Tekniske Funktioner Anvendelse og Standarder for 500kV tørrkondensatorer i Brasilien

1 Tekniske Egenskaber og Standardreferencer for 500kV tørrtype sidespændingsreaktorer
1.1 Tekniske Egenskaber

500kV tørrtype sidespændingsreaktoren, en oliefri strømforanstaltning til ultrahøjspændingsoverførselsystemer, har kernenysiske egenskaber som avanceret isolation, innovativ varmeafgivelse, optimeret elektromagnetisk design og modulær struktur. Disse fordele, der overgår traditionelle oliebaserede reaktorer, driver også nye tekniske standardkrav.

• Avanceret Isolation: Ved at bruge epoxihårdnerformning og nanokompositer (med nano-SiO₂-partikler, der øger epoxiens nedbrydningsspænding med ~40% og partielt udløsningsspænding ved start med 25%), forbedres isolationen og modstanden mod partielt udløsning. Dette gennembrud kræver en genovervejelse af isolationsniveauer og metoder til prøvning af partielt udløsning i standarder.

• Innovativ Varmeafgivelse: En kompositstruktur (flerkanal tvungen luftafkøling + faseskiftmaterialer-assisteret varmeafgivelse) holder stigningen i hothældes temperaturen inden for 60K (langt under IEC-grænser, bekræftet via finit-elementanalyse og eksperimenter). Der er behov for nye metoder/graenser for temperaturstigningsprøver i standarder.

• Optimeret Elektromagnetisk Design: Flere lag fordelt vindinger og gradientisolation optimerer elektriske feltfordeling, hvilket forbedrer kortslutningsmodstand. Finit-elementanalyse viser ~20% reduktion i maksimalt elektrisk feltstyrke i vindinger. Standarder bør tilføje vurderingsmetoder for elektrisk feltfordeling og kortslutningsmodstand.

• Modulær Struktur: Består af serieforbundne identiske grundenheder, der letter produktion, transport og påstedinstallation. Standarder skal have prøvekrav for forbindelsesreliabilitet mellem moduler og konsekvens i ydeevne.

1.2 Reference og Formulering af Tekniske Standarder

Ved anvendelse af 500kV tørrtype sidespændingsreaktor-teknologi i Brasilien spillede tekniske standarder en nøglerolle. Forskerholdet dykkede ned i Brasiliens elektriske standard ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Del 6: Reaktorer, og kombinerede internationale standarder som IEC 60076 - 6 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer og IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Prøvemetoder for Vandlignedistribuerede, Kraft- og Regulerende Transformatorer, for at udvikle en teknisk specifikation for 500kV tørrtype sidespændingsreaktor, der passer til Brasiliens kontekst.

Hovedfokus under formulering af specifikationen:

• Isolationsniveau: Tilpasset til Brasiliens net, blev isolationskravene hævet (blitzimpulsudholdelighed: 1550kV; driftsimpulsudholdelighed: 1175kV - højere end kinesiske standarder, men passende til nettet). Ifølge NBR5356 - 6, switching impulse test Tz ≥ 1000 μs og Td ≥ 200 μs.

• Temperaturstigning & Varmeafgivelse: For Brasiliens højttempererede miljø, blev den gennemsnitlige grænse for temperaturstigning strammet fra 60K til 50K (ved hjælp af innovativ afkølingsdesign, der øger sikkerheden). Tilføjede termografisk analyse og langtids temperaturmonitoring for komposit afkølingsstrukturen.

• Tabkrav & Beregning: Designet ifølge Brasiliens standarder med et tabgrænse på 0,3%. Ved hjælp af IEEE Std C57.12.90 - 2021 Bilag B.2, blev en 50Hz - 60Hz tabkonverteringsmodel opbygget, der sikrede præcise og sammenlignelige tabberegninger på tværs af frekvenser.

• Miljøtilpasning: For Brasiliens varme og fugtige klima, blev antifugt-, antiforureningsspark- og anti-UV-krav tilføjet for at forbedre langtidsreliabilitet. Formulerede prøver som accelereret aldring og fugtvarme cyklusprøver.

2 Anvendelsespraksis for 500kV tørrtype sidespændingsreaktorer i Brasilien
2.1 Udfordringer i teknologisk introduktion og standardtilpasning

Anvendelsen af 500kV tørrtype sidespændingsreaktor-teknologi i Brasiliens strømsystem indebærer flere udfordringer, der kræver løsninger på disse nøgleproblemer:

• Forskelle i tekniske standarder: Brasiliens ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Del 6: Reaktorer og Kinas GB/T 1094.6 - 2017 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer er strukturelt lignende, men adskiller sig i specifikke krav og implementeringsdetaljer. Begge refererer til IEC 60076 - 6, men er lokaliseret til nationale behov, hvilket resulterer i variationer i isolationsniveauer, temperaturstigningsgrænser og tabberegning. Disse forskelle kræver omhyggelig håndtering under teknologisk tilpasning.

• Klimatilpasning: Brasiliens tropiske klima (f.eks. Silvânia-regionen: årlig gennemsnitstemperatur >25°C, relativ fugtighed ≥80%) stiller højere krav til varmeafgivelse og isolation. Et sådant varmt, fugtigt miljø udfordrer traditionelt strømafgørsels udstyr betydeligt i forhold til isolation og levetid.

• Netegenskabstilpasning: Brasiliens 500kV-net har spændingsfluktuationer på ca. 15% højere end Kinas samme niveau-net, med forskellige harmoniske miljøer. Reaktorer har brug for stærkere spændingsanpasselighed og anti-harmonisk ydeevne.

• Lokaliseret drift og vedligeholdelse (O&M): For at sikre langtids pålidelig drift, må lokale O&M-kapaciteter/vane være taget i betragtning, dækker teknisk uddannelse, reservepartsforsyning og lokal service.

2.2 Justering og Innovation af Tekniske Standarder

For at tackle de ovenstående udfordringer trak dette studie innovative foranstaltninger, mest væsentligt justering af tekniske standarder og specifikationer baseret på den faktiske anvendelse og prøvning af den nye tørrtype reaktor. Dette løste tekniske tilpasningsproblemer og gav en vigtig reference for lignende projekter.

Nøglejusteringer af tekniske standarder:

• Afbestilling af partielt udløsningstest: Ekstern korona-interferens på tørrtype reaktorer overstiger deres interne partielle udløsninger langt. Med ingen modne prøvemetoder/kriterier for interferens partielt udløsning, og i betragtning af, at NBR 5356 - 11 - 2016 kun gælder for lavspændingstørrtype transformatorer (uden ekstern interferens) og IEEE C57.21 undtager tørrtype sidespændingsreaktorer fra sådanne tests, er partielt udløsningstest for 500kV tørrtype reaktorer afbestillet.

• Optimering af isolation og prøvetid: Ifølge brasilianske standarder er blitzimpulsudholdelighed 1550kV og driftsimpulsudholdelighed 1175kV. På grund af reaktorens impedans, er switching impulse test tidparametre justeret til Td ≥ 120 μs og Tz ≥ 500 μs.

• Forbedring af varmeafgivelse: For Brasiliens varme, fugtige klima, er en ny komposit-varmeafgiftsstruktur udviklet, der bruger klasse H (180°C) isolation (forbedrer varmefasthed med 30°C sammenlignet med traditionelle designs). Termiske simuleringer viser, at hothældes temperaturstigning holdes inden for 60K (under designgrænser).

• Justering af tabberegning: En reaktors tab består af DC-resistansstab for dens vindinger (Pdc) og yderligere tab for vindingerne (Pa). For en given reaktorstruktur, er både Pdc og Pa proportionale med strømmens kvadrat. Ved hjælp af transponerede ledere, og kun få små ledende metalkomponenter (som forbindelser) ved forbindelsespunkter (ikke-magnetiske), udgør det yderligere tab en lav andel af DC-tab. Testresultater viser, at prototypens ekstra tab er ~9%-12%, så tabberegning formel er som følger:

• Forbedring af spændingsanpasselighed: Ved at optimere elektromagnetisk design, blev spændingsanpassningsområdet for udstyret udvidet for at imødekomme de store spændingsfluktuationer i Brasiliens strømnet. Samtidig blev udstyrets anti-harmoniske ydeevne forbedret, og harmoniske tilstande blev reduceret gennem et specialt vindingsdesign.

3 Evaluering af praktiske effekter og tekniske standarder
3.1 Analyse af praktiske effekter

Gennem anvendelse ved Silvânia-understation, viste 500kV tørrtype sidespændingsreaktoren fremragende ydeevne. Ifølge CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) testrapport, nøgleindikatorer:

• Tabniveau: Målt tab: 58.367kW @ 80°C (under 60kW grænse), verificerer effektive tabberegning/kontrolmetoder.

• Støjkontrol: Målt støj: 57dB(A) (godt under 80dB(A) krav), takket være fokuseret støjkontrol design.

• Temperaturstigningsydeevne: Gennemsnitlig temperaturstigning: 22.9K; hothældes stigning: 26.5K (begge under designgrænser), bekræfter nyt køledesign til Brasiliens klima.

• Elektrisk ydeevne: Udmærket ydeevne i prøver (blitz/driftsimpuls). Brugte ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 parametre (T1, Td, Tz) for driftsimpuls, der tager hensyn til reaktorens impedans.

Dette beviser reaktorens anvendelighed/superioritet i Brasiliens net, især i energieffektivitet/miljøbeskyttelse, der understøtter bæredygtig udvikling. Resultaterne bekræfter også videnskabelige, fremadrettet tekniske specifikationer.

3.2 Optimeringsvurdering af tekniske standarder

Baseret på praksis/operation foreslår holdet følgende optimeringer:

• Tabgrænser: Lav 500kV/20Mvar reaktortabgrænse fra 60kW @ 80°C til 58kW @ 80°C; brug 75°C som reference for tabberegning.

• Støjstandarder: Raffinér standarder (f.eks. 75dB(A) for understationer nær boliger); tage højde for støj under variabel spænding (f.eks. 600kV).

• Temperaturstigningsgrænser: Juster gennemsnitlig temperaturstigningsgrænse fra 60K til 50K; specificer klasse B-isolation (130°C temperaturindeks, 60/90°C gennemsnit/hothældes stigninger).

• Isolationkoordination: Hæv blitzimpulsudholdelighed til 1600kV (grundet Brasiliens hyppige lyn); brug 140kV netfrekvens tørrudholdelighed for neutralpunktisolation. Definer prøvefrekvens (≥48Hz, 80% af nominel) og varighed (≥60s).

• Miljøtilpasning: Tilføj antifugt-krav (kystområder); tage hensyn til EMF-indflydelse, sætte afstand. Brug skjold, antiforurening/UV-behandlinger i design.

Disse forslag forbedrer reaktorens ydeevne/reliabilitet, vejleder fremtidige standarder, og hjælper Brasiliens strømnet med at udvikle effektivt, pålideligt og bæredygtigt.