล้องกัน (มาตรการแก้ไขสิบแปดประการ 15.1.10) ด้านแรงดันสูงของหม้อแปลงหลักหมายเลข 2 ของสถานีไฟฟ้าย่อยเชื่อมต่อกับสายไฟชุดที่สองของสายไฟ 2/3 และสายไฟชุดนี้เชื่อมต่อกับสายเชื่อมต่ออีกเส้นหนึ่ง ในปี 2017 เกิดการลัดวงจรลงดินแบบเฟสเดียวที่เฟส B ของสวิตช์ในสายส่ง และระบบป้องกันกระแสแตกต่างสองชุดสำหรับตัวหม้อแปลงหลักทำงาน โดยส่วนประกอบตัดวงจรเร็วจะทำงานเพื่อตัดสวิตช์ที่แต่ละด้านของหม้อแปลงหลัก ระบบป้องกันกระแสแตกต่างแบบแยกเฟสที่ทั้งสองด้านของสายส่งจะตัดเฟส B ของสวิตช์ด้านที่เกี่ยวข้อง จากนั้นการต่อวงจรแบบเฟสเดียวก็สำเร็จ
3) ส่วนประกอบป้องกันกระแสกระชาก: เมื่อหม้อแปลงตกกระแทกและวงจรลัดวงจรภายนอกบริเวณหม้อแปลงถูกตัดขาด กระแสกระชากขนาดใหญ่จะเกิดขึ้น เพื่อป้องกันไม่ให้กระแสส่วนต่างที่เกิดจากกระแสกระชากนี้ทำให้เครื่องทำงานผิดปกติ จึงมีการติดตั้งส่วนประกอบป้องกันกระแสกระชากสำหรับการป้องกันความแตกต่างตามแนวยาว โดยใช้การบิดเบือนของรูปคลื่น (รูปคลื่นกระแสส่วนต่างที่ไม่ต่อเนื่องหรือไม่สมมาตร) การระบุส่วนประกอบฮาร์มอนิก (ปริมาณฮาร์มอนิกที่สองหรือสาม) และการระบุแบบฟัซซีของกระแสกระชาก อย่างไรก็ตาม เมื่อหม้อแปลงตกกระแทกจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตกกระแทกครั้งแรก การป้องกันความแตกต่างจะยังคงทำงานผิดปกติเนื่องจากการล้างสนามแม่เหล็กของตัวเครื่องหลักไม่เพียงพอ และปริมาณฮาร์มอนิกของกระแสส่วนต่างที่ตกกระแทกอาจต่ำกว่าเกณฑ์การป้องกันส่วนประกอบฮาร์มอนิก เพื่อขจัดอิทธิพลของสนามแม่เหล็กตกค้างต่อการชาร์จหม้อแปลงไฟฟ้าแบบไม่มีโหลดอย่างสิ้นเชิง เราสามารถใช้มาตรการลดสนามแม่เหล็กและทำการชาร์จแบบไม่มีโหลดอีกครั้ง หรือลดเกณฑ์การบล็อกฮาร์มอนิกที่สองลงชั่วคราวเพื่อให้มั่นใจว่าหม้อแปลงหลักทำงานได้ตามปกติ
4) ส่วนประกอบการตัดการเชื่อมต่อ CT: เมื่อเฟสรองของ CT ถูกตัดการเชื่อมต่อ กระแสส่วนต่างจะเป็นกระแสโหลดของเฟสที่ถูกตัดการเชื่อมต่อ และระบบป้องกันอาจทำงานผิดปกติ ในขณะนี้ กระแสลำดับศูนย์ การเปลี่ยนแปลงของกระแสเฟส การลดลงอย่างกะทันหันผิดปกติของแรงดันเฟส ฯลฯ สามารถใช้ในการตรวจสอบการตัดการเชื่อมต่อของ CT ได้
5) ส่วนประกอบป้องกันการอิ่มตัวของ CT: เมื่อเกิดความผิดปกติภายนอก การอิ่มตัวของ CT จะทำให้ระบบป้องกันกระแสแตกต่างทำงานผิดปกติ ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันจึงติดตั้งส่วนประกอบตรวจจับการป้องกันการอิ่มตัวของ CT เมื่อ CT อิ่มตัว กระแสแตกต่างจะเกิดขึ้นหลังจากที่ CT อิ่มตัวเป็นระยะเวลาหนึ่ง ดังนั้นอุปกรณ์จะใช้ความสอดคล้องของเวลาของกระแสเบรกและกระแสแตกต่างเพื่อตัดสินว่า CT อิ่มตัวหรือไม่ นอกจากนี้ เพื่อลดผลกระทบของการอิ่มตัวของ CT ต่อระบบป้องกันกระแสแตกต่างตามแนวยาวของหม้อแปลง หม้อแปลงกระแสจึงมีค่าตัวประกอบจำกัด (ALF) ที่แม่นยำและแรงดันจุดเปลี่ยนผันที่กำหนดสูงกว่า (มาตรการแก้ไขข้อ 15.1.12)
ส่วนที่ 3: บทนำเกี่ยวกับระบบป้องกันความแตกต่างแบบอื่นๆ
1.
ระบบป้องกันเฟืองท้ายแบบแยกส่วน
ระบบป้องกันกระแสเกินแบบแยกข้าง (Split-side differential protection) เป็นระบบป้องกันกระแสเกินที่ใช้ขดลวดด้าน Y ของหม้อแปลงเป็นเป้าหมายในการป้องกัน โดยประกอบด้วย CT ตัวแรกและตัวสุดท้ายของขดลวดแต่ละด้านตามเฟส ยกตัวอย่างเช่น เฟส A ที่มีการต่อตัวเองในรูปที่ 5 ระบบป้องกันจะประกอบด้วย TA1A, TA2a' และ TA3A ตามกฎกระแสของ Kirchhoff จะไม่มีความสัมพันธ์การต่อกันทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างกระแสที่ปลายทั้งสองข้าง ดังนั้นระบบป้องกันนี้จึงไม่จำเป็นต้องใช้ตัวบล็อกกระแสกระชาก ตัวบล็อกการทำงานแบบดีกรีดิฟเฟอเรนเชียล และตัวบล็อกการกระตุ้นเกิน นอกจากนี้ ค่ากระแสใช้งานคงที่ของระบบป้องกันกระแสเกินแบบแยกข้างยังต่ำกว่า และมีความไวสูงกว่าระบบป้องกันกระแสเกินแบบตามยาว แต่ข้อเสียของระบบป้องกันนี้คือไม่สามารถป้องกันการลัดวงจรระหว่างขดลวดได้

2.
การป้องกันแบบดิฟเฟอเรนเชียลเฟสแยก
ระบบป้องกันกระแสเกินแบบแยกเฟส (Phase-splitting differential protection) เป็นระบบป้องกันกระแสเกินที่ใช้ขดลวดแต่ละเฟสของหม้อแปลงเป็นเป้าหมายในการป้องกัน โดยประกอบด้วยหม้อแปลงกระแส (CT) ติดตั้งอยู่ด้านข้างของขดลวดแต่ละเฟส (ตัวอย่างเช่น) ระบบป้องกันนี้สามารถสะท้อนความผิดพลาดทั้งหมดของเฟสใดเฟสหนึ่งของหม้อแปลง ยกเว้นสายไฟด้านแรงดันต่ำ แต่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ป้องกันกระแสไฟกระชาก (inrush current blocking element) ด้วย
3.
การป้องกันความแตกต่างของเซลล์ด้านแรงดันต่ำ
เนื่องจากระบบป้องกันกระแสเกินแบบแยกเฟสไม่มีช่วงการป้องกันสำหรับสายไฟด้านแรงดันต่ำ จึงมีการนำระบบป้องกันกระแสเกินแบบเซลล์มาใช้เพื่อเสริมระบบป้องกันกระแสเกินแบบแยกเฟส ระบบป้องกันกระแสเกินด้านแรงดันต่ำประกอบด้วย CT ภายในของขดลวดสองเฟสรูปสามเหลี่ยมด้านแรงดันต่ำและ CT ที่สะท้อนกระแสเกินของขดลวดสองเฟส รวมถึงองค์ประกอบป้องกันกระแสกระชาก แต่ไม่ตอบสนองต่อความผิดพลาดระหว่างขดลวด
4.
การป้องกันความแตกต่างลำดับศูนย์
ระบบป้องกันกระแสเกินแบบดิฟเฟอเรนเชียลลำดับศูนย์ประกอบด้วยหม้อแปลงกระแสลำดับศูนย์ที่ด้านจุดกลางของหม้อแปลง และวงจรลำดับศูนย์ของหม้อแปลงกระแสที่ด้านดาวของหม้อแปลง รูปที่ 6 และ 7 แสดงวงจรของกระแสเมื่อเกิดการลัดวงจรลงดินภายนอกและภายในโซน ตามลำดับ ในทำนองเดียวกัน กระแสทุติยภูมิของระบบป้องกันนี้ไม่มีความสัมพันธ์แบบคู่ควบทางแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นอุปกรณ์ป้องกันจึงไม่จำเป็นต้องมีองค์ประกอบป้องกันกระแสกระชากหรือองค์ประกอบป้องกันการกระตุ้นเกิน ในขณะเดียวกันก็มีความไวต่อการลัดวงจรลงดินของขดลวดหม้อแปลงมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ระบบป้องกันกระแสเกินแบบดิฟเฟอเรนเชียลลำดับศูนย์สามารถสะท้อนการลัดวงจรลงดินภายในของด้านแรงดันสูงและแรงดันปานกลางเท่านั้น และไม่สามารถป้องกันการลัดวงจรระหว่างขดลวดได้

