Tehničke značajke primjene i standardi sušnih paralelnih reaktora od 500kV u Brazilu

1 Tehničke značajke i referentne norme sušnih šunt reaktora na 500kV
1.1 Tehničke značajke

Sušni šunt reaktor na 500kV, bezmazno električno uređaj za prenos ultra visokih napona, ima ključne značajke poput naprednog izoliranja, inovativnog toplinskog odvoda, optimiziranog elektromagnetskog dizajna i modularne strukture. Ove prednosti, koje nadilaze tradicionalne mazne reaktore, također potiču nove tehničke standardne zahtjeve.

• Napredno izoliranje: Korištenjem ljevanja epoksidne smole i nanokompozita (s česticama nano-SiO₂ koje povećavaju propusnost epoksidne smole oko 40% i početnu naponsku razinu djelomičnog iscrpljenja oko 25%), poboljšano je izoliranje i otpornost na djelomično iscrpljenje. Ova otkrića zahtijevaju ponovno definiranje razine izolacije i metode testiranja djelomičnog iscrpljenja u standardima.

• Inovativni toplinski odvod: Kompozitna struktura (višekanalno prisilno hlađenje zrakom + faza-promjena materijala za pomoć pri toplinskom odvođenju) održava porast temperature točaka s visokom temperaturom unutar 60K (znatno ispod IEC granica, verificirano kroz analizu konačnih elemenata i eksperimente). Potrebni su novi metodi/ograničenja testiranja porasta temperature u standardima.

• Optimizirani elektromagnetski dizajn: Više slojeva zaklopno namotanog zavojnice i gradijentno izolacija optimiziraju distribuciju električnog polja, poboljšavajući otpornost na kratični put. Analiza konačnih elemenata pokazuje smanjenje maksimalne jačine električnog polja u zavojnicama oko 20%. Standardi trebaju dodati metode procjene distribucije električnog polja i otpornosti na kratični put.

• Modularna struktura: Sastoji se od serijalno spojenih identičnih osnovnih jedinica, olakšavajući proizvodnju, prijevoz i montažu na lokaciji. Standardi trebaju dodati zahtjeve za pouzdanost međumodulnih spojeva i konzistentnost ukupnog performansa.

1.2 Referentne norme i formulacija tehničkih standarda

U primjeni tehnologije sušnih šunt reaktora na 500kV u Brazilu, ključnu ulogu igle tehnički standardi. Istraživački tim duboko istražio je brazilski električni standard ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors, te kombinirao međunarodne standarde kao što su IEC 60076 - 6 Power Transformers - Part 6: Reactors i IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid - Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers, kako bi razvili tehnički specifikaciju sušnog šunt reaktora na 500kV prilagođenu brazilskom kontekstu.

Glavni fokusi tijekom formulacije specifikacija:

• Razina izolacije: Prilagođena brazilskoj mreži, zahtjevi za izolaciju su podignuti (izdržljivost impulsa bijesa: 1550kV; radna izdržljivost impulsa: 1175kV – više od kineskih standarda ali prilagodljivo mreži). Prema NBR5356 - 6, test impulsa preključivanja Tz ≥ 1000 μs i Td ≥ 200 μs.

• Porast temperature i toplinski odvod: Za brazilsku visoku temperaturu, ograničenje prosječnog porasta temperature suženo je s 60K na 50K (preko inovativnog dizajna hlađenja, povećana sigurnost). Dodana su termografska analiza i dugoročno praćenje temperature kompozitne strukture hlađenja.

• Zahtjevi i izračun gubitaka: Dizajniran prema brazilskim standardima s ograničenjem gubitaka interferencije od 0,3%. Koristeći dodatak B.2 IEEE Std C57.12.90 - 2021, izgrađen je model pretvorbe gubitaka od 50Hz - 60Hz, osiguravajući precizne i usporedivi izračune gubitaka na različitim frekvencijama.

• Pružnost okolišu: Za vruće i vlage klimatske uvjete u Brazilu, dodani su zahtjevi za odpornoću na solani magloviti, protuzagađujući iscrpljenje i UV zračenje, kako bi se poboljšala dugoročna pouzdanost. Formulirani su testovi ubrzane starenja i ciklusa vlažne topline.

2 Praksa primjene sušnih šunt reaktora na 500kV u Brazilu
2.1 Izazovi u uvođenju tehnologije i prilagodbama standarda

Primjena tehnologije sušnih šunt reaktora na 500kV u brazilskom elektroenergetskom sustavu donosi nekoliko izazova, zahtijevajući rješenja za ove ključne probleme:

• Razlike u tehničkim standardima: Brazilijski ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors i kineski GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Part 6: Reactors su strukturno slični, ali se razlikuju u specifičnim zahtjevima i detaljima implementacije. Obje reference IEC 60076 - 6, ali su lokalizirane prema nacionalnim potrebama, razlikujući se u razinama izolacije, ograničenjima porasta temperature i metodama izračuna gubitaka. Te razlike zahtijevaju pažljivo postupanje tijekom prilagodbe tehnologije.

• Pružnost klimi: Tropski klima u Brazilu (npr., regija Silvânia: prosječna godišnja temperatura >25°C, relativna vlažnost ≥80%) stavlja veće zahtjeve na toplinski odvod i izolaciju. Takav vrući i vlage okruženje ozbiljno izaziva izolaciju i životni vijek tradicionalnog električnog opreme.

• Prilagodba karakteristikama mreže: Brazilska mreža na 500kV ima fluktuacije napona oko 15% veće od kineskih mreža istog nivoa, s različitim harmonijskim okruženjima. Reaktori moraju imati jaču prilagodljivost napona i otpornost na harmonike.

• Lokalizirane operativne i održavateljske (O&M) potrebe: Da bi se osigurala dugoročna pouzdana operacija, moraju se uzeti u obzir lokalizirane sposobnosti/habiti O&M-a, pokrivajući tehničko usavršavanje, dobavljanje rezervnih dijelova i lokalizirane usluge.

2.2 Ajustman i inovacija tehničkih standarda

Da bi se riješili gornji izazovi, ovaj istraživački projekt poduzeo je inovativne mjere, najvažnije ajustman prethodnih tehničkih standarda i specifikacija temeljenih na stvarnoj upotrebi i testiranju novog sušnog reaktora. To je riješilo tehničke probleme prilagodbe i pružilo ključnu referencu za slične projekte.

Ključne modifikacije tehničkih standarda:

• Otkaži test djelomičnog iscrpljenja: Vanjska korona interferencija na sušnim reaktorima daleko premašuje njihovo unutarnje djelomično iscrpljenje. Bez zrelih metoda/testiranja za interferenciju djelomičnog iscrpljenja, uzimajući u obzir da se NBR 5356 - 11 - 2016 odnosi samo na niskonaponske sušne transformatore (bez vanjske interferencije) i IEEE C57.21 izuzima sušne šunt reaktore od takvih testova, test djelomičnog iscrpljenja za sušne reaktore na 500kV je otkazan.

• Optimiziraj izolaciju i vrijeme testiranja: Prema brazilskim standardima, izdržljivost impulsa bijesa je 1550kV, a radna izdržljivost impulsa je 1175kV. Zbog impedancije reaktora, parametri vremena testa impulsa preključivanja su prilagođeni na Td ≥ 120 μs i Tz ≥ 500 μs.

• Poboljšaj toplinski odvod: Za vrući i vlage klimatske uvjete u Brazilu, razvijena je nova kompozitna struktura toplinskog odvoda s izolacijom klase H (180°C), povećavajući otpornost na toplinu za 30°C u odnosu na tradicionalne dizajne. Termalne simulacije pokazuju da se porast temperature točaka s visokom temperaturom održava unutar 60K (ispod projektiranih ograničenja).

• Ajustman metode izračuna gubitaka: Gubitci reaktora sastoje se od DC otpornih gubitaka njegovog zavojnice (Pdc) i dodatnih gubitaka zavojnice (Pa). Za zadatu strukturu reaktora, Pdc i Pa su proporcionalni kvadratu struje. Koristeći transponirane provodnike, sa samo nekoliko malih provodnih metalnih komponenti (poput spojnica) na točkama spoja (neferomagnetski), dodatni gubitak čini nizu udio DC gubitka. Rezultati testiranja pokazuju da je dodatni gubitak prototipa oko 9%–12%, tako da je formula za izračun gubitaka sljedeća:

• Poboljšanje prilagodljivosti napona: Optimiziranjem elektromagnetskog dizajna, proširena je raspon prilagodljivosti napona opreme kako bi se suočila s velikim fluktuacijama napona u brazilskoj mreži. Uz to, poboljšana je otpornost na harmonike, a harmonijski modi su smanjeni posebnim dizajnom zavojnice.

3 Procjena praktičnih učinaka i tehničkih standarda
3.1 Analiza praktičnih učinaka

Kroz primjenu na podstaci Silvânia, sušni šunt reaktor na 500kV pokazao je odlične performanse. Prema izvješću o testiranju CEPRI - EETC03 - 2022 - 0880 (E), ključni pokazatelji su:

• Razina gubitaka: Mjerena razina gubitaka: 58,367 kW @ 80°C (ispod ograničenja od 60 kW), potvrđujući učinkovite metode izračuna i kontrolu gubitaka.

• Kontrola buke: Mjerena razina buke: 57 dB(A) (daleko ispod zahtjeva od 80 dB(A)), zahvaljujući fokusiranom dizajnu kontrole buke.

• Performanse porasta temperature: Prosječni porast temperature: 22,9 K; porast temperature točaka s visokom temperaturom: 26,5 K (oba ispod projektiranih ograničenja), potvrđujući novi dizajn hlađenja za klimu u Brazilu.

• Električne performanse: Dobro su se pokazali u testovima (impuls bijesa/radni impuls). Koristili su se parametri ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) za radni impuls, uzimajući u obzir impedanciju reaktora.

Ovi rezultati dokazuju primjenjivost i prednosti reaktora u brazilskoj mreži, posebno u pogledu energetske učinkovitosti i zaštite okoliša, podržavajući održivi razvoj. Rezultati također potvrđuju znanstvene, vizionarske tehničke specifikacije.

3.2 Procjena optimizacije tehničkih standarda

Na temelju prakse i operacije, tim predlaže sljedeće optimizacije:

• Ograničenja gubitaka: Sniziti ograničenje gubitaka za reaktor na 500kV/20Mvar s 60 kW @ 80°C na 58 kW @ 80°C; koristiti 75°C kao referentnu temperaturu za izračun gubitaka.

• Standardi buke: Precizirati standarde (npr., 75 dB(A) za podstanice blizu stanovanja); uzeti u obzir različite naponse (npr., 600kV).

• Ograničenja porasta temperature: Prilagoditi ograničenje prosječnog porasta temperature s 60K na 50K; specificirati izolaciju klase B (temperaturni indeks 130°C, prosječni/porast temperature točaka s visokom temperaturom 60/90°C).

• Koordincija izolacije: Podići izdržljivost impulsa bijesa na 1600kV (za česte bijese u Brazilu); koristiti 140kV snagu-frekventnu suhu izdržljivost za neutralnu tačku izolacije. Definirati frekvenciju testa (≥48Hz, 80% nominalne) i trajanje (≥60s).

• Pružnost okolišu: Dodati zahtjeve za odpornoću na solani magloviti (obalne područja); uzeti u obzir utjecaj EMF, postaviti razmake. Koristiti štitove, antipragačne/UV poklope u dizajnu.

Ovi prijedlozi poboljšavaju performanse i pouzdanost reaktora, vode budućim standardima i pomažu u učinkovitom, pouzdanom i održivom razvoju brazilske mreže.