โครงการบูรณาการอุปกรณ์สวิตช์เกียร์สำหรับฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ในรัฐราชสถาน ประเทศอินเดีย

ภาพรวมโครงการ

โครงการนี้เกี่ยวข้องกับการจัดหาอุปกรณ์ ระบบวิศวกรรม และการเดินระบบ (commissioning) แบบครบวงจรสำหรับระบบสวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ (LV) สำหรับโรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 200 เมกะวัตต์ ซึ่งตั้งอยู่ในเขตทะเลทรายธาร์ รัฐราชสถาน ประเทศอินเดีย — หนึ่งในโครงการพลังงานหมุนเวียนที่มีความทะเยอทะยานที่สุดของประเทศ ลูกค้าซึ่งเป็นผู้รับเหมาก่อสร้างแบบ EPC ระดับ Tier-1 ของอินเดีย ที่เชี่ยวชาญด้านโครงสร้างพื้นฐานพลังงานแสงอาทิตย์ ต้องการโซลูชันระบบจ่ายไฟแรงดันต่ำที่มีความแข็งแกร่งและสอดคล้องตามมาตรฐาน IEC ซึ่งสามารถทนต่ออุณหภูมิแวดล้อมสูงมาก (สูงสุดถึง 48°C) ฝุ่นละอองที่แทรกซึมเข้ามาได้สูง และการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะของการผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ไม่สม่ำเสมอ ขอบเขตงานของเราครอบคลุมแผงจ่ายไฟหลัก (MDBs) ขนาด 1250 แอมแปร์ จำนวน 16 ชุดที่เหมือนกันทั้งหมด แผงจ่ายไฟย่อย (SDBs) จำนวน 42 ชุด รวมทั้งระบบป้องกันการลัดวงจรแบบอาร์คแฟลช (arc-flash protection) ระบบวัดค่า (metering) และอินเทอร์เฟซสำหรับการตรวจสอบระยะไกล ซึ่งออกแบบให้สอดคล้องกับสถาปัตยกรรม SCADA ของโรงไฟฟ้า

การวิเคราะห์ความท้าทาย

ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ในรัฐราชสถานประสบความท้าทายด้านเทคนิคและด้านการจัดการโลจิสติกส์ที่สำคัญสามประการ ประการแรก สภาพแวดล้อมทะเลทรายที่แห้งแล้งของพื้นที่ต้องการตู้ควบคุมที่มีมาตรฐาน IP55 พร้อมระบบจัดการความร้อนที่ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น — แผงไฟฟ้าแรงต่ำ (LV) แบบมาตรฐานมีความเสี่ยงสูงที่ชิ้นส่วนจะเสื่อมสภาพก่อนวัยอันควรภายใต้อุณหภูมิแวดล้อมที่สูงต่อเนื่องเกิน 45°C ประการที่สอง กำหนดเวลาการเดินระบบอย่างเร่งด่วน (เพียง 11 สัปดาห์ นับตั้งแต่สั่งซื้อจนถึงการจ่ายไฟ) จำเป็นต้องดำเนินการออกแบบวิศวกรรม การทดสอบรับรองโรงงาน (FAT) และการประสานงานด้านโลจิสติกส์แบบขนานกันไปพร้อมกันในสามรัฐของอินเดีย ประการที่สาม การบูรณาการระบบแรงดันกลาง (MV) กับแรงดันต่ำ (LV) อย่างไร้รอยต่อเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่ง: อุปกรณ์สวิตช์เกียร์แรงดันต่ำ (LV switchgear) ต้องสามารถซิงโครไนซ์ได้อย่างแม่นยำกับหน่วยวงจรหลักแรงดันกลาง (RMUs) ที่มีแรงดัน 33 kV และอินเวอร์เตอร์จากผู้ผลิตหลายราย (OEMs) ซึ่งนำมาซึ่งความเสี่ยงด้านความสามารถในการทำงานร่วมกัน (interoperability) โดยเฉพาะในส่วนของการประสานงานรีเลย์ป้องกัน (protection relay coordination) และการกรองฮาร์โมนิก (harmonic filtering) นอกจากนี้ ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบในท้องถิ่น (CERC, MNRE และมาตรฐาน IS 8623/IEC 61439-2) ยังกำหนดให้มีเอกสารประกอบที่เข้มงวดและการรับรองจากหน่วยงานภายนอก (third-party certification) — กระบวนการนี้กลับซับซ้อนยิ่งขึ้นเนื่องจากการแก้ไขเพิ่มเติมข้อกำหนดของระบบส่งไฟฟ้า (grid-code amendments) ที่มีการเปลี่ยนแปลงระหว่างการดำเนินโครงการ

โซลูชันที่จัดส่งแล้ว

เราได้จัดส่งโซลูชันอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันต่ำ (LV) ที่ผ่านการออกแบบวิศวกรรมอย่างสมบูรณ์และผ่านการทดสอบล่วงหน้าแล้ว ซึ่งออกแบบมาเฉพาะสำหรับการใช้งานพลังงานแสงอาทิตย์ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง แผงกระจายกระแสหลัก (MDBs) และแผงกระจายกระแสย่อย (SDBs) ทั้งหมดผลิตขึ้นโดยใช้ระบบบัสบาร์ทองแดงพร้อมขั้วต่อเคลือบเงิน ติดตั้งบนราง DIN โดยใช้เบรกเกอร์จาก ABB/LSIS (มีลักษณะโค้งแบบ B และ C) พร้อมมิเตอร์ดิจิทัลแบบหลายฟังก์ชันที่รวมอยู่ภายใน (รองรับโปรโตคอล Modbus RTU และมีเฟิร์มแวร์ที่พร้อมใช้งานตามมาตรฐาน IEC 61850) เพื่อจัดการกับความเครียดจากความร้อน แต่ละตู้ควบคุมจึงติดตั้งระบบระบายอากาศแบบพาสซีฟพร้อมบานระแนงกรองฝุ่น เซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิภายในตู้ และชุดระบายความร้อนแบบพัดลมเสริม (เลือกติดตั้งได้ โดยจะเปิดทำงานอัตโนมัติเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 40°C) สำหรับการบูรณาการระหว่างระบบแรงดันกลาง (MV) กับแรงดันต่ำ (LV) ทีมวิศวกรของเราได้ร่วมพัฒนาแผนผังตรรกะการป้องกันแบบบูรณาการร่วมกับผู้ให้บริการระบบบูรณาการของลูกค้า — โดยปรับสมดุลค่าเกณฑ์การตัดวงจร (trip thresholds) ระหว่างอุปกรณ์ RMU 33 kV กับอุปกรณ์รับจ่ายแรงดันต่ำ (LV incomers) เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความผิดพลาดแบบลูกโซ่ (cascading faults) นอกจากนี้ เรายังจัดหาตู้อินเทอร์เฟซมาตรฐานพร้อมเกตเวย์แบบไฟเบอร์ออปติก ซึ่งทำให้สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลแบบเรียลไทม์กับแพลตฟอร์ม SCADA กลางได้ แผงควบคุมทั้งหมดผ่านการทดสอบการยอมรับโรงงาน (FAT) อย่างครบถ้วน ณ โรงงานของเราในเมืองปูเน่ ซึ่งได้รับการรับรองมาตรฐาน ISO 9001 โดยรวมถึงการทดสอบฉนวนไฟฟ้า การตรวจสอบความสามารถในการทนต่อกระแสลัดวงจร และการวิเคราะห์ความเสี่ยงจากปรากฏการณ์อาร์คแฟลช (arc-flash hazard analysis) ตามมาตรฐาน IEEE 1584–2018

กระบวนการดำเนินงาน

การดำเนินงานเป็นไปตามการเปิดให้ใช้งานแบบทีละระยะในสี่บล็อกพลังงานแสงอาทิตย์ (แต่ละบล็อกมีกำลังการผลิต 50 เมกะวัตต์) โมดูลสวิตช์เกียร์ที่ผลิตไว้ล่วงหน้าถูกจัดส่งในตู้คอนเทนเนอร์ที่ควบคุมอุณหภูมิไปยังสถานีรถไฟโจธปุร์ จากนั้นจึงขนส่งต่อไปยังสถานที่ก่อสร้างโดยรถบรรทุกที่สามารถวิ่งได้ทุกพื้นผิว วิศวกรภาคสนามของเราได้ร่วมตรวจสอบสถานที่กับทีมเดินเครื่องของผู้รับเหมา EPC ก่อนการติดตั้ง เพื่อยืนยันเส้นทางการเดินสายเคเบิล ความสมบูรณ์ของการต่อลงดิน และรากฐานสำหรับการยึดติดแต่ละ MDB ซึ่งแต่ละตัวถูกติดตั้งภายใน 48 ชั่วโมงหลังจากมาถึงสถานที่ ก่อนจะดำเนินการทดสอบความต้านทานแบบวงจร (loop resistance testing) ตรวจสอบความต้านทานฉนวน (insulation resistance validation) ซึ่งต้องมีค่ามากกว่า 100 เมกะโอห์ม ที่แรงดันกระแสตรง 1 กิโลโวลต์ และตรวจสอบการทำงานของรีเลย์ป้องกันทั้งหมดรวมทั้งลิงก์การสื่อสาร การเชื่อมต่อเข้ากับอินเวอร์เตอร์และระบบ SCADA ได้รับการยืนยันแล้วผ่านการทดสอบโหลดต่อเนื่องเป็นเวลา 72 ชั่วโมงต่อบล็อก — ซึ่งยืนยันว่าสามารถควบคุมแรงดันไฟฟ้าได้อย่างมั่นคง ไม่มีการตัดวงจรโดยไม่จำเป็น (nuisance tripping) และรายงานผลผลิตพลังงานได้อย่างแม่นยำ

ผลลัพธ์ของโครงการ

ฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ที่แล้วเสร็จบรรลุวันเริ่มดำเนินการเชิงพาณิชย์ (COD) ก่อนกำหนดสองวัน โดยไม่มีรายงานความไม่สอดคล้อง (NCRs) เกี่ยวกับประสิทธิภาพของอุปกรณ์สวิตช์เกียร์ระดับแรงดันต่ำ (LV) เลย ความน่าเชื่อถือของระบบยังคงรักษาไว้ได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลา 18 เดือนของการดำเนินงาน: อัตราการใช้งานเฉลี่ยสูงกว่า 99.87% และไม่เกิดเหตุการณ์ลดกำลังงานจากความร้อน (thermal derating) หรือเหตุการณ์การลัดวงจรแบบอาร์คแฟลช (arc-flash) ใดๆ ซึ่งยืนยันความเหมาะสมของแบบการออกแบบที่เสริมความทนทานต่อสภาพแวดล้อม ความแม่นยำในการรายงานผลผลิตพลังงานปรับปรุงขึ้น 92% เมื่อเทียบกับโครงการก่อนหน้าที่ใช้ระบบวัดค่าแบบเดิม (legacy metering) ซึ่งสนับสนุนโดยตรงต่อการยื่นขอเงินอุดหนุนจากกระทรวงพลังงานหมุนเวียนแห่งอินเดีย (MNRE) จากมุมมองด้านวัฏจักรชีวิต (lifecycle perspective) การแจ้งเตือนการบำรุงรักษาเชิงพยากรณ์ (predictive maintenance alerts) ซึ่งกระตุ้นจากแนวโน้มอุณหภูมิของบัสบาร์ (busbar) และจำนวนครั้งของการทำงานของเบรกเกอร์ (breaker operation counts) ทำให้เวลาหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนล่วงหน้าลดลง 37% ลูกค้ารายงานว่าต้นทุนรวมในการเป็นเจ้าของ (TCO) ลดลง 22% ภายในระยะเวลาห้าปี เมื่อเปรียบเทียบกับโซลูชัน LV แบบดั้งเดิม — ซึ่งเกิดจากช่วงเวลาการบริการที่ยืดเยื้อขึ้นและปริมาณสินค้าอะไหล่ในสต๊อกที่ลดน้อยลง

ข้อเสนอแนะจากลูกค้าและผลกระทบเชิงกลยุทธ์

“อุปกรณ์สวิตช์เกียร์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบภายใต้สภาวะฤดูร้อนที่รุนแรงที่สุดของรัฐราชสถาน” หัวหน้าฝ่ายวิศวกรรมไฟฟ้าของบริษัท EPC กล่าว “การสนับสนุนด้านวิศวกรรมจากพวกเขาในระหว่างการจัดแนวอินเทอร์เฟซระดับแรงดันกลาง/แรงดันต่ำ (MV/LV) ช่วยประหยัดเวลาการปรับปรุงงานใหม่ให้เราถึงสามสัปดาห์ — และการผสานระบบ SCADA แบบปลั๊กแอนด์เพลย์ (plug-and-play) ช่วยขจัดซอฟต์แวร์กลางสำหรับการแปลงโปรโตคอลที่มีค่าใช้จ่ายสูงออกไปอย่างสิ้นเชิง” ซึ่ง อุปกรณ์สวิตช์เกียร์สำหรับฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์ โครงการนี้ได้กลายเป็นกรณีศึกษาอ้างอิงสำหรับภาคพลังงานหมุนเวียนของอินเดียมาตั้งแต่นั้นเป็นต้นมา โดยมีอิทธิพลต่อข้อกำหนดทางเทคนิคสำหรับการประกวดราคาโครงการพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 100–300 เมกะวัตต์อีกหกโครงการที่ตามมา ทั้งยังเสริมสร้างตำแหน่งของเราในฐานะพันธมิตรที่ไว้ใจได้สำหรับ โครงการพลังงานหมุนเวียนของอินเดีย การติดตั้งที่ต้องการการรับรองและได้รับการพิสูจน์แล้วในสนามจริง กรณีการผสานระบบแรงดันกลาง/แรงดันต่ำ (MV/LV) ความเชี่ยวชาญ