Tekniset ominaisuudet sovellukset ja standardit 500kV:n kuivaisreaktorien käytössä Brasiliassa

1 Tekniset ominaisuudet ja standardiviittaukset 500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattoreille
1.1 Tekniset ominaisuudet

500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattori on öljytön voimavaruste erittäin korkean jännitteen siirtosysteemeihin. Sen keskeiset ominaisuudet ovat edistynyt eristys, innovatiivinen lämpövedenpoisto, optimoitu sähkömagneettinen suunnittelu ja modulaarinen rakenne. Nämä etumatkaavat perinteisiä öljykytävättyjä kondensaattoreita ja vaativat uusia teknisiä standardeja.

• Edistynyt eristys: Käyttämällä epoksiharjulastiusta ja nanokomposiitteja (nano-SiO₂-partikkelit parantavat epoksin murtovirran vahvuutta noin 40%:lla ja osittaisen murtovirran alkuvoltta 25%:lla), eristys ja osittainen murtovirran vastustuskyky paranee. Tämä edistysaskele vaatii eristystason ja osittaisen murtovirran testausmenetelmien uudelleenmäärittelyä standardeissa.

• Innovatiivinen lämpövedenpoisto: Monikanavainen pakotettu ilmapohjainen jähdytys yhdessä vaihekuvaannossamateriaalin avulla tuottaa lämpövedenpoiston, joka pitää kuumimmassa pisteessä olevan lämpötilan nousun alle 60K (huomattavasti IEC-rajaluokan alapuolella, vahvistettu äärellisen elementtitarkastelun ja kokeiden avulla). Uusia lämpötilan nousutestausmenetelmiä/rajoituksia tarvitaan standardeissa.

• Optimoitu sähkömagneettinen suunnittelu: Monikerroksinen tasapainoinen pyyhkäisy ja gradienttieristys optimoivat sähkökentän jakautumista, parantamalla lyhytsolmun vastustuskykyä. Äärellisen elementtitarkastelu näyttää, että maksimisähkökentän vahvuus pyyhkäisyssä väheni noin 20%. Standardeissa tulisi lisätä sähkökentän jakautumisen ja lyhytsolmun vastustuskyvyn arviointimenetelmiä.

• Modulaarinen rakenne: Koostuu sarjakytkettyistä identtisistä perusyksiköistä, mikä helpottaa valmistusta, kuljetusta ja paikan päällä tapahtuvaa asennusta. Standardeissa tarvitaan testivaatimuksia yksiköiden välisen yhteyden luotettavuudelle ja kokonaisuuden toiminnan yhtenäisyydelle.

1.2 Teknisten standardien viittaus ja muodostaminen

500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattoriteknologian käyttöönotossa Brasiliassa tekniset standardit olivat keskeisessä roolissa. Tutkimusryhmä tutki Brasilian sähköstandardia ABNT NBR 5356 - 6 Kilpailijan osa 6: Reaktorit sekä yhdisti kansainvälisiä standardeja kuten IEC 60076 - 6 Voimakilpailijat - Osa 6: Reaktorit ja IEEE Std C57.12.90 - 2021 Yleiset testausmenetelmät nestekytkettyjen jakelujärjestelmien, voiman ja säätelykilpailijoiden käsittelyyn, kehittääkseen 500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattorin teknisen määritelmän, joka sopii Brasilian olosuhteisiin.

Määritelmän muodostamisen keskeiset painopisteet:

• Eristystaso: Brasilian verkon mukaiseksi eristyksen vaatimukset nostettiin (valojen sumuvirta: 1550 kV; käyttösumuvirta: 1175 kV - korkeampi kuin Kiinan standardit mutta verkkoon soveltuva). Mukaan NBR5356 - 6, kytkentäsumuvirran testi Tz ≥ 1000 μs ja Td ≥ 200 μs.

• Lämpötilan nousu ja lämpövedenpoisto: Brasilian korkean lämpötilaympäristön vuoksi keskimääräisen lämpötilan nousurajoitus kiristettiin 60K:sta 50K:ksi (innovatiivisen jähdytysrakenteen avulla, turvallisuuden parantamiseksi). Lisättiin lämpökuva-analyysi ja pitkäaikainen lämpötilan seuranta komposit-jähdytysrakenteelle.

• Häviötiedot ja laskenta: Suunniteltu Brasilian standardien mukaan 0,3% häiriöhäviölle. IEEE Std C57.12.90 - 2021 Liite B.2:n avulla rakennettiin 50 Hz - 60 Hz häviölle muuntamismalli, joka varmistaa tarkat ja vertailukelpoiset häviölaskentat frekvenssien välillä.

• Ympäristösopeutuvuus: Brasilian kuumalle ja kostealle ilmastolle lisättiin suolusuon, saasteen silmäilyn ja UV-säteilytietämyksen vastustuskykyä parantaaksesi pitkäaikaista luotettavuutta. Formuloitiin testejä kuten nopeutettu ikääntyminen ja kostea-lämpökierrto-testit.

2 500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattorien käyttö Brasiliassa
2.1 Haasteet teknologian käyttöönotossa ja standardien sopeutuksessa

500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattoriteknologian käyttöönotossa Brasilian voimajärjestelmässä on useita haasteita, jotka vaativat ratkaisuja näihin keskeisiin kysymyksiin:

• Teknisten standardien erot: Brasilian ABNT NBR 5356 - 6 Kilpailijan osa 6: Reaktorit ja Kiinan GB/T 1094.6 - 2017 Voimakilpailijat - Osa 6: Reaktorit ovat rakenteeltaan samankaltaisia, mutta poikkeavat tietyissä vaatimuksissa ja toteutusyksityiskoissa. Molemmat viittaavat IEC 60076 - 6:een, mutta niitä on lokalisoitu kansallisiin tarpeisiin, erityisesti eristyksen tasoissa, lämpötilan nousurajoituksissa ja häviölaskennan menetelmissä. Nämä erot vaativat huolellista käsittelyä teknologian sopeuttamisessa.

• Ilmaston sopeutuvuus: Brasilian trooppinen ilmasto (esimerkiksi Silvânia-alue: vuosittainen keskilämpötila >25°C, suhteellinen kosteus ≥80%) asettaa korkeammat lämpövedenpoisto- ja eristysvaatimukset. Tällainen kuumana ja kosteana oleva ympäristö haastaa perinteisten voimavarusteen eristystä ja käyttöikää.

• Verkon ominaispiirteiden sopeutuminen: Brasilian 500 kV-verkossa on noin 15% suurempi jännitevaihtelu kuin Kiinan samatasoisilla verkoilla, ja harmoniset ympäristöt ovat erilaisia. Reaktorit tarvitsevat vahvempaa jännitevaihtelun sopeutumiskykyä ja parempaa harmonisten signaalien vastustuskykyä.

• Paikallinen operaatio- ja ylläpito (O&M) tarve: Varmistaaksemme pitkäaikaisen luotettavan toiminnan, paikallisten O&M-kykyjen/tottumuksien on otettava huomioon tekninen koulutus, varaosien saatavuus ja paikalliset palvelut.

2.2 Teknisten standardien mukautus ja innovaatio

Näiden haasteiden ratkaisemiseksi tässä tutkimuksessa otettiin innovatiivisia toimenpiteitä, joista tärkeintä oli mukauttaa projektiin liittyviä teknisiä standardeja ja määritelmiä uuden kuivatyypin reaktorin käytön ja testauksen perusteella. Tämä ratkaisi tekniset sopeutuskysymykset ja tarjosi avaintietoa samankaltaisille projekteille.

Tärkeimmät teknisten standardien muutokset:

• Osittaisen murtovirran testin peruuttaminen: Kuivatyypin reaktoreiden ulkopuolinen korona-interferenssi ylittää niiden sisäisen osittaisen murtovirran. Koska ei ole kypsyneitä testausmenetelmiä/kriteereitä interferenssi-osittaiselle murtovirralle, ja ottaen huomioon, että NBR 5356 - 11 - 2016 koskee vain alavolttilaisia kuivatyypin kilpailijoita (ei ulkopuolista interferenssiä) ja IEEE C57.21 vapauttaa kuivatyypin sivukondensaattorit tällaisista testeistä, 500 kV:n kuivatyypin reaktoreiden osittaisen murtovirran testi on peruutettu.

• Eristyksen ja testiajan optimointi: Brasilian standardien mukaan valojen sumuvirta on 1550 kV ja käyttösumuvirta 1175 kV. Reaktorin impedanssin vuoksi kytkentäsumuvirran testiajan parametrit on mukautettu Td ≥ 120 μs ja Tz ≥ 500 μs.

• Lämpövedenpoiston tehostaminen: Brasilian kuumalle ja kostealle ilmastolle on kehitetty uusi komposit-lämpövedenpoistorakenne, joka käyttää H-luokan (180°C) eristystä (parantaa lämpökestävyyttä 30°C verrattuna perinteisiin suunnitelmiin). Lämpösimulaatiot näyttävät, että kuumimman pisteen lämpötilan nousu pysyy alle 60K (alle suunnittelurajoitteet).

• Häviölaskennan menetelmän mukautus: Reaktorin häviö koostuu sen pyyhkäisyn DC-vastusvälinehän (Pdc) ja pyyhkäisyn lisähäviöön (Pa). Tietystä reaktorirakenteesta riippumatta molemmat Pdc ja Pa ovat verrannollisia virtaan neliöön. Käyttämällä transponoituja johtimia ja vain muutamia pieniä johtavia metalliosia (kuten yhteyksien yhteydessä olevia kytkentäkohtia, ei-magneettisia), lisähäviö muodostaa alhaisen osuuden DC-häviöstä. Testitulokset osoittavat, että prototyyppin lisähäviö on noin 9%–12%, joten häviölaskennan kaava on seuraava:

• Jännitevaihtelun sopeutumiskyvyn parantaminen: Sähkömagneettisen suunnittelun optimoimalla laitteen jännitevaihtelun sopeutumisalue laajeni, jotta se kykenisi vastaamaan Brasilian voimaverkon suuriin jännitevaihteluihin. Samalla laitteen vastustuskyky harmonisille signaaleille parani, ja harmoniset tilat vähentyivät erityisesti suunnitellulla pyyhkäisyllä.

3 Käytännön vaikutusten ja teknisten standardien arviointi
3.1 Käytännön vaikutusten analyysi

Silvânia-aseman soveltamisen kautta 500 kV:n kuivatyypin sivukondensaattori osoitti erinomaista suoritusta. CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) testiraportin mukaan tärkeät indikaattorit:

• Häviön taso: Mittaushäviö: 58,367 kW @ 80°C (alle 60 kW:n raja-arvo), vahvistaen tehokasta häviölaskentaa ja -hallintaa.

• Äänenvaimennus: Mittaustuloksen melutaso: 57 dB(A) (paljon alle 80 dB(A):n vaatimus), kiitos keskittynyt meluvaimennussuunnittelu.

• Lämpötilan nousu: Keskimääräinen lämpötilan nousu: 22,9 K; kuumimman pisteen nousu: 26,5 K (molemmat alle suunnittelurajoitteet), vahvistaen uuden jähdytusrakenteen Brasilian ilmastoon.

• Sähkösuorituskyky: Hyvin suoritettu testit (valo- ja käyttösumuvirta). Käytetty ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 parametreja (T1, Td, Tz) käyttösumuvirran käsittelyssä, ottamalla huomioon reaktorin impedanssi.

Nämä todistavat reaktorin soveltuvuudesta ja erinomaisuudesta Brasilian verkossa, erityisesti energiatehokkuuden ja ympäristönsuojelun kannalta, tukien kestävää kehitystä. Tulokset myös vahvistavat tieteellisiä ja ennakoivia teknisiä määritelmiä.

3.2 Teknisten standardien optimoinnin arviointi

Käytännön ja toiminnan perusteella tiimi ehdottaa seuraavia optimointeja:

• Häviön rajat: Alenna 500 kV/20 Mvar reaktorin häviöraja 60 kW:sta @ 80°C 58 kW:ksi @ 80°C; käytä 75°C häviölaskennan viitearvona.

• Melun standardit: Tarkenna standardeja (esim. 75 dB(A) asuntoalueiden lähellä oleville asemille); harkitse melua eri jännitteillä (esim. 600 kV).

• Lämpötilan nousurajat: Muuta keskimääräinen lämpötilan nousuraja 60K:sta 50K:ksi; määrittele B-luokan eristys (130°C lämpöindeksi, 60/90°C keskimääräinen/kuumin pisteen nousu).

• Eristyksen koordinointi: Nosta valojen sumuvirta 1600 kV:ksi (Brasilian yleiselle salaman ilmapiirille); käytä 140 kV:ta voimajuoksulle neutraalipisteen eristys. Määrittele testataajuus (≥48 Hz, 80% nimiarvosta) ja kesto (≥60 s).

• Ympäristösopeutuvuus: Lisää suolasuon vaatimukset (rannikkoseuduilla); harkitse EMF-vaikutusta, määrittele välimatkat. Käytä suojia, saasteen- ja UV-suojakuoria suunnittelussa.

Nämä ehdotukset parantavat reaktorin suoritusta ja luotettavuutta, ohjaavat tulevia standardeja ja auttavat Brasilian verkkoa kehittymään tehokkaasti, luotettavasti ja kestävästi.