Технически характеристики приложение и стандарти на 500кВ сухи паралелни реактори в Бразилия

1 Технически характеристики и стандарти на 500кВ сухи компенсаторни реактори
1.1 Технически характеристики

500кВ сухият компенсаторен реактор, безмаслено електроуредство за ултра-високонапрегови преходни системи, разполага с ключови характеристики като напредък в изолацията, иновативно охлаждане, оптимизирана електромагнитна конструкция и модулна структура. Тези предимства, надвишаващи традиционните маслени реактори, водят до нови технически стандарти.

• Напредък в изолацията: Използването на епоксидна смола и нанокомпозити (с наночастички SiO₂, които увеличават пробойната сила на епоксидния материал с около 40% и началното напрежение на частичните разряди с 25%) подобрява изолацията и устойчивостта към частични разряди. Този прорив изисква преосмисляне на нивата на изолация и методите за тест на частични разряди в стандарти.

• Иновативно охлаждане: Композитна структура (много-канално принудително въздушно охлаждане + охлаждане с помощта на материал с фазово превключване) поддържа температурното повишаване на горещите точки под 60K (значително под IEC ограниченията, верифицирани чрез анализ с крайни елементи и експерименти). Стандартите трябва да включат нови методи за тест и ограничения за температурното повишаване.

• Оптимизирана електромагнитна конструкция: Многослойно подреждане на обмотките и градиентна изолация оптимизират разпределението на електричното поле, подобрявайки устойчивостта при кратко замыкание. Анализ с крайни елементи показва намаление на около 20% в максималната сила на електричното поле в обмотките. Стандартите трябва да включат методи за оценка на разпределението на електричното поле и устойчивостта при кратко замыкание.

• Модулна структура: Съставена от последователно свързани идентични основни единици, облекчава производството, транспортирането и монтажа на място. Стандартите трябва да включат изисквания за надеждността на връзките между модулите и консистентността на общата работна способност.

1.2 Отнасяне и формулиране на технически стандарти

При прилагането на технологията за 500кВ сухи компенсаторни реактори в Бразилия, техническите стандарти играят ключова роля. Екипът за изследвания дълбоко изучава бразилския електричен стандарт ABNT NBR 5356 - 6 Трансформатори, част 6: Реактори, и комбинира международни стандарти като IEC 60076 - 6 Енергийни трансформатори - част 6: Реактори и IEEE Std C57.12.90 - 2021 Стандартни методи за тест на трансформатори с течност, за да разработи технически спецификации за 500кВ сухи компенсаторни реактори, подходящи за бразилския контекст.

Ключови акценти при формулирането на спецификациите:

• Ниво на изолация: Подходящо за бразилската мрежа, изискванията за изолация са повишени (пробойно напрежение при мълниен импулс: 1550кВ; операционно пробойно напрежение: 1175кВ - по-високо от китайските стандарти, но подходящо за мрежата). Според NBR5356 - 6, времето за переключващ импулс Tz ≥ 1000 μs и Td ≥ 200 μs.

• Температурно повишаване и охлаждане: За високотемпературната среда в Бразилия, границата за средно температурно повишаване е затегната от 60K до 50K (чрез иновативен дизайн за охлаждане, повишаващ безопасността). Добавени са термографски анализ и дългосрочно мониториране на температурата за композитната система за охлаждане.

• Изисквания и изчисления за загуби: Проектирано според бразилските стандарти с граница за загуби при интерференция 0.3%. Използвайки Приложение B.2 на IEEE Std C57.12.90 - 2021, е построен модел за преобразуване на загуби при 50Hz-60Hz, осигурявайки точни и сравними изчисления на загуби при различни честоти.

• Адаптивност към околната среда: За влажния и горещ климат в Бразилия, добавени са изисквания за противодействие на солен мъгла, противопрепадове и UV, за да се подобри дългосрочната надеждност. Формулирани са тестове като ускорено стареене и циклични тестове за влажна и гореща среда.

2 Практическо приложение на 500кВ сухи компенсаторни реактори в Бразилия
2.1 Предизвикателства при въвеждането на технологията и адаптацията на стандарти

Приложението на технологията за 500кВ сухи компенсаторни реактори в бразилската електрична система представлява множество предизвикателства, които изискват решения на следните ключови въпроси:

• Разлики в техническите стандарти: Бразилският стандарт ABNT NBR 5356 - 6 Трансформатори, част 6: Реактори и китайският GB/T 1094.6 - 2017 Енергийни трансформатори - част 6: Реактори са структурно подобни, но се различават по конкретни изисквания и детайли за приложение. Оба се основават на IEC 60076 - 6, но са локализирани според националните нужди, с вариации в нивата на изолация, границите за температурно повишаване и методите за изчисление на загуби. Тези разлики изискват внимателно обръщане по време на адаптацията на технологията.

• Адаптивност към климата: Тропическият климат в Бразилия (например, регион Силвания: годишен среден температурен режим >25°C, относителна влажност ≥80%) налага по-високи изисквания за охлаждане и изолация. Такава гореща и влажна среда сериозно предизвиква традиционната електроуредба по отношение на изолацията и продължителността на живот.

• Адаптивност към характеристиките на мрежата: Бразилската 500кВ мрежа има колебания на напрежението с около 15% по-големи от китайските мрежи на същото ниво, с различни хармонични условия. Реакторите трябва да разполагат с по-голяма устойчивост към напрежението и противодействие на хармонични влияния.

• Локализирано управление и поддръжка (O&M): За да се осигури дългосрочна надеждна работа, трябва да се вземат предвид локализираните капацитети и навици за управление и поддръжка, включително техническо обучение, доставка на запасни части и локализирано обслужване.

2.2 Приспособяване и иновации на техническите стандарти

За справяне с гореспоменатите предизвикателства, това изследване предприема иновативни мерки, най-важната от които е коригиране на техническите стандарти и спецификациите преди проекта, базирайки се на реалното използване и тестове на новия сух реактор. Това решава техническите проблеми при адаптацията и предоставя ключови препоръки за подобни проекти.

Ключови модификации на техническите стандарти:

• Отмяна на тест за частични разряди: Външната корона на сухите реактори далеч надвишава техните вътрешни частични разряди. Без зрелите методи и критерии за тест на интерференционни частични разряди, и като се вземе предвид, че NBR 5356 - 11 - 2016 се прилага само за нисковолтови сухи трансформатори (без външна интерференция) и IEEE C57.21 изключва сухите компенсаторни реактори от такива тестове, тестът за частични разряди за 500кВ сухи реактори е отменен.

• Оптимизация на изолацията и времето за тест: Според бразилските стандарти, пробойно напрежение при мълниен импулс е 1550кВ, а при операционен импулс - 1175кВ. Учитывайки импеданса на реактора, параметрите за времето за переключващ импулс са коригирани до Td ≥ 120 μs и Tz ≥ 500 μs.

• Подобряване на охлаждането: За горещия и влажен климат в Бразилия, е разработена нова композитна структура за охлаждане, използвайки клас H (180°C) изолация (повишаваща устойчивостта към температура с 30°C в сравнение с традиционните дизайни). Термалните модели показаха, че температурното повишаване на горещите точки остава под 60K (под граници на проектиране).

• Приспособяване на метода за изчисление на загубите: Загубите на реактора включват DC съпротивителни загуби на обмотката (Pdc) и допълнителни загуби на обмотката (Pa). За дадена структура на реактора, както Pdc, така и Pa са пропорционални на квадрата на тока. Използвайки транспонирани проводници, и с малко малки метални компоненти (като връзки) в точките на връзка (немагнитни), допълнителните загуби представляват малка част от DC загубите. Резултатите от тестовете показаха, че допълнителните загуби на прототипа са ~9%–12%, така че формулата за изчисление на загубите е следната:

• Подобряване на устойчивостта към напрежението: Чрез оптимизация на електромагнитния дизайн, диапазонът на устойчивостта към напрежението на оборудването е разширен, за да се справи с големите колебания на напрежението в бразилската електрична мрежа. Освен това, антихармоничните качества на оборудването са подобрени, а хармоничните режими са намалени чрез специален дизайн на обмотката.

3 Оценка на практическите ефекти и техническите стандарти
3.1 Анализ на практическите ефекти

Чрез приложение в подстанцията Силвания, 500кВ сухият компенсаторен реактор показа отлична работа. Според доклада за тестове CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), ключови показатели:

• Уровень на загуби: Измерени загуби: 58.367кВт при 80°C (под границата от 60кВт), потвърждавайки ефективни методи за изчисление и контрол на загубите.

• Контрол на шума: Измерен шум: 57dB(A) (значително под изискването от 80dB(A)), благодарение на фокусиран дизайн за контрол на шума.

• Температурно повишаване: Средно температурно повишаване: 22.9K; температурно повишаване на горещите точки: 26.5K (оба под проектирани граници), потвърждавайки новия дизайн за охлаждане, приложим за климата в Бразилия.

• Електрически показатели: Отлично изпълнение в тестовете (мълниен/операционен импулс). Използване на параметрите от ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) за операционен импулс, съобразно импеданса на реактора.

Тези резултати доказват приложимостта и превъзходството на реактора в бразилската мрежа, особено в енергийната ефективност и защитата на околната среда, подкрепящи устойчивото развитие. Резултатите също потвърждават научно-ориентираните и прогресивни технически спецификации.

3.2 Оценка на оптимизацията на техническите стандарти

На основата на практика и функциониране, екипът предлага оптимизации:

• Граница за загуби: Намалете границата за загуби на 500кВ/20Mvar реактора от 60кВт при 80°C до 58кВт при 80°C; използвайте 75°C за референция при изчисление на загуби.

• Стандарти за шум: Рецептирайте стандарти (например, 75dB(A) за подстанции близо до жилища); вземете предвид шума при различни напрежения (например, 600кВ).

• Граница за температурно повишаване: Коригирайте границата за средно температурно повишаване от 60K до 50K; специфицирайте клас B изолация (температурен индекс 130°C, средно/горещи точки повишаване 60/90°C).

• Съгласуване на изолацията: Повишейте пробойното напрежение при мълниен импулс до 1600кВ (за честите мълнии в Бразилия); използвайте 140кВ сетево напрежение за изолацията на нейтралната точка. Определете честотата за тест (≥48Hz, 80% от номиналната) и продължителността (≥60с).

• Адаптивност към околната среда: Добавете изисквания за противодействие на солен мъгла (прибрежни области); вземете предвид въздействието на EMF, задайте интервал. Използвайте щитове, антизабърсвани и UV покрития в дизайна.

Тези препоръки подобряват производителността и надеждността на реактора, насочват бъдещите стандарти и помагат на бразилската мрежа да се развива ефективно, надеждно и устойчиво.