500kV乾式並列リアクターの技術的特徴と適用基準ブラジルにおける
1 技術的特徴と500kV乾式並列リアクトルの標準参照
1.1 技術的特徴
500kV乾式並列リアクトルは、超高圧送電システム向けの油を使用しない電力装置であり、先進的な絶縁、革新的な放熱、最適化された電磁設計、モジュール構造などの主要な特徴を備えています。これらの利点は、伝統的な油浸型リアクトルを上回り、新たな技術標準の要求を駆動します。
先進的な絶縁：エポキシ樹脂キャストとナノ複合材料（ナノSiO₂粒子によりエポキシの耐電圧が約40%、部分放電初期電圧が25%向上）を使用することで、絶縁性と部分放電耐性が向上します。このブレークスルーにより、標準における絶縁レベルと部分放電試験方法の再定義が必要となります。
革新的な放熱：複合構造（多チャネル強制空冷+相変化材料による放熱補助）により、ホットスポットの温度上昇を60K以内に抑えます（IECの限界値を大幅に下回り、有限要素解析と実験で確認済み）。新しい温度上昇試験方法/限界値が必要です。
最適化された電磁設計：多層ずらし巻き線と勾配絶縁により、電界分布が最適化され、短絡耐性が向上します。有限要素解析では、巻線内の最大電界強度が約20%減少することが示されています。標準には、電界分布と短絡耐性の評価方法を追加する必要があります。
モジュール構造：同一の基本ユニットを直列に接続することで構成され、製造、輸送、現場での設置が容易になります。標準には、モジュール間接続の信頼性と全体的な性能の一貫性に関する試験要件が必要です。
1.2 技術標準の参照と策定
ブラジルでの500kV乾式並列リアクトル技術の適用において、技術標準は重要な役割を果たしました。研究チームはブラジルの電気標準ABNT NBR 5356 - 6 トランスフォーマー第6部：リアクトルを深く調査し、国際標準であるIEC 60076 - 6 電力変圧器 第6部：リアクトルやIEEE Std C57.12.90 - 2021 液体浸漬配電、電力および調整変圧器の標準試験手順を組み合わせて、ブラジルの状況に適合する500kV乾式並列リアクトル技術仕様を開発しました。
仕様策定時の主な焦点：
絶縁レベル：ブラジルの電力網に合わせて、絶縁要件を引き上げました（雷衝撃耐電圧：1550kV；動作衝撃耐電圧：1175kV - 中国の標準よりも高いが、電力網に適しています）。NBR5356 - 6によれば、切替衝撃試験Tz ≥ 1000 μs、Td ≥ 200 μs。
温度上昇と放熱：ブラジルの高温環境に対応するために、平均温度上昇限界を60Kから50Kに厳格化しました（革新的な冷却設計により安全性が向上）。複合冷却構造のための熱画像分析と長期温度監視を追加しました。
損失要件と計算：ブラジルの標準に基づいて、干渉損失限界を0.3%に設定しました。IEEE Std C57.12.90 - 2021付録B.2を使用して、50Hz-60Hz損失変換モデルを構築し、周波数間での正確かつ比較可能な損失計算を確保しました。
環境適応性：ブラジルの高温多湿な気候に対応するために、塩霧耐性、汚染フラッシュオーバー耐性、紫外線耐性要件を追加し、長期的な信頼性を高めました。加速老化試験や湿熱サイクル試験などの試験を策定しました。
2 ブラジルでの500kV乾式並列リアクトルの適用実践
2.1 技術導入と標準適応の課題
ブラジルの電力システムに500kV乾式並列リアクトル技術を適用することは、多くの課題を伴います。これらの主要な問題に対する解決策が必要です：
技術標準の違い：ブラジルのABNT NBR 5356 - 6 トランスフォーマー第6部：リアクトルと中国のGB/T 1094.6 - 2017 電力変圧器 第6部：リアクトルは構造的には似ていますが、具体的な要件と実装詳細が異なります。両方ともIEC 60076 - 6を参照していますが、国家のニーズに合わせて局所化されており、絶縁レベル、温度上昇限界、損失計算方法が異なります。これらの違いは、技術適応時に慎重に扱う必要があります。
気候適応性：ブラジルの熱帯気候（例えばシルヴァニア地域：年平均気温>25°C、相対湿度≥80%）は、より高い放熱と絶縁を必要とします。このような高温多湿な環境は、従来の電力設備の絶縁と寿命に深刻な挑戦を与えます。
電力網特性への適応：ブラジルの500kV電力網は、中国の同レベルの電力網よりも約15%高い電圧変動があり、異なる高調波環境があります。リアクトルは、より強い電圧適応性と高調波耐性が必要です。
局所的な運用・保守（O&M）の要件：長期的な信頼性のある運転を確保するため、技術トレーニング、部品供給、局所サービスなどを考慮した局所的なO&M能力/習慣を考慮する必要があります。
2.2 技術標準の調整と革新
上記の課題に対処するために、本研究では革新的な措置を講じました。最も重要なのは、新規乾式リアクトルの実際の使用と試験に基づいて事前プロジェクトの技術標準と仕様を調整することでした。これにより、技術適応の問題が解決され、類似のプロジェクトにとって重要な参考となりました。
主な技術標準の修正点：
部分放電試験のキャンセル：乾式リアクトルの外部コロナ干渉は内部部分放電を大きく上回ります。成熟した干渉部分放電の試験方法/基準がなく、NBR 5356 - 11 - 2016は低電圧乾式変圧器（外部干渉なし）にのみ適用され、IEEE C57.21は乾式並列リアクトルからそのような試験を免除していることを考慮して、500kV乾式リアクトルの部分放電試験はキャンセルされました。
絶縁と試験時間の最適化：ブラジルの標準によれば、雷衝撃耐電圧は1550kV、動作衝撃耐電圧は1175kVです。リアクトルのインピーダンスにより、切替衝撃試験の時間パラメータはTd ≥ 120 μs、Tz ≥ 500 μsに調整されました。
放熱の強化：ブラジルの高温多湿な気候に対応するために、クラスH（180°C）の絶縁を使用した新しい複合放熱構造を開発しました。これは従来の設計よりも30°Cの耐熱性が向上しており、熱シミュレーションではホットスポットの温度上昇が60K以下（設計限界以下）に抑えられます。
損失計算方法の調整：リアクトルの損失は、巻線の直流抵抗損失（Pdc）と巻線の追加損失（Pa）で構成されます。特定のリアクトル構造では、PdcとPaはいずれも電流の2乗に比例します。トランスポーズドコンダクタを使用し、接続点（非磁性）にわずかな小さな導体金属部品（コネクタなど）しかない場合、追加損失は直流損失の低い割合を占めます。試験結果ではプロトタイプの追加損失は約9％〜12％であり、以下の損失計算式が使用されます：
電圧適応性の強化：電磁設計を最適化することで、機器の電圧適応範囲を拡大し、ブラジルの電力網における大きな電圧変動に対応しました。同時に、機器の高調波耐性を改善し、特殊な巻線設計により高調波モードを減らしました。
3 実用効果と技術標準の評価
3.1 実用効果の分析
シルヴァニア変電所での適用を通じて、500kV乾式並列リアクトルは優れた性能を示しました。CEPRI - EETC03 - 2022 - 0880 (E)試験報告書によると、主要指標は以下の通りです：
損失レベル：測定損失：80°Cで58.367kW（60kWの限界以下）、有効な損失計算/制御方法が検証されました。
騒音制御：測定騒音：57dB(A)（80dB(A)の要求を大幅に下回り）、騒音制御設計により達成されました。
温度上昇性能：平均温度上昇：22.9K；ホットスポット上昇：26.5K（両方とも設計限界以下）、ブラジルの気候に適した新しい冷却設計が検証されました。
電気性能：雷衝撃/動作衝撃試験で良好な性能を示しました。ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4のパラメータ（T1、Td、Tz）を使用して動作衝撃試験を行い、リアクトルのインピーダンスを考慮しました。
これらは、リアクトルがブラジルの電力網に適用可能かつ優れていることを証明し、特にエネルギー効率と環境保護において持続可能な発展を支援します。結果は科学的で先見的な技術仕様を検証しています。
3.2 技術標準最適化の評価
実践と運用に基づいて、チームは以下の最適化を提案しています：
損失限界：500kV/20Mvarリアクトルの損失限界を80°Cで60kWから58kWに引き下げ、損失計算の基準温度を75°Cに設定します。
騒音標準：標準を精緻化（例えば、住宅近くの変電所では75dB(A)）し、異なる電圧（例えば、600kV）での騒音を考慮します。
温度上昇限界：平均温度上昇限界を60Kから50Kに調整し、クラスB絶縁（130°Cの温度指数、60/90°Cの平均/ホットスポット上昇）を指定します。
絶縁調整：雷衝撃耐電圧を1600kVに引き上げ（ブラジルの頻繁な落雷に対応）、中性点絶縁のための電源周波数乾燥耐電圧を140kVに設定します。試験周波数（≥48Hz、額定の80%）と試験時間（≥60秒）を定義します。
環境適応性：沿岸地域向けの塩霧耐性要件を追加し、電磁場（EMF）の影響を考慮し、間隔を設定します。設計ではシールド、汚染防止/UVコーティングを使用します。
これらの提案により、リアクトルの性能と信頼性が向上し、将来の標準をガイドし、ブラジルの電力網が効率的、信頼的、持続的に発展する助けとなります。
