Fault Overspeed ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) และเครื่องสูบน้ำดับเพลิง (Fire Pump)
สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) และเครื่องสูบน้ำดับเพลิง (Fire Pump) ที่เป็นแบบใช้เครื่องยนต์ดีเซลชนิด Reciprocated Engine เป็นต้นกำลังขับ คำว่า Fault Over Speed ความหมายคือมีสภาวะการทำงานที่มีความเร็วรอบเกินขีดจำกัด หรือเกินค่าที่ยอมรับได้ที่ถูกกำหนดโดยผู้ผลิต หรือมาตรฐานการออกแบบ หรือข้อจำกัดของโหลด โดยทั่วไปสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะมีอุปกรณ์ป้องกันที่เกี่ยวข้อง และจะเกี่ยวข้องกับ Fault Over Frequency ร่วมด้วยได้ เนื่องจากอุปกรณ์ถูกติดตั้งบนเพลาหมุนเดียวกันเมื่อเกิดเหตุการ Over Speed จะเกิด Over Frequency ไปพร้อมกันได้ ระบบ Protection จะสั่ง Trip และ Shutdown ตัวแปรใดก่อนนั้นขึ้นอยู่ข้อกำหนดของ Plant ที่ผู้ออกแบบได้ตั้งค่าไว้ตามลำดับความสำคัญ กรณีความเร็วรอบเครื่องต่ำเกินไปหรือ Fault Under Speed สำหรับตัวเครื่องยนต์แล้วจะไม่มีความอันตราย แต่จะมีความเสี่ยงในทางไฟฟ้าจาก Fault Under Frequency ที่ตามมาได้ และจำเป็นต้องมีการตัดวงจรออก (Trip) เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงที่มีผลกระทบต่อโหลด อีกทั้งยังมีความเสี่ยงต่อตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองได้เนื่องจากเมื่อเกิดสภาวะ Under Speed จากระบบ Excitation Control หรือ Automatic Voltage Regulator (AVR) ที่ไม่มีระบบป้องกัน จะพยายามเพิ่ม Field Currentจนอาจสูงกว่าที่อุปกรณ์จะรับได้และเกิดความเสียหายตามมา ดังนั้นการเดินเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ความเร็วรอบต่ำ ๆ เป็นเวลานานจะต้องพิจารณาตัว AVR ที่มีระบบป้องกันนี้ด้วย เช่น Under Speed Condition หรือ Over Excitation Current
การเกิด Over Speed ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีสาเหตุได้หลายปัจจัยที่มาจากระบบควบคุมความเร็วรอบที่เรียกว่า Governor Control System เมื่อ Governor ไม่สามารถควบคุมความเร็วรอบให้อยู่ในย่านใช้งานได้อุปกรณ์ควบคุมจะสั่ง Alarm ออกมาเป็นสัญญาณเตือนหรือสามารถสั่งปลดวงจรและดับเครื่องหรือ Shut Down ตามที่ได้กำหนดค่าไว้
สาเหตุของการเกิด Fault Over Speed สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคือ
1. ระบบ Governor เกิดบกพร่องกระทันหันในขณะเดินเครื่องและคันเร่งหรือ Lever อยู่ตำแหน่งจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิงในปริมาณที่สูง
2. การสตาร์ทแบบเร่งรอบทันที เช่น Governor Control รุ่นที่ใช้งานกับโหลดที่จำเป็นต้องจ่ายโหลดให้ทันในเวลาที่กำหนด กรณีนี้ Governor จะสั่งเร่งเครื่องขึ้นสูงทันทีก่อนแล้วผ่อนลงมาอยู่ที่ Rate Speed ในระยะเวลาหนึ่งหรือที่เรียกว่า Recovery Time กรณีนี้ถ้ามีการตั้งค่า Over Speed Protection ไว้ด้วยแล้ว อาจเกิด Alarm ได้ถ้าไม่มีการหน่วงเวลา หรือ กำหนดค่าสถานะการเปิด Alarm ที่ไม่สอดคล้อง
3. การปลดโหลดเฉียบพลันขณะเดินเครื่องจ่ายภาระโหลดอยู่ การปลดโหลดเฉียบพลันแน่นอนว่าในขณะนั้น %Lever อยู่ในตำแหน่งสูง เหมือนกับการดึงคันเร่งเครื่องยนต์ไว้ระดับสูงอยู่ เมื่อภาระโหลดลดลงต่ำ แน่นอนว่าระบบ Governor Control จะต้องพยายามปรับ %Lever ลงในทันทีและต้องควบคุมให้กลับเข้าสู่สภาวะใช้งานในเวลาที่เหมาะสมที่สุด เหตุนี้เองนอกจากจะเสี่ยงต่อการเกิด Over Speed แล้วยังอาจก่อให้เกิดการสวิงของความเร็วรอบหรือ Hunting ตามมาได้อีก กรณีนี้ป้องกันได้โดยจำเป็นต้องมีการปรับค่าการทำงานของระบบให้สอดคล้องกับพฤติกรรมเข้าร่วมด้วย
4. ยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่อาจเป็นไปได้ เช่นอุปกรณ์ควบคุมที่เสื่อมสภาพไป, ระบบเชื้อเพลิงที่ขาดการซ่อมบำรุง ฯลฯ
ผลกระทบจากการเกิด Over Speed สำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะมีความเสี่ยงที่ก่อให้เกิดความเสียหายที่รุนแรงได้ทั้งทางด้านตัวเครื่องเอง และส่งผลต่อด้านโหลดอย่างแน่นอน เนื่องจากผลที่ตามมาทางไฟฟ้าคือการเกิด Over Frequency ที่อุปกรณ์โหลดบางชนิดมิอาจรับได้เช่นโหลดที่มีความละเอียดอ่อนอย่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วนตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองนั้นส่วนใหญ่จะใช้เป็นเครื่องยนต์ประเภทอุตสาหกรรม (Industrial Type) ที่อาจใช้เป็นแบบ Mechanical Governor หรือ Electrical Governor ได้ กรณีโหลดที่มีความละเอียดอ่อนจะแนะนำให้ใช้เป็นแบบ Electronic Governor ซึ่งระบบนี้จะประสิทธิภาพการควบคุมที่แม่นยำกว่า และรวดเร็วกว่าแต่ยังเอื้อต่อการเกิดปัญหา Over Speed ได้ง่ายอยู่ กรณีที่ระบบที่ไม่มีการป้องกัน Fault Over Speed หรือ Fault Over Frequency ตัวเครื่องจะมีความเร็วรอบเครื่องที่สูงและถ้าเกินย่านแนะนำของผู้ผลิตจะก่อให้เกิดความเสียหายต่อเครื่องยนต์ที่รุนแรงตามมาได้ ส่วนทางไฟฟ้าแน่นอนว่าจะส่งผลกระทบที่รุนแรงทำให้ตัวเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเองและอุปกรณ์ด้านโหลดเสียหายได้เป็นวงกว้าง และการเกิด Over Speed นั้นยังจะส่งผลอาจทำให้เกิด Fault Over Voltage ตามมาได้อีกด้วย
สำหรับกรณีการเกิด Over Speed ของเครื่องสูบน้ำดับเพลิงนั้น เริ่มจากเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าตัวเครื่องจะถูกออกแบบให้ทำงานอย่างหนักและต้องสามารถเดินเครื่องในรอบสูงได้ไม่น้อยกว่า ½ ชม. และอาจไม่มีระบบ Protection ด้านเครื่องยนต์อื่นได้ยกเว้นกรณี Over Speed ที่ NFPA20 ได้แนะนำให้มีการตั้งค่า Protection ไว้ที่ไม่เกิน 120% แต่อาจไม่ใช่ด้วยวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันตัวเครื่องเป็นสำคัญ แต่สำคัญคืออุปกรณ์ในระบบดับเพลิง เพราะการเกิด Over Speed ของ Diesel Fire Pump นั้นจะส่งผลให้แรงดันน้ำสูงขึ้นตามความเร็วรอบที่สูง และอาจเกินค่าแรงดันออกแบบและก่อให้เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ใระบบดับเพลิงได้ ค่าแนะนำตามมาตรฐานที่ควรตั้งค่า Over Speed คือไม่เกิน 120% ซึ่งจะมีความสอดคล้องกับค่าแนะนำในการตั้งค่าวาล์วระบายหรือ Relief Valve คือวาล์วระบายนี้จะต้องเปิดที่ไม่เกิน 121% ของ Churn Pressure หรือเดินเครื่องขณะปิดวาล์วด้านจ่าย หรือ 0% Flow ด้วยเหตุผลเพื่อป้องกันและรักษาระดับแรงดันไม่ให้เกินค่าแรงดันที่ออกแบบของระบบดับเพลิงนั่นเอง
สำหรับบทความนี้จะยกกรณีศึกษาหนึ่ง เพื่อเป็นแนวทางวิเคราะห์จากสาเหตุของการเกิด Alarm Over Speed ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จากเดิมที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้านี้ได้ถูกติดตั้งไว้เป็นเวลานานกว่า 15 ปี ระบบควบคุมเป็นแบบ Electrical Governor มีอุปกรณ์ Over Speed Protection ติดตั้งไว้และตั้งค่าไว้ที่ประมาณ 110% จาก Rated 1500rpm หลังจากติดตั้งใช้งานมากว่า 13 ปี ไม่มีประวัติการเกิด Fault Over Speed จนกระทั่งเข้าปีที่ 14 มีเหตุการเกิด Alarm Over Speed ขึ้น 2 ครั้งในรอบการทดสอบการทำงานแบบจ่ายโหลดร่วมด้วย ซึ่งเป็นการทดสอบตามรอบเดือนตามปกติที่ปฏิบัติมาตลอด หลังเกิดเหตุได้มีการทวนสอบพบว่าเกิด Fault Over Speed ขณะปลดโหลดกระทันหันขณะทดสอบ แต่ก่อนหน้านี้พบว่าได้มีการปรับแผนการซ่อมบำรุงเกิดขึ้นคือการทำ Yearly PM เดิมจะกระทำทุกๆ ปี แต่เมื่อเข้าปีที่ 13 ได้มีการปรับแผนการทำ PM เป็นรอบ 2 ปี/ครั้ง จะมีการทำ PM แบบเปลี่ยนอะไหล่ซ่อมบำรุง เช่นเปลี่ยนกรองเชื้องเพลิง กรองหล่อลื่น และเปลี่ยนถ่ายน้ำมันหล่อลื่น ด้วยเหตุนี้เองจึงเกิดข้อสังเกตุที่ว่า มีความเป็นไปได้กับระบบเชื้อเพลิงที่อาจมีการเว้นระยะนานกว่าเดิม สถาพกรองเชื้อเพลิงอาจอุดตันจากสาเหตุที่ทราบกันดีว่าปัจจุบันน้ำมันเพลิงที่มีการผสมน้ำมันไบโอดีเซลที่เอื้อต่อการอุดตันและอาจก่อให้เกิดการต้านการไหลของเชื้อเพลิงที่ระบบ Governor Control ควบคุมอยู่ และจากที่สภาวะโหลดเดียวกันเมื่อเกิดอุปสรรคของไหลเชื้อเพลิง แน่นอนว่าระบบ Governor Control จะสั่งเพิ่ม %Lever ขึ้นมากกว่าเดิมได้ เมื่อปลดภาระโหลดออกกะทันหันจะต้องใช้เวลากลับคืน (Recover Time) สู่ Rate Speed และอาจนานเกินไปกว่า Delay Time ที่ตั้งค่าไว้ จึงเอื้อต่อการเกิด Fault Over Speed ที่ง่ายกว่าได้นั่นเอง แต่อย่างไรก็ดี ปัจจัยอื่นยังจะต้องถูกนำมาวิเคราะห์ร่วมด้วย เพื่อให้เกิดการแก้ปัญหาที่ครอบคลุมมากที่สุด
