브라질의 500kV 건식 병렬 리액터의 기술적 특징 및 적용 표준

1 기술적 특징 및 표준 참조 사항 - 500kV 건식 병렬 리액터
1.1 기술적 특징

500kV 건식 병렬 리액터는 초고압 송전 시스템을 위한 유류 없는 전력 장비로, 고급 절연, 혁신적인 열 방출, 최적화된 전자기 설계, 모듈 구조와 같은 핵심 특징을 갖추고 있습니다. 이러한 장점은 기존의 유침식 리액터를 능가하며 새로운 기술 표준 요구사항을 촉진합니다.

• 고급 절연: 에폭시 수지 주조와 나노복합재료(나노 SiO₂ 입자가 에폭시의 파괴 강도를 약 40%, 부분 방전 초기 전압을 25% 증가)를 사용하여 절연과 부분 방전 저항을 향상시킵니다. 이 돌파구는 절연 수준과 부분 방전 시험 방법에 대한 표준 재정의를 요구합니다.

• 혁신적인 열 방출: 복합 구조(다중 채널 강제 공기 냉각 + 상변환 물질 보조 열 방출)를 통해 핫 스팟 온도 상승을 60K 이내로 유지합니다(IEC 제한치보다 낮음, 유한 요소 분석 및 실험으로 검증). 새로운 온도 상승 시험 방법/제한이 표준에 필요합니다.

• 최적화된 전자기 설계: 다층 겹쳐진 감전과 경사 절연으로 전기장 분포를 최적화하여 단락 저항을 향상시킵니다. 유한 요소 분석 결과, 감전 내 최대 전기장 세기가 약 20% 감소함을 확인했습니다. 표준에는 전기장 분포 및 단락 저항 평가 방법을 추가해야 합니다.

• 모듈 구조: 직렬로 연결된 동일한 기본 단위로 구성되어 제조, 운송, 현장 설치를 용이하게 합니다. 표준에는 모듈 간 연결 신뢰성 및 전체 성능 일관성에 대한 시험 요구사항이 필요합니다.

1.2 기술 표준 참고 및 작성

브라질에서 500kV 건식 병렬 리액터 기술을 적용하는 과정에서 기술 표준이 중요한 역할을 했습니다. 연구팀은 브라질의 전기 표준 ABNT NBR 5356 - 6 트랜스포머 부문 6: 리액터를 깊이 연구하고, 국제 표준인 IEC 60076 - 6 전력 트랜스포머 - 부문 6: 리액터와 IEEE Std C57.12.90 - 2021 유체 침수형 배전, 전력, 조절 트랜스포머의 표준 시험 절차를 결합하여 브라질의 상황에 맞는 500kV 건식 병렬 리액터 기술 사양을 개발했습니다.

기술 사양 작성 시 주요 포커스:

• 절연 수준: 브라질의 전력망에 맞춰 절연 요구사항을 높였습니다(번개 충격 인내 전압: 1550kV; 작동 충격 인내 전압: 1175kV - 중국 표준보다 높지만 전력망에 적합). NBR5356 - 6에 따라 스위칭 충격 시험 Tz ≥ 1000 μs, Td ≥ 200 μs.

• 온도 상승 및 열 방출: 브라질의 고온 환경을 고려해 평균 온도 상승 제한을 60K에서 50K로 조정했습니다(혁신적인 냉각 설계로 안전성을 향상). 복합 냉각 구조에 대한 열 영상 분석 및 장기 온도 모니터링을 추가했습니다.

• 손실 요구사항 및 계산: 브라질의 표준에 따라 0.3% 간섭 손실 제한을 설계했습니다. IEEE Std C57.12.90 - 2021 부록 B.2를 사용해 50Hz-60Hz 손실 변환 모델을 구축하여 주파수 간 정확하고 비교 가능한 손실 계산을 보장했습니다.

• 환경 적응성: 브라질의 더운 습한 기후를 고려해 염무, 오염 플래시오버, 자외선 저항 요구사항을 추가하여 장기 신뢰성을 향상시켰습니다. 가속 노화 및 습열 주기 시험을 포함한 시험을 설정했습니다.

2 브라질에서 500kV 건식 병렬 리액터의 적용 실천
2.1 기술 도입 및 표준 적응의 도전

브라질의 전력 시스템에 500kV 건식 병렬 리액터 기술을 적용하는 것은 여러 도전을 수반하며, 이러한 주요 문제들을 해결해야 합니다:

• 기술 표준 차이: 브라질의 ABNT NBR 5356 - 6 트랜스포머 부문 6: 리액터와 중국의 GB/T 1094.6 - 2017 전력 트랜스포머 - 부문 6: 리액터는 구조적으로 유사하지만 특정 요구사항과 구현 세부 사항이 다릅니다. 두 표준 모두 IEC 60076 - 6을 참조하지만 국가적 요구에 맞게 지역화되어 있어, 절연 수준, 온도 상승 제한, 손실 계산 방법 등에서 차이가 있습니다. 이러한 차이는 기술 적응 시 신중하게 처리해야 합니다.

• 기후 적응성: 브라질의 열대 기후(예: 실바니아 지역: 연평균 기온 >25°C, 상대 습도 ≥80%)는 열 방출과 절연에 더 높은 요구사항을 제기합니다. 이러한 더운 습한 환경은 전통적인 전력 장비의 절연과 수명에 심각한 도전입니다.

• 전력망 특성 적응: 브라질의 500kV 전력망은 중국의 동일 수준 전력망보다 약 15% 더 큰 전압 변동을 보이며, 다른 고조파 환경을 가지고 있습니다. 리액터는 더 강한 전압 적응성과 고조파 저항성이 필요합니다.

• 지역화된 운영 및 유지보수(O&M) 요구사항: 장기적인 안정적인 운영을 위해 지역화된 O&M 능력과 습관을 고려해야 합니다. 기술 교육, 예비 부품 공급, 지역화된 서비스 등을 포함합니다.

2.2 기술 표준의 조정 및 혁신

위의 도전을 해결하기 위해 본 연구는 혁신적인 조치를 취했으며, 가장 중요한 것은 실제 사용과 새로운 건식 리액터의 시험을 바탕으로 프로젝트 전 기술 표준과 사양을 조정한 것입니다. 이를 통해 기술 적응 문제를 해결하고 유사한 프로젝트에 대한 중요한 참조를 제공했습니다.

주요 기술 표준 수정 사항:

• 부분 방전 시험 취소: 건식 리액터의 외부 코로나 간섭이 내부 부분 방전보다 훨씬 큽니다. 외부 간섭 부분 방전에 대한 성숙한 시험 방법/기준이 없으며, NBR 5356 - 11 - 2016은 저전압 건식 트랜스포머(외부 간섭 없음)에만 적용되며, IEEE C57.21은 건식 병렬 리액터에서 이러한 시험을 면제하므로 500kV 건식 리액터의 부분 방전 시험은 취소됩니다.

• 절연 및 시험 시간 최적화: 브라질 표준에 따르면 번개 충격 인내 전압은 1550kV, 작동 충격 인내 전압은 1175kV입니다. 리액터 임피던스로 인해 스위칭 충격 시험 시간 매개변수는 Td ≥ 120 μs, Tz ≥ 500 μs로 조정되었습니다.

• 열 방출 향상: 브라질의 더운 습한 기후를 고려해 Class H(180°C) 절연(전통적인 설계보다 30°C 더 높은 열 저항)을 사용하는 새로운 복합 열 방출 구조를 개발했습니다. 열 시뮬레이션 결과, 핫 스팟 온도 상승이 설계 한도인 60K 이내로 유지됩니다.

• 손실 계산 방법 조정: 리액터의 손실은 감전의 직류 저항 손실(Pdc)과 감전의 추가 손실(Pa)로 구성됩니다. 주어진 리액터 구조에서 Pdc와 Pa는 전류의 제곱에 비례합니다. 전도체 교환이 이루어지고, 연결 지점에서 소수의 작은 금속 부품(예: 커넥터)만 있는 경우(비자성), 추가 손실은 DC 손실의 낮은 비율을 차지합니다. 시험 결과, 프로토타입의 추가 손실은 약 9%~12%로, 손실 계산 공식은 다음과 같습니다:

• 전압 적응성 향상: 전자기 설계를 최적화하여 브라질 전력망의 큰 전압 변동에 대응하도록 장비의 전압 적응 범위를 확장했습니다. 또한 장비의 고조파 저항성을 향상시키고, 특수 감전 설계를 통해 고조파 모드를 줄였습니다.

3 실제 효과 및 기술 표준 평가
3.1 실제 효과 분석

실바니아 변전소에서의 적용을 통해 500kV 건식 병렬 리액터는 우수한 성능을 보였습니다. CEPRI-EETC03-2022-0880(E) 시험 보고서에 따르면, 주요 지표는 다음과 같습니다:

• 손실 수준: 측정 손실: 58.367kW @ 80°C (60kW 제한 아래), 효과적인 손실 계산 및 제어 방법을 확인했습니다.

• 소음 관리: 측정 소음: 57dB(A) (80dB(A) 요구사항 미만), 집중적인 소음 관리 설계 덕분입니다.

• 온도 상승 성능: 평균 온도 상승: 22.9K; 핫 스팟 온도 상승: 26.5K (둘 다 설계 한도 이하), 브라질의 기후에 맞춘 새로운 냉각 설계를 검증했습니다.

• 전기 성능: 시험(번개/작동 충격)에서 양호한 성능을 보였습니다. ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 매개변수(T1, Td, Tz)를 사용하여 작동 충격 시험을 수행했으며, 리액터 임피던스를 고려했습니다.

이러한 결과는 리액터가 브라질 전력망에서의 적용 가능성과 우월성을 입증하며, 특히 에너지 효율성과 환경 보호 측면에서 지속 가능한 발전을 지원합니다. 결과는 과학적이고 미래 지향적인 기술 사양을 검증합니다.

3.2 기술 표준 최적화 평가

실제 적용 및 운영을 바탕으로 팀은 다음과 같은 최적화를 제안합니다:

• 손실 제한: 500kV/20Mvar 리액터의 손실 제한을 60kW @ 80°C에서 58kW @ 80°C로 낮추고, 손실 계산 기준 온도를 75°C로 사용합니다.

• 소음 표준: 표준을 세분화합니다(예: 주거지 근처 변전소의 경우 75dB(A)); 다양한 전압(예: 600kV)에서의 소음을 고려합니다.

• 온도 상승 제한: 평균 온도 상승 제한을 60K에서 50K로 조정하고, Class B 절연(130°C 온도 지수, 60/90°C 평균/핫 스팟 온도 상승)을 지정합니다.

• 절연 조정: 번개 충격 인내 전압을 1600kV로 높이고(브라질의 빈번한 번개 고려), 중립점 절연을 위해 140kV 전력 주파수 건식 인내 시험을 사용합니다. 시험 주파수(≥48Hz, 정격의 80%)와 지속 시간(≥60초)을 정의합니다.

• 환경 적응성: 해안 지역의 염무 저항 요구사항을 추가하고, 전자기장 영향을 고려하여 간격을 설정합니다. 설계에 방패, 오염 및 자외선 저항 코팅을 사용합니다.

이러한 제안은 리액터의 성능과 신뢰성을 향상시키고, 향후 표준을 안내하며, 브라질 전력망의 효율적, 안정적, 지속 가능한 발전을 돕습니다.