Tehnilised omadused ja standardid 500kV kuivjoonte paralleelsüsteemide kohta Brasiilias

1 Tehnilised omadused ja standardite viited 500kV kuivülikulisele rööpreaktorile
1.1 Tehnilised omadused

500kV kuivülikuline rööpreaktor, mis on ülevooluvoolu süsteemide jaoks mõeldud naftavaba energiaeesseadus, esitab olulisi omadusi nagu edasijõudnud isolatsioon, innovaatiline soojuse levikut, optimeeritud elektromagnetiline disain ja modulaarne struktuur. Need eelised, mis ületavad traditsioonilisi naftaga täidetud reaktoreid, nõuavad uute tehniliste standardite väljatöötamist.

• Edasijõudnud isolatsioon: Kasutatakse epoksi resiinikaastamist ja nanokomposiite (nanosilikoondioksidparvad tõstavad epoksi purunemisvõimet ligikaudu 40% ja osalise laengumise algset pinget 25%), mis parandavad isolatsiooni ja osalisest laengumisest kaitsevat jõudlust. See läbimurde nõuab uute isolatsioonitasemete ja osalise laengumise testmeetodite määratlemist standartides.

• Innovaatiline soojuse levikut: Kombineeritult kasutatakse mitmekanalilist sunnitud õhujahutust ja faasis muutuva materjaliga toetatud soojuse levikut, mis hoiab külmiku temperatuuri tõusu alla 60K (palju allpool IEC piiranguid, kinnitatud lõpmikuelementide analüüsi ja katsete kaudu). Standartides on vaja uusi temperatuuri tõusu testimismeetodeid/piiranguid.

• Optimeeritud elektromagnetiline disain: Mitmesiheline risti asetusega vedeliku pöördmine ja gradientisolatsioon optimeerivad elektrivälja jaotust, parandades lühikese kroovi vastupanekut. Lõpmikuelementide analüüsid näitavad maksimaalset elektrivälja tugevust vedelikus ligikaudu 20% vähenenuna. Standartides peaks lisama elektrivälja jaotuse ja lühikese kroovi vastupaneku hindamismeetodeid.

• Modulaarne struktuur: Koosneb sarialt ühendatud identsetest aluselementidest, mis lihtsustab valmistamist, transportimist ja paigaldamist. Standartides on vaja testnõudeid mooduliühenduse usaldusväärsuse ja üldise jõudluse konsistentsi kohta.

1.2 Tehniliste standardite viited ja väljatöötamine

Brasiilias 500kV kuivülikulise rööpreaktori tehnoloogia rakendamisel mängisid tehnilised standardid olulist rolli. Uurimistöö meeskond uuris Brasiilia elektritööstuse standardit ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors, ja kombineeris rahvusvahelisi standarde nagu IEC 60076 - 6 Power Transformers - Part 6: Reactors ja IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid - Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers, et arendada 500kV kuivülikulise rööpreaktori tehnilisi spetsifikatsioone, mis sobivad Brasiilia kontekstiga.

Spetsifikatsioonide väljatöötamisel keskenduti järgmistele punktidele:

• Isolatsioonitasemed: Brasiilia võrgule kohandatud, tõsteti isolatsiooninõuded (märgaimpulsipinge: 1550kV; tööimpulsipinge: 1175kV – kõrgemad kui Hiina standardid, kuid võrgule sobivad). NBR5356 - 6 järgi on lülituspinge test Tz ≥ 1000 μs ja Td ≥ 200 μs.

• Temperatuuri tõus ja soojuse levikut: Brasiilia kõrgete temperatuuride korral tihtivdati keskmist temperatuuri tõusu piirist 60K kuni 50K (innovaatilise jahutussüsteemi abil, tõstes turvalisust). Lisati termograafiline analüüs ja pikaajaline temperatuuri jälgimine komposiitjahutussüsteemile.

• Kahju nõuded ja arvutamine: Disainitud Brasiilia standardite järgi, mille kohaselt on segamise kahju limiit 0,3%. IEEE Std C57.12.90 - 2021 Annex B.2 järgi loodi 50Hz - 60Hz kahju teisendamise mudel, tagades täpse ja võrreldava kahju arvutamise sageduste vahel.

• Ümbritseva keskkonna kohanemine: Brasiilia soojale ja niiskale ilmastikuks lisati soolikese, saaste ja UV-kaitse nõuded, et tõsta pikaajalist usaldusväärsust. Formuleeriti kiirendatud vananemise ja niiske-kuumuse tsükli testid.

2 500kV kuivülikulise rööpreaktori rakendamine Brasiilias
2.1 Tehnoloogia sisestamise ja standardite kohandamise väljakutsed

500kV kuivülikulise rööpreaktori tehnoloogia rakendamine Brasiilia elektrivõrgus toob kaasa mitmeid väljakutseid, mida tuleb lahendada:

• Tehniliste standardite erinevused: Brasiilia standard ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors ja Hiina GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Part 6: Reactors on struktuuriliselt sarnased, kuid erinevad konkreetsetes nõuetes ja rakendamisdetaljides. Mõlemad viitavad IEC 60076 - 6-le, kuid on kohandatud riiklike vajadustega, erinevad isolatsioonitasemetes, temperatuuri tõusu piirides ja kahju arvutamismeetodites. Need erinevused nõuavad ettevaatuskaalutluste tegemist tehnoloogia kohandamisel.

• Ilmasto kohanemine: Brasiilia troopiline ilm (nt Silvânia piirkonnas: aasta keskmine temperatuur >25°C, suhteeline niiskus ≥80%) nõuab kõrgemat soojuse levikut ja isolatsiooni. Selline soe, niiskeline keskkond panustab traditsiooniliste elektriseadmete isolatsiooni ja käitusaegu tõsisesse väljakutseesse.

• Võrguomaduste kohanemine: Brasiilia 500kV võrk näitab ~15% suuremat pingevärinat kui Hiina sama tasemeline võrk, erineva harmonilise keskkonnaga. Reaktoritel on vaja tugevamat pingevastupidavust ja harmoonikate vastupanekut.

• Paiknev operatsioon ja hooldus (O&M): Pikaajalise usaldusväärse toimimise tagamiseks tuleb arvestada paiknevate O&M oskustega/harjumustega, hõlmades tehnilist koolitust, varuosade tarnimist ja paiknevaid teenuseid.

2.2 Tehniliste standardite kohandamine ja uuendused

Järgmistes väljakutsete lahendamiseks uurimistöö võttis vastu innovaatilisi meetmeid, kõige olulisemaks osutudes eelprojekti tehniliste standardite ja spetsifikatsioonide kohandamine uue kuivülikulise reaktori tegelikuks kasutamiseks ja testimiseks. See lahendas tehnilised kohandamisväljakutseid ja andis olulise viite sarnaste projektide jaoks.

Olulised tehniliste standardite muudatused:

• Osaliikumise testi tühistamine: Kuivülikuliste reaktorite välisest koronaheitest tekib palju suurem osaliikumine, kui nende sisemine osaliikumine. Kuna pole olemas täielikku testmeetodit/kriteeriumit segamise osaliikumise kohta, ja arvestades, et NBR 5356 - 11 - 2016 kehtib ainult madalpingeliste kuivülikuliste transformatoorte (ilma välise segamiseta) ja IEEE C57.21 vabastab kuivülikulised rööpreaktorid selliste testidest, siis tühistatakse 500kV kuivülikuliste reaktorite osaliikumise test.

• Isolatsiooni ja testiaja optimeerimine: Brasiilia standardite järgi on märgaimpulsipinge 1550kV ja tööimpulsipinge 1175kV. Reaktori impedantsi tõttu on lülituspinge testiaja parameetrid kohandatud Td ≥ 120 μs ja Tz ≥ 500 μs.

• Soojuse levikut tugevdamine: Brasiilia soole ja niiskuse tingimusteks on arendatud uus komposiitsoojuse levikut, mis kasutab H klassi (180°C) isolatsiooni (tõstab soojuskindlust 30°C võrreldes traditsiooniliste disainidega). Termilised simulatsioonid näitavad, et külmiku temperatuuri tõus jääb 60K piirini (allapoole disainipiiri).

• Kahju arvutamismeetodi kohandamine: Reaktori kahjud koosnevad vedeliku DC vastupanukahjudest (Pdc) ja vedeliku lisakahjudest (Pa). Antud reaktori struktuuri korral on nii Pdc kui ka Pa proportsionaalsed voolu ruuduga. Transponeeritud juhtmete kasutamisel ja vaid mõned väikesed juhivad metallkomponendid (nt ühenditikud) ühenduspunktides (magnetita), on lisakahjud väikese osa DC kahjudest. Testitulemused näitavad, et prototüübi lisakahjud on umbes 9%–12%, seega kahju arvutusvalem on järgmine:

• Pingevastupidavuse tugevdamine: Elektromagnetilise disaini optimiseerimise kaudu laiendati seadme pingevastupidavuse ulatust, et kohaneda Brasiilia elektrivõrgu suurete pingevärinatega. Samal ajal parandati seadme vastupanekut harmoonikate vastu, ja harmoonikate mudeleid vähendati spetsiaalse vedeliku disaini abil.

3 Praktikate ja tehniliste standardite hindamine
3.1 Praktikate analüüs

Silvânia alamvooluaseme rakendamise kaudu näitas 500kV kuivülikuline rööpreaktor suurepärast jõudlust. CEPRI - EETC03 - 2022 - 0880 (E) testiraporti järgi olid peamised näitajad:

• Kahju taseme: Mõõdetud kahju: 58.367kW @ 80°C (allapoole 60kW piiri), kinnitades tõhusa kahju arvutamise ja kontrolli meetodeid.

• Mürakontroll: Mõõdetud mürataseme: 57dB(A) (palju allapoole 80dB(A) nõuet), tänaseks fookuseeritud mürakontrolli disainile.

• Temperatuuri tõusu jõudlus: Keskmise temperatuuri tõus: 22.9K; külmiku temperatuuri tõus: 26.5K (mõlemad allapoole disainipiiri), kinnitades uue jahutussüsteemi sobivust Brasiilia ilmastikule.

• Elektriline jõudlus: Sooritas hästi testides (märga/tööimpuls). Kasutas ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 parameetreid (T1, Td, Tz) tööimpulsiks, arvestades reaktori impedantsi.

Need tõestavad reaktori sobivust/paremat jõudlust Brasiilia võrgus, eriti energiatõhususes ja keskkonnakaitses, toetades jätkusuutlikku arengut. Tulemused kinnitavad ka teaduslikke, edasipilgulisi tehnilisi spetsifikatsioone.

3.2 Tehniliste standardite optimeerimise hindamine

Praktika ja toimimise põhjal pakub meeskond järgmisi optimeeringuid:

• Kahju piirangud: Alanda 500kV/20Mvar reaktori kahju piirangut 60kW @ 80°C kuni 58kW @ 80°C; kasuta 75°C kahju arvutamise viitetemperatuurina.

• Mürastandardid: Täpsusta standardid (nt 75dB(A) elupaikade lähedastes alamvooluasemetes); arvesta müra erinevates pingedes (nt 600kV).

• Temperatuuri tõusu piirangud: Muuda keskmise temperatuuri tõusu piirangut 60K kuni 50K; määrake B klassi isolatsioon (130°C temperatuuriindeks, 60/90°C keskmine/külmiku temperatuuri tõus).

• Isolatsioonikoordineerimine: Tõsta märgaimpulsipinge 1600kV (Brasiilia sagedaste märgaheite tõttu); kasuta neutraalpunktide isolatsiooniks 140kV võrgusagedusega kuiva vastupidavust. Määrake testfrekvents (≥48Hz, 80% niminaalset) ja kestus (≥60s).

• Ümbritseva keskkonna kohanemine: Lisage soolikesevastuvus (rannikualadel); arvestage EMF mõju, määrake vahetused. Kasutage disainis kaitsekappe, saaste- ja UV-kaitsekatte.

Need soovitused tõstavad reaktori jõudlust/usaldusväärsust, juhivad tulevaste standardeid ja aitavad Brasiilia võrgu efektiivsel, usaldusväärsel ja jätkusuutlikul arengul.