الميزات الفنية التطبيق والمعايير لمحولات التفاف جافة بجهد 500 كيلوفولت في البرازيل

1 ميزات تقنية ومراجع قياسية لمكثفات الشد الجانبي الجافة ذات الجهد 500 كيلوفولت
1.1 الميزات التقنية

تعتبر مكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت، وهو جهاز طاقة خالٍ من الزيت لنظم النقل فائقة الجهد، يتمتع بميزات رئيسية مثل العزل المتقدم، والتنفس الحراري المبتكر، والتصميم الكهرومغناطيسي المحسن، والهيكل الوحدوي. هذه المزايا، التي تتفوق على المكثفات الغامضة التقليدية، تدفع أيضًا إلى طلب معايير تقنية جديدة.

• العزل المتقدم: باستخدام صب راتنج الإيبوكسي والمركبات النانومترية (مع جزيئات نانو SiO₂ التي تزيد من قوة انهيار الإيبوكسي بنسبة حوالي 40% وتوسع الجهد الأولي للشرارة الجزئية بنسبة 25%)، يعزز العزل والمقاومة للشرارة الجزئية. هذا الاختراق يتطلب إعادة تعريف مستويات العزل وأساليب اختبار الشرارة الجزئية في المعايير.

• التنفس الحراري المبتكر: الهيكل المركب (التبريد القسري متعدد القنوات + التبريد المساعد بواسطة المواد المُحولة للحرارة) يحافظ على ارتفاع درجة الحرارة في النقاط الساخنة ضمن 60K (أقل بكثير من حدود IEC، تم التحقق منها عبر تحليل العناصر المحدودة والتجارب). هناك حاجة لأساليب اختبار/حدود جديدة لارتفاع درجة الحرارة في المعايير.

• التصميم الكهرومغناطيسي المحسن: التلتف متعدد الطبقات والمتباعدة والعزل التدرج يحسنان توزيع المجال الكهربائي، مما يحسن مقاومة القصر. تظهر تحليل العناصر المحدودة انخفاضًا بنسبة حوالي 20% في القوة القصوى للمجال الكهربائي في التلفيف. يجب أن تضيف المعايير أساليب تقييم لتوزيع المجال الكهربائي ومقاومة القصر.

• الهيكل الوحدوي: يتكون من وحدات أساسية متطابقة متصلة بالسلسلة، مما يسهل التصنيع والنقل والتثبيت على الموقع. تحتاج المعايير إلى متطلبات اختبار لموثوقية الاتصال بين الوحدات واتساق الأداء العام.

1.2 الرجوع إلى وضع المعايير الفنية

لعبت المعايير الفنية دورًا رئيسيًا في تطبيق تقنية مكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت في البرازيل. غمر الفريق البحثي في المعيار البرازيلي ABNT NBR 5356 - 6 محولات الكهرباء الجزء 6: المكثفات، ودمج المعايير الدولية مثل IEC 60076 - 6 محولات الطاقة - الجزء 6: المكثفات وIEEE Std C57.12.90 - 2021 إجراءات الاختبار القياسية لمحولات التوزيع والطاقة والتنظيم المغمورة بالسائل، لتطوير مواصفات تقنية لمكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت تناسب السياق البرازيلي.

التركيز الرئيسي خلال إعداد المواصفات:

• مستوى العزل: تم تصميمه ليتناسب مع شبكة البرازيل، حيث تم رفع متطلبات العزل (جهد الصدمة الناتج عن البرق: 1550 كيلوفولت؛ جهد الصدمة أثناء التشغيل: 1175 كيلوفولت - أعلى من المعايير الصينية ولكن مناسب للشبكة). وفقًا لـ NBR5356 - 6، اختبار الصدمة عند التبديل Tz ≥ 1000 ميكرو ثانية وTd ≥ 200 ميكرو ثانية.

• ارتفاع درجة الحرارة والتنفس الحراري: بالنسبة للبيئة الحارة في البرازيل، تم تقليص حد ارتفاع درجة الحرارة المتوسط من 60K إلى 50K (عبر تصميم تبريد مبتكر، مما يعزز الأمان). تم إضافة تحليل التصوير الحراري ومراقبة درجة الحرارة طويلة الأمد للهيكل التبريد المركب.

• متطلبات الخسائر والحساب: تم تصميمه وفقًا للمعايير البرازيلية بحد أقصى للخسارة البينية 0.3٪. باستخدام الملحق B.2 من IEEE Std C57.12.90 - 2021، تم بناء نموذج تحويل الخسارة 50Hz - 60Hz، مما يضمن حسابات خسارة دقيقة وقابلة للمقارنة عبر الترددات.

• قابلية التكيف البيئي: بالنسبة للمناخ الحار والرطب في البرازيل، تم إضافة متطلبات مقاومة الضباب المالح ومقاومة التلوث والوميض والأشعة فوق البنفسجية لتعزيز الثقة طويلة الأمد. تم صياغة اختبارات مثل تسريع الشيخوخة واختبارات دورة الحرارة والرطوبة.

2 التطبيق العملي لمكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت في البرازيل
2.1 التحديات في تقديم التكنولوجيا وتكييف المعايير

يواجه تطبيق تقنية مكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت في نظام الطاقة البرازيلي العديد من التحديات، مما يتطلب حلولاً لهذه القضايا الرئيسية:

• اختلافات المعايير الفنية: المعيار البرازيلي ABNT NBR 5356 - 6 محولات الكهرباء الجزء 6: المكثفات ومعيار الصين GB/T 1094.6 - 2017 محولات الطاقة - الجزء 6: المكثفات لهما هيكل مشابه ولكنهما يختلفان في المتطلبات الخاصة والتفاصيل التنفيذية. وكلاهما يشير إلى IEC 60076 - 6 ولكنهما محليان لاحتياجات البلاد، مما يؤدي إلى اختلافات في مستويات العزل وحدود ارتفاع درجة الحرارة وطرق حساب الخسائر. تتطلب هذه الاختلافات التعامل الدقيق أثناء تكييف التكنولوجيا.

• قابلية التكيف مع المناخ: المناخ الاستوائي في البرازيل (مثل منطقة سيلفاينا: متوسط درجة الحرارة السنوية >25 درجة مئوية، الرطوبة النسبية ≥80٪) يفرض متطلبات أعلى للتبريد والعزل. مثل هذا المناخ الحار والرطب يشكل تحديًا شديدًا لعزل ومدة خدمة المعدات الكهربائية التقليدية.

• تكيف خصائص الشبكة: الشبكة البرازيلية ذات الجهد 500 كيلوفولت لديها تقلبات في الجهد تبلغ حوالي 15٪ أكثر من شبكات نفس المستوى في الصين، بالإضافة إلى بيئات هارمونية مختلفة. تحتاج المكثفات إلى قابلية أكبر للتأقلم مع الجهد والأداء ضد التوافقيات.

• احتياجات التشغيل والصيانة المحلية: لضمان التشغيل الموثوق به على المدى الطويل، يجب النظر في قدرات وعادات التشغيل والصيانة المحلية، بما في ذلك التدريب الفني وتوفير قطع الغيار والخدمات المحلية.

2.2 التعديل والابتكار في المعايير الفنية

لتخطي هذه التحديات، اتخذ هذا البحث خطوات مبتكرة، كان أهمها تعديل المعايير الفنية والمواصفات قبل المشروع بناءً على الاستخدام الفعلي واختبار المكثف الجاف الجديد. هذا حل المشكلات المتعلقة بتكييف التكنولوجيا وقدم مرجعًا رئيسيًا لمشاريع مماثلة.

التعديلات الرئيسية للمعايير الفنية:

• إلغاء اختبار الشرارة الجزئية: التداخل الخارجي للشرارة الكورونية في المكثفات الجافة يتجاوز بشكل كبير الشرارات الجزئية الداخلية. نظرًا لعدم وجود طرق اختبار/معايير ناضجة للتداخل الجزئي، ونظرًا لأن NBR 5356 - 11 - 2016 يطبق فقط على المحولات الجافة ذات الجهد المنخفض (بدون تداخل خارجي) وIEEE C57.21 يعفي المكثفات الجافة الجانبية من مثل هذه الاختبارات، فقد تم إلغاء اختبار الشرارة الجزئية لمكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت.

• تحسين العزل ووقت الاختبار: وفقًا للمعايير البرازيلية، جهد الصدمة الناتج عن البرق هو 1550 كيلوفولت وجهد الصدمة أثناء التشغيل هو 1175 كيلوفولت. بسبب عامل الانعكاس للمكثف، تم تعديل معلمات وقت اختبار الصدمة عند التبديل لتكون Td ≥ 120 ميكرو ثانية وTz ≥ 500 ميكرو ثانية.

• تعزيز التبريد: للمناخ الحار والرطب في البرازيل، تم تطوير هيكل تبريد مركب جديد يستخدم عزل فئة H (180 درجة مئوية) (يزيد من مقاومة الحرارة بمقدار 30 درجة مئوية مقارنة بالتصميمات التقليدية). تظهر المحاكاة الحرارية أن ارتفاع درجة الحرارة في النقاط الساخنة يبقى ضمن 60K (أقل من حدود التصميم).

• تعديل طريقة حساب الخسارة: تتكون خسارة المكثف من خسارة المقاومة المباشرة للفائف (Pdc) وخسارة إضافية للفائف (Pa). بالنسبة لهيكل مكثف معين، تكون كل من Pdc وPa متناسبة مع مربع التيار. باستخدام الموصلات المتبادلة، وبوجود بعض المكونات المعدنية الصغيرة القليلة (مثل موصلات) في نقاط الاتصال (غير مغناطيسية)، فإن الخسارة الإضافية تمثل نسبة منخفضة من الخسارة المباشرة. تظهر نتائج الاختبار أن الخسارة الإضافية للنموذج الأولي هي حوالي 9٪-12٪، لذا تكون صيغة حساب الخسارة كما يلي:

• تعزيز قابلية التكيف مع الجهد: من خلال تحسين التصميم الكهرومغناطيسي، تم توسيع نطاق التكيف مع الجهد للمعدات للتعامل مع التقلبات الكبيرة في الجهد في شبكة الطاقة البرازيلية. في الوقت نفسه، تم تحسين أداء المعدات ضد التوافقيات، وتم تقليل الأنماط التوافقية من خلال تصميم لفائف خاص.

3 تقييم الآثار العملية والمعايير الفنية
3.1 تحليل الآثار العملية

من خلال التطبيق في محطة سيلفاينا الفرعية، أظهر مكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت أداءً ممتازًا. وفقًا لتقرير الاختبار CEPRI-EETC03-2022-0880 (E)، المؤشرات الرئيسية:

• مستوى الخسارة: الخسارة المقاسة: 58.367 كيلوواط @ 80 درجة مئوية (أقل من الحد الأقصى 60 كيلوواط)، مما يؤكد على فعالية طرق حساب وتحكم الخسارة.

• تحكم الضوضاء: الضوضاء المقاسة: 57 ديسيبل (أ) (أقل بكثير من المتطلبات 80 ديسيبل (أ))، بفضل التركيز على تصميم التحكم في الضوضاء.

• أداء ارتفاع درجة الحرارة: متوسط ارتفاع درجة الحرارة: 22.9 كيلو؛ ارتفاع درجة الحرارة في النقاط الساخنة: 26.5 كيلو (كلاهما أقل من حدود التصميم)، مما يؤكد على فعالية التصميم التبريد الجديد للمناخ البرازيلي.

• الأداء الكهربائي: أدت بشكل جيد في الاختبارات (الصدمة الناتجة عن البرق/الصدمة أثناء التشغيل). استخدمت معلمات ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1، Td، Tz) للصدمة أثناء التشغيل، مع الأخذ في الاعتبار عامل الانعكاس للمكثف.

هذه النتائج تثبت مدى قابلية تطبيق ومتفوقية المكثف في شبكة الطاقة البرازيلية، خاصة في مجال كفاءة الطاقة والحماية البيئية، مما يدعم التنمية المستدامة. النتائج أيضًا تؤكد على المواصفات التقنية العلمية والمستقبلية.

3.2 تقييم تحسين المعايير الفنية

بناءً على الممارسة والتشغيل، يقترح الفريق التحسينات التالية:

• حدود الخسارة: تخفيض حد الخسارة لمكثف الشد الجانبي الجاف ذو الجهد 500 كيلوفولت وسعة 20 ميجافار من 60 كيلوواط @ 80 درجة مئوية إلى 58 كيلوواط @ 80 درجة مئوية؛ استخدام 75 درجة مئوية كمرجع لحساب الخسارة.

• معايير الضوضاء: تحسين المعايير (مثل 75 ديسيبل (أ) لمحطات التحويل بالقرب من السكن)؛ النظر في الضوضاء تحت جهود مختلفة (مثل 600 كيلوفولت).

• حدود ارتفاع درجة الحرارة: تعديل حد ارتفاع درجة الحرارة المتوسط من 60 كيلو إلى 50 كيلو؛ تحديد عزل فئة B (مؤشر درجة حرارة 130 درجة مئوية، ارتفاع درجة الحرارة المتوسط/النقاط الساخنة 60/90 درجة مئوية).

• تنسيق العزل: رفع جهد الصدمة الناتج عن البرق إلى 1600 كيلوفولت (للبرق المتكرر في البرازيل)؛ استخدام 140 كيلوفولت للعزل الجاف تحت التردد الطبيعي للنقطة المحايدة. تحديد تردد الاختبار (≥48 هرتز، 80٪ من الجهد المقنن) ومدة الاختبار (≥60 ثانية).

• قابلية التكيف البيئي: إضافة متطلبات مقاومة الضباب المالح (المناطق الساحلية)؛ النظر في تأثير المجال الكهرومغناطيسي، تحديد المسافات. استخدام الدروع والطلاءات المقاومة للتلوث والأشعة فوق البنفسجية في التصميم.

هذه الاقتراحات تساهم في تحسين أداء وموثوقية المكثف، وتوجيه المعايير المستقبلية، وتساعد في تطوير شبكة الطاقة البرازيلية بكفاءة وموثوقية واستدامة.