500kV száraz feromérők technikai jellemzői alkalmazása és normái Brazíliában

1 Technikai jellemzők és szabványi hivatkozások 500 kV szárnyas induktív reaktorokra
1.1 Technikai jellemzők

A 500 kV szárnyas induktív reaktor, egy olajmentes energiaellátási eszköz nagyfeszültségi átviteli rendszerekhez, olyan főbb jellemzőket tartalmaz, mint haladólagos izoláció, innovatív hővezetés, optimalizált elektromágneses tervezés és moduláris szerkezet. Ezek a előnyök, amelyek túlmutatnak a hagyományos olajbeli reaktorokon, új technikai szabványi igényeket is előidéznek.

• Haladólagos izoláció: Epoxy részecskék (nano-SiO₂-részecskékkel, amelyek ~40%-kal növelik az epoxy rombolódási erejét és 25%-kal a parciális leadás kezdeti feszültségét) használatával javítja az izolációt és a parciális leadás ellenállását. Ez a fejlesztés új szinteket és parciális leadástest metódusokat igényel a szabványokban.

• Innovatív hővezetés: Kompozit szerkezet (többszörös csatornás erőltetett légkühlés + fázisváltó anyag segítő hővezetés), amely a forró pontok hőemelkedését 60K-n belül tartja (az IEC határok alatt, véges elem analízissel és kísérletekkel ellenőrizve). Új hőemelkedéstest metódusok és határok szükségesek a szabványokban.

• Optimalizált elektromágneses tervezés: Többrétegű eltolódó tekercs és gradiens izoláció optimalizálja az elektromos mező eloszlását, javítva a rövidzárló ellenállását. A véges elem analízis ~20%-os csökkentést mutatott a tekercsekben lévő maximális elektromos mező erejében. A szabványoknak hozzá kell adniuk az elektromos mező eloszlásának és a rövidzárló ellenállásának kiértékelési módszereit.

• Moduláris szerkezet: Azonos alapegységekből sorosan kapcsolt egységekből áll, ami megkönnyíti a gyártást, a szállítást és a helyszíni telepítést. A szabványoknak tesztelési követelményeket kell tartalmazniuk az egységek közötti kapcsolat megbízhatóságára és az összes teljesítmény konzisztenciájára.

1.2 Szabványok referenciái és technikai szabványok kialakítása

A 500 kV szárnyas induktív reaktor technológia alkalmazása Brazíliában kulcsszerepet játszott a technikai szabványokban. A kutatócsoport mélyrehatóan vizsgálta Brazília elektromos szabványát, az ABNT NBR 5356-6 Transzformátor Rész 6: Reaktorok-t, és kombinálva nemzetközi szabványokat, mint az IEC 60076-6 Erőművek - Rész 6: Reaktorok és az IEEE Std C57.12.90-2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers, kidolgozott egy 500 kV szárnyas induktív reaktor technikai specifikációt, amely illeszkedik Brazília kontextusához.

A specifikáció kialakításának főbb hangsúlyai:

• Izolációs szint: Brazília hálózatára szabott, a villámimpulzus ellenálló feszültséget 1550 kV-ra, a működési impulzus ellenálló feszültséget 1175 kV-ra emelték (magasabb, mint a kínai szabványok, de hálózathoz illő). Az NBR5356-6 szerint a kapcsoló impulzustest Tz ≥ 1000 μs és Td ≥ 200 μs.

• Hőemelkedés és hővezetés: Brazília magas hőmérsékletű környezetére szabott, az átlagos hőemelkedési határértéket 60K-ról 50K-ra szűkítették (innovatív hűtési tervezéssel, biztonság növelésével). Hozzáadták a hőképek elemzését és a hosszú távú hőmérséklet figyelését a kompozit hűtési szerkezet számára.

• Táplálékkereseti igények és kiszámítás: Brazíliai szabványok szerint tervezték, 0,3% zavaró táplálékveszteség határértékkel. Az IEEE Std C57.12.90-2021 Annex B.2 használatával készítettek 50Hz-60Hz veszteségnváltó modelleket, amelyek pontos és összehasonlítható veszteségszámításokat biztosítanak frekvenciák között.

• Környezeti alkalmazkodás: Brazília meleg és nedves éghajlatára szabott, hozzáadták a sóharmat, a szennyezés elleni vízkarika és a UV-ellenálló követelményeket, hogy növeljék a hosszú távú megbízhatóságot. Kialakítottak gyorsított öregedést és nedves hős ciklus teszteket.

2 A 500 kV szárnyas induktív reaktorok alkalmazása Brazíliában
2.1 Kihívások a technológia bevezetésében és a szabványok alkalmazásában

A 500 kV szárnyas induktív reaktor technológia alkalmazása Brazília energiaszerkezetében több kihívást jelent, amelyek megoldását igénylik ezek a kulcsfontosságú kérdések:

• Technikai szabványi különbségek: Brazíliai ABNT NBR 5356-6 Transzformátor Rész 6: Reaktorok és Kína GB/T 1094.6-2017 Erőművek - Rész 6: Reaktorok szerkezetileg hasonlóak, de konkrét követelményekben és végrehajtási részletekben eltérőek. Mindkettő hivatkozik az IEC 60076-6-re, de országspecifikusan alkalmazzák, így különböznek az izolációs szintek, a hőemelkedési határértékek és a veszteség-számítási módszerekben. Ezek a különbségek óvatos kezelést igényelnek a technológia alkalmazásakor.

• Éghajlati alkalmazkodás: Brazília trópusi éghajlatában (pl. Silvânia régió: év átlagos hőmérséklete >25°C, relatív páratartalom ≥80%) magasabb hővezetési és izolációs igények vannak. Ez a meleg, nedves környezet súlyosan kihívja a hagyományos energiaellátási berendezések izolációját és használati idejét.

• Hálózati jellemzők alkalmazkodása: Brazília 500 kV hálózatának feszültségváltozásai ~15%-kal magasabbak, mint Kína ugyanolyan szintű hálózatainak, különböző harmonikus környezettel. A reaktoroknak erősebb feszültség-alkalmazkodási és anti-harmonikus teljesítményüknek kell lennie.

• Területi üzemeltetés és karbantartás (ÜK): A hosszú távú megbízható működés érdekében a területi ÜK képességeket és szokásokat kell figyelembe venni, beleértve a technikai képzéseket, a tartalék részek ellátását és a területi szolgáltatásokat.

2.2 Technikai szabványok módosítása és innovációja

Az említett kihívások megoldása érdekében ezen kutatás innovatív intézkedéseket tett, legfontosabban a projekt előtti technikai szabványok és specifikációk módosítását a szárnyas induktív reaktor valódi használatának és tesztelésének alapján. Ez megoldotta a technikai alkalmazkodási problémákat, és kulcsfontosságú referencia lett hasonló projektek számára.

Főbb technikai szabvány módosítások:

• Parciális leadás tesztjének megszüntetése:A szárnyas reaktorok külső korona-zavarai messze meghaladják a belső parciális leadásukat. Mivel nincsenek érett tesztelési módszerek/kritériumok a zavaró parciális leadásra, és figyelembe véve, hogy az NBR 5356-11-2016 csak alacsony feszültségű szárnyas transzformátorokra (nincs külső zavar) és az IEEE C57.21 kivonja a szárnyas induktív reaktorokat ilyen tesztek alól, a 500 kV szárnyas reaktorok parciális leadás tesztje megszűnik.

• Izoláció és tesztidő optimalizálása:Brazil szabványai szerint a villámimpulzus ellenálló feszültség 1550 kV, a működési impulzus ellenálló feszültség pedig 1175 kV. A reaktor impedanciája miatt a kapcsoló impulzus tesztidőparaméterei Td ≥ 120 μs és Tz ≥ 500 μs-ra kerülnek beállításra.

• Hővezetés javítása:Brazília meleg, nedves klimájára új kompozit hővezető szerkezetet fejlesztek, H osztályú (180°C) izolációval (30°C-rel növelve a hőállóságot a hagyományos tervezéshez képest). A hőszimulációk szerint a forró pont hőemelkedése 60K-n belül marad (a tervezési határértékek alatt).

• Veszteség-számítási módszer módosítása: A reaktor vesztesége a tekercs DC-ellenállási vesztesége (Pdc) és a tekercs további vesztesége (Pa) összege. Adott reaktor szerkezet esetén mind a Pdc, mind a Pa arányos a áram négyzetével. Transzponált vezetők használatával, és csak néhány kis vezető fémrész (mint a csatlakozók) a csatlakozási pontokon (nem-mágneses), a további veszteség alacsony arányú a DC-ellenállási veszteséghez képest. A teszt eredmények szerint a prototípus további vesztesége ~9%-12%, így a veszteség-számítási képlet a következő:

• Feszültség-alkalmazkodás javítása: Az elektromágneses tervezés optimalizálásával bővítették a berendezés feszültség-alkalmazkodási tartományát, hogy kezelni tudja Brazília hálózatának nagy feszültségváltozásait. Ugyanakkor javították a berendezés anti-harmonikus teljesítményét, és csökkentették a harmonikus módokat különleges tekercstervezéssel.

3 Gyakorlati hatások és technikai szabványok értékelése
3.1 Gyakorlati hatások elemzése

A 500 kV szárnyas induktív reaktor alkalmazása a Silvânia Átmerési Állomásban kifejezetten jó teljesítményt mutatott. A CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) tesztjelentés szerint a kulcsfontosságú mutatók:

• Veszteség-szint: Mérési veszteség: 58,367 kW @ 80°C (alacsonyabb, mint a 60 kW határérték), amely bizonyítja a hatékony veszteség-számítási/ellenőrzési módszereket.

• Zajkontroll: Mérési zaj: 57 dB(A) (messze alacsonyabb, mint a 80 dB(A) követelmény), ami a fókuszált zajkontroll tervezésnek köszönhető.

• Hőemelkedési teljesítmény: Átlagos hőemelkedés: 22,9 K; forró pont hőemelkedés: 26,5 K (mindkettő alacsonyabb, mint a tervezési határértékek), amely bizonyítja az új hűtési tervezés hatékonyságát Brazília klimájában.

• Elektromos teljesítmény: Jó teljesítmény a tesztekben (villám- és működési impulzus). Az ABNT NBR 5356-4/IEC 60076-4 paramétereit (T1, Td, Tz) használták a működési impulzus tesztjeire, figyelembe véve a reaktor impedanciáját.

Ezek bizonyítják a reaktor alkalmazhatóságát és előnyeit Brazília hálózatában, különösen az energiahatékonyság és a környezetvédelem terén, támogatva a fenntartható fejlődést. Az eredmények is igazolják a tudományos, előre néző technikai specifikációk hatékonyságát.

3.2 Technikai szabványok optimalizálásának értékelése

A gyakorlat és az üzemeltetés alapján a csapat az alábbi optimalizálásokat javasolja:

• Veszteség-határértékek: Csökkenteni a 500 kV/20 Mvar reaktor veszteség-határértékét 60 kW-ról 58 kW-ra @ 80°C; 75°C-t használni a veszteség-számítás alapértékeként.

• Zajszabványok: Raffinálni a szabványokat (pl. 75 dB(A) lakosság közeli átmerési állomások esetén); figyelembe venni a zajt változó feszültségeknél (pl. 600 kV).

• Hőemelkedési határértékek: Az átlagos hőemelkedési határértéket 60K-ról 50K-ra módosítani; B osztályú izolációt (130°C hőindex, 60/90°C átlagos/forró pont hőemelkedés) meghatározni.

• Izolációs koordináció: A villámimpulzus ellenálló feszültséget 1600 kV-ra emelni (Brazília gyakori villámlásai miatt); 140 kV áramkör-frekvenciás szárnyas ellenálló feszültséget használni a neutrális pont izolációjához. Meghatározni a teszt frekvenciát (≥48 Hz, 80%-a a nominális értéknél) és időtartamát (≥60 s).

• Környezeti alkalmazkodás: Hozzáadni a sóharmat-ellenálló követelményeket (part menti területek); figyelembe venni a EMF hatást, és meghatározni a távolságot. Védőket, szennyezés- és UV-ellenálló bevonatokat használni a tervezésben.

Ezek a javaslatok javítják a reaktor teljesítményét és megbízhatóságát, iránymutatást adnak a jövőbeli szabványoknak, és segítenek Brazília hálózatának hatékony, megbízható és fenntartható fejlődésében.