ویژگی‌های فنی کاربرد و استانداردهای راکتورهای خازنی خشک 500kV در برزیل
1 ویژگی‌های فنی و مراجع استاندارد راکتورهای شونت خشک 500kV
1.1 ویژگی‌های فنی
راکتور شونت خشک 500kV، یک دستگاه برقی بدون روغن برای سیستم‌های انتقال فشار بسیار بالا، دارای ویژگی‌های کلیدی مانند عایق‌بندی پیشرفته، تản حرارت نوآورانه، طراحی الکترومغناطیس بهینه و ساختار مدولار است. این مزایا که از راکتورهای غوطه‌ور در روغن سنتی پیشتازی می‌کنند، همچنین تقاضاهای جدید استانداردهای فنی را می‌سازند.
عایق‌بندی پیشرفته: با استفاده از ریزنمایی رزین اپوکسی و نانوکامپوزیت‌ها (با ذرات نانو SiO₂ که قدرت تحمل شکست رزین اپوکسی را تقریباً 40٪ و ولتاژ آغازین تخلخل جزئی را 25٪ افزایش می‌دهند)، عایق‌بندی و مقاومت در برابر تخلخل جزئی افزایش می‌یابد. این پیشرفت نیازمند تعریف مجدد سطوح عایق‌بندی و روش‌های آزمون تخلخل جزئی در استانداردها است.
تản حرارت نوآورانه: یک ساختار ترکیبی (خنک‌سازی هوا چند کاناله اجباری + کمک تản حرارت با مواد تغییر فاز) دمای افزایش نقطه داغ را در 60K (که زیر حد IEC است و با تحلیل المان محدود و آزمایش‌ها تأیید شده) حفظ می‌کند. روش‌های/حدود آزمون جدیدی برای افزایش دما در استانداردها نیاز است.
طراحی الکترومغناطیس بهینه: پیچش لایه‌ای و عایق‌بندی گرادیانی توزیع میدان الکتریکی را بهینه می‌کنند و مقاومت در برابر خلاصه مدار را افزایش می‌دهند. تحلیل المان محدود نشان می‌دهد که حدود 20٪ کاهش در حداکثر قوت میدان الکتریکی در پیچش وجود دارد. استانداردها باید روش‌های ارزیابی برای توزیع میدان الکتریکی و مقاومت در برابر خلاصه مدار اضافه کنند.
ساختار مدولار: تشکیل شده از واحد‌های پایه یکسان متصل به صورت سری، که تولید، حمل و نصب محلی را تسهیل می‌کند. استانداردها نیاز به موارد آزمون برای قابلیت اطمینان اتصال بین مدول و سازگاری عملکرد کلی دارند.
1.2 مراجع و تدوین استانداردهای فنی
در اعمال فناوری راکتورهای شونت خشک 500kV در برزیل، استانداردهای فنی نقش کلیدی ایفا کرد. تیم تحقیقاتی به استاندارد برقی ABNT NBR 5356 - 6 تبدیل‌کننده بخش 6: راکتورها برزیل پرداخت و با ترکیب استانداردهای بین‌المللی مانند IEC 60076 - 6 تبدیل‌کننده‌های قدرت - بخش 6: راکتورها و IEEE Std C57.12.90 - 2021 روش‌های آزمون استاندارد برای تبدیل‌کننده‌های توزیع، قدرت و تنظیم‌کننده‌های غوطه‌ور در مایع یک مشخصات فنی راکتور شونت خشک 500kV مناسب برای شرایط برزیل توسعه داد.
مرکز توجه‌ها در تدوین مشخصات:
سطح عایق‌بندی: با توجه به شبکه برزیل، نیازهای عایق‌بندی افزایش یافت (ولتاژ تحمل ضربه گرمی: 1550kV؛ ولتاژ تحمل ضربه عملیاتی: 1175kV - بالاتر از استانداردهای چینی اما مناسب شبکه). طبق NBR5356 - 6، آزمون ضربه تغییر Tz ≥ 1000 μs و Td ≥ 200 μs.
افزایش دما و تản حرارت: برای محیط گرم برزیل، حد میانگین افزایش دما از 60K به 50K (با طراحی خنک‌سازی نوآورانه، ایمنی را افزایش می‌دهد) تنگ شد. تحلیل تصویر حرارتی و نظارت بلندمدت بر ساختار خنک‌سازی ترکیبی اضافه شد.
نیازها و محاسبه زیان: طراحی شده با حد 30٪ زیان تداخل بر اساس استانداردهای برزیل. با استفاده از ضمیمه B.2 IEEE Std C57.12.90 - 2021، یک مدل تبدیل زیان 50Hz-60Hz ساخته شد که محاسبه دقیق و قابل مقایسه زیان‌ها در فرکانس‌های مختلف را تضمین می‌کند.
تأقلم با محیط: برای اقلیم گرم و مرطوب برزیل، نیازهای مقاومت در برابر ابخره نمک، فلاش آلودگی و UV اضافه شد تا قابلیت اطمینان بلندمدت افزایش یابد. آزمون‌های مانند پیری شتاب‌یافته و چرخه گرم و مرطوب تدوین شد.
2 عملیات کاربرد راکتورهای شونت خشک 500kV در برزیل
2.1 چالش‌های معرفی فناوری و تطبیق استاندارد
استفاده از فناوری راکتورهای شونت خشک 500kV در سیستم برق برزیل چالش‌های متعددی را مطرح می‌کند که نیازمند راه‌حل‌هایی برای این مسائل کلیدی است:
تفاوت‌های استاندارد فنی: استاندارد ABNT NBR 5356 - 6 تبدیل‌کننده بخش 6: راکتورها برزیل و GB/T 1094.6 - 2017 تبدیل‌کننده‌های قدرت - بخش 6: راکتورها چین ساختاری مشابه دارند اما در نیازهای خاص و جزئیات اجرایی متفاوت هستند. هر دو از IEC 60076 - 6 مرجع گرفته‌اند اما برای نیازهای ملی محلی‌سازی شده‌اند و در سطوح عایق‌بندی، حدود افزایش دما و روش‌های محاسبه زیان متفاوت هستند. این تفاوت‌ها نیازمند رسیدگی دقت‌برانگیز در تطبیق فناوری هستند.
تأقلم با اقلیم: اقلیم استوایی برزیل (مانند منطقه سیلوانا: میانگین دمای سالانه >25°C، رطوبت نسبی ≥80%) نیازهای بالاتری برای تản حرارت و عایق‌بندی ایجاد می‌کند. چنین محیط گرم و مرطوبی چالش‌های شدیدی برای عایق‌بندی و عمر مفید تجهیزات برقی سنتی می‌آورد.
تأقلم با ویژگی‌های شبکه: شبکه 500kV برزیل دارای نوسانات ولتاژ حدود 15٪ بالاتر از شبکه‌های هم‌سطح چین است و محیط هارمونیک متفاوتی دارد. راکتورها نیازمند قابلیت تطبیق ولتاژ قوی‌تر و عملکرد ضد هارمونیک هستند.
نیازهای عملیاتی و نگهداری محلی: برای تضمین عملکرد قابل اعتماد بلندمدت، باید قابلیت‌ها و عادات عملیاتی و نگهداری محلی در نظر گرفته شود، شامل آموزش فنی، تأمین قطعات یدکی و خدمات محلی.
2.2 تعدیل و نوآوری در استانداردهای فنی
برای حل این چالش‌ها، این تحقیق اقدامات نوآورانه ای گرفت، مهم‌ترین آن تعدیل استانداردهای و مشخصات فنی پیش‌پروژه بر اساس استفاده و آزمون واقعی راکتور جدید خشک. این امر مسائل تطبیق فنی را حل کرد و مرجع مهمی برای پروژه‌های مشابه فراهم آورد.
تعدیلات کلیدی استانداردهای فنی:
<تداخل تخلخل جزئی: تداخل کورونا خارجی در راکتورهای خشک بسیار بیشتر از تخلخل جزئی داخلی آنها است. با عدم وجود روش‌های آزمون/معیارهای بلوغ برای تخلخل جزئی تداخلی، و با توجه به اینکه NBR 5356 - 11 - 2016 فقط برای تبدیل‌کننده‌های خشک فشار پایین (بدون تداخل خارجی) و IEEE C57.21 راکتورهای شونت خشک را از چنین آزمون‌هایی معاف می‌کند، آزمون تخلخل جزئی برای راکتورهای 500kV خشک لغو شد.
<بهینه‌سازی عایق‌بندی و زمان آزمون: بر اساس استانداردهای برزیل، ولتاژ تحمل ضربه گرمی 1550kV و ولتاژ تحمل ضربه عملیاتی 1175kV است. به دلیل امپدانس راکتور، پارامترهای زمان آزمون ضربه تغییر به Td ≥ 120 μs و Tz ≥ 500 μs تنظیم شدند.
<تقویت تản حرارت: برای اقلیم گرم و مرطوب برزیل، یک ساختار ترکیبی تản حرارت جدید با عایق‌بندی کلاس H (180°C) (که مقاومت حرارتی را 30°C نسبت به طرح‌های سنتی افزایش می‌دهد) توسعه یافته است. شبیه‌سازی‌های حرارتی نشان می‌دهد که افزایش دمای نقطه داغ در 60K (زیر حد طراحی) حفظ می‌شود.
<تعدیل روش محاسبه زیان: زیان یک راکتور شامل زیان مقاومت مستقیم پیچش (Pdc) و زیان اضافی پیچش (Pa) است. برای یک ساختار راکتور مشخص، هر دو Pdc و Pa متناسب با مجذور جریان هستند. با استفاده از رساناها ترانسپوز شده و با وجود تنها چند مؤلفه فلزی رسانا کوچک (مانند اتصالات) در نقاط اتصال (غیر مغناطیسی)، زیان اضافی نسبت کمی از زیان مستقیم دارد. نتایج آزمون نشان می‌دهد که زیان اضافی نمونه‌برداری حدود 9٪-12٪ است، بنابراین فرمول محاسبه زیان به شرح زیر است:
<افزایش قابلیت تطبیق ولتاژ: با بهینه‌سازی طراحی الکترومغناطیسی، محدوده تطبیق ولتاژ تجهیزات گسترش یافت تا با نوسانات ولتاژ بزرگ در شبکه برق برزیل مقابله کند. همچنین عملکرد ضد هارمونیک تجهیزات بهبود یافت و مد‌های هارمونیک با طراحی پیچشی خاص کاهش یافت.
3 ارزیابی اثرات عملی و استانداردهای فنی
3.1 تجزیه و تحلیل اثرات عملی
با استفاده از راکتور شونت خشک 500kV در زیرстанیون سیلوانا، عملکرد عالی نشان داد. طبق گزارش آزمون CEPRI-EETC03-2022-0880 (E)، شاخص‌های کلیدی:
<سطح زیان: زیان اندازه‌گیری شده: 58.367kW @ 80°C (زیر حد 60kW)، که روش‌های محاسبه/کنترل زیان موثر را تأیید می‌کند.
<کنترل صدای: صدای اندازه‌گیری شده: 57dB(A) (زیر حد 80dB(A))، بخاطر طراحی کنترل صدا متمرکز.
<عملکرد افزایش دما: افزایش دمای میانگین: 22.9K؛ افزایش دمای نقطه داغ: 26.5K (هر دو زیر حد طراحی)، که طراحی خنک‌سازی جدید برای اقلیم برزیل را تأیید می‌کند.
<عملکرد الکتریکی: در آزمون‌ها (ضربه گرمی/عملیاتی) عملکرد خوبی داشت. از پارامترهای ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1، Td، Tz) برای ضربه عملیاتی استفاده شد، با توجه به امپدانس راکتور.
این‌ها اثبات‌کننده قابلیت استفاده/مزیت راکتور در شبکه برزیل، به ویژه در کارایی انرژی/حفاظت از محیط زیست هستند و توسعه پایدار را پشتیبانی می‌کنند. نتایج همچنین مشخصات فنی علمی و پیش‌بینی‌کننده را تأیید می‌کنند.
3.2 ارزیابی بهینه‌سازی استانداردهای فنی
بر اساس عملیات/استفاده، تیم بهینه‌سازی‌های زیر را پیشنهاد می‌کند:
<حد زیان: حد زیان راکتور 500kV/20Mvar را از 60kW @ 80°C به 58kW @ 80°C کاهش داده و برای محاسبه زیان از 75°C به عنوان مرجع استفاده کنید.
<استانداردهای صدای: استانداردهای صدای را تکامل دهید (مانند 75dB(A) برای زیرستانیون‌های نزدیک مسکن)؛ صدای زیر ولتاژ‌های مختلف (مانند 600kV) را در نظر بگیرید.
<حد افزایش دما: حد افزایش دمای میانگین را از 60K به 50K تنظیم کنید؛ عایق‌بندی کلاس B (شاخص دمای 130°C، افزایش‌های میانگین/نقطه داغ 60/90°C) را مشخص کنید.
<هماهنگی عایق‌بندی: ولتاژ تحمل ضربه گرمی را به 1600kV (برای ضربه‌های گرمی مکرر برزیل) افزایش دهید؛ از 140kV تحمل خشک ولتاژ مداری برای عایق‌بندی نقطه محايد استفاده کنید. فرکانس آزمون (≥48Hz، 80٪ از اسمی) و مدت (≥60 ثانیه) را تعریف کنید.
<تأقلم با محیط: نیازهای مقاومت در برابر ابخره نمک (مناطق ساحلی) را اضافه کنید؛ تأثیر EMF را در نظر بگیرید و فاصله را تعیین کنید. از محافظ‌ها، پوشش‌های ضد آلودگی/UV در طراحی استفاده کنید.
این پیشنهادها عملکرد/قابلیت اطمینان راکتور را افزایش می‌دهند، استانداردهای آینده را هدایت می‌کنند و به توسعه کارای، قابل اعتماد و پایدار شبکه برزیل کمک می‌کنند.
