Технички карактеристики и стандарди на примена за сухи паралелни реактори од 500кВ во Бразил

1 Технички карактеристики и стандардни референци за 500кВ сув паралелен реактор
1.1 Технички карактеристики

500кВ сув паралелен реактор, безмаслен уред за енергетски системи на ултрависоко напон, има основни карактеристики како напредок во изолацијата, иновативно отстранување на топлина, оптимизирана електромагнетна дизајн и модуларна структура. Овие предности, што ги надминуваат традиционалните маслени реактори, исто така ги подобруваат техничките стандарди.

• Напредок во изолацијата: Со користење на епоксидна смола и нанокомпозити (со наночестици SiO₂ што го зголемуваат пробојната јачина на епоксидот за ~40% и почетното напонско висина за делителни разряди за 25%), се подобрува изолацијата и отпорноста на делителни разряди. Овој прорек прикажува потребата за преопределинување на нивоа на изолација и методи за испитување на делителни разряди во стандардите.

• Иновативно отстранување на топлина: Комбинирана структура (многоканално принудено охладување со воздух + фазно-променлив материјал за помош во отстранувањето на топлина) држи температурното повеќевреме на топлите точки под 60K (далеч под IEC границите, потврдено преку конечен елемент анализи и експерименти). Нови методи за испитување на температурното повеќевреме/границите се потребни во стандардите.

• Оптимизирана електромагнетна дизајн: Многослојни црквени намотки и градиентна изолација оптимизираат распределбата на електричното поле, подобрувајќи отпорноста на кратко замкнување. Анализа со конечен елемент покажува ~20% намалување на максималната јачина на електричното поле во намотките. Стандардите треба да вклучат методи за оценка на распределбата на електричното поле и отпорноста на кратко замкнување.

• Модуларна структура: Состои од серијски поврзани идентични основни единици, која облеснува производството, превозот и монтажата на местото. Стандардите треба да вклучат испитни барања за надежност на меѓумодулна врска и целокупна перформанса.

1.2 Референца и формулирање на технички стандарди

При примената на технологијата за 500кВ сув паралелен реактор во Бразил, техничките стандарди играа клучна улога. Исследователската екипа детално се запозна со бразилскиот електричен стандард ABNT NBR 5356 - 6 Трансформатор Дел 6: Реактори, и комбинираше интернационални стандарди како IEC 60076 - 6 Енергетски трансформатори - Дел 6: Реактори и IEEE Std C57.12.90 - 2021 Стандардни испитни процедури за течност-потопени дистрибутивни, енергетски и регулаторни трансформатори, за да разработи техничка спецификација за 500кВ сув паралелен реактор која се прилагодува на контекстот на Бразил.

Клучни фокуси при формулацијата на спецификацијата:

• Ниво на изолација: Прилагодено на мрежата на Бразил, бараните нивоа на изолација беа подигнати (напонска импулсна отпорност: 1550кВ; оперативна импулсна отпорност: 1175кВ - повисоко од кинеските стандарди, но прилагодено на мрежата). Според NBR5356 - 6, времето на превключувачки импулс Tz ≥ 1000 μs и Td ≥ 200 μs.

• Повеќевреме на температура и отстранување на топлина: За високотемпературната околина на Бразил, граничното повеќевреме на просечната температура беше строго поставено од 60K до 50K (со иновативен дизајн на охладување, подигнувајќи го безопасноста). Додадена термална анализа и долготрајно следење на температурата за композитната структура на охладување.

• Барања за загуби и пресметка: Дизајниран според стандардите на Бразил со граница на интерференциони загуби од 0,3%. Користејќи го Додаток B.2 на IEEE Std C57.12.90 - 2021, се изгради моделирање на загуби за 50Hz-60Hz, осигурувајќи точни и сравними пресметки на загуби преку фреквенции.

• Адаптабилност на околината: За гореста и влажна климатска услови на Бразил, додадени беа барања за отпорност на солна магла, отпорност на замрсувачки разряди и УФ светлина, за да се подобри долготрајната надежност. Формулирани беа испитни процедури како убрзано стареење и циклични влажни-топли испити.

2 Примена на практика на 500кВ суви паралелни реактори во Бразил
2.1 Предизвици во воведувањето на технологија и адаптација на стандарди

Примената на технологијата за 500кВ сув паралелен реактор во енергетскиот систем на Бразил прави многу предизвици, потребни се решенија на овие клучни проблеми:

• Разлики во техничките стандарди: Бразилскиот ABNT NBR 5356 - 6 Трансформатор Дел 6: Реактори и Кинескиот GB/T 1094.6 - 2017 Енергетски трансформатори - Дел 6: Реактори се структурно слични, но се разликуваат во конкретните барања и детали на имплементација. Оба се референтни на IEC 60076 - 6, но се локализирани за национални потреби, варирајќи во нивата на изолација, границите на температурното повеќевреме и методите за пресметка на загуби. Овие разлики бараат внимателно третман при адаптацијата на технологијата.

• Адаптабилност на климатот: Тропскиот климат на Бразил (на пример, регион Силвания: годишна просечна температура >25°C, релативна влажност ≥80%) прави повисоки барања за отстранување на топлина и изолација. Такав влажен и топол услов тешко предизвикува изолацијата и временскиот живот на традиционалните енергетски уреди.

• Адаптација на карактеристиките на мрежата: Бразилската 500кВ мрежа има флуктуации на напонот ~15% повисоки од кинеските мрежи на истиот ниво, со различна хармонична околина. Реакторите треба да имаат посилна напонска адаптабилност и отпорност на хармонии.

• Локализирана операција и одржување (O&M): За да се осигура долготрајна надежна работа, треба да се земат предвид локализираните капацитети и навики за O&M, вклучувајќи техничко обука, доставување на зарезервирани делови и локализиране услуги.

2.2 Адаптација и иновација на технички стандарди

За да се справи со овие предизвици, ова истражување предузете иновативни мерки, најважна од кои е приспособувањето на техничките стандарди и спецификациите пред проектот, базирано на фактичката употреба и испитување на новиот сув реактор. Ова реши техничките проблеми со адаптација и дале важна референца за слични проекти.

Клучни модификација на техничките стандарди:

• Откажување на испитот за делителни разряди: Екстерналната корона интерференција на суви реактори значително надминува нивните интерни делителни разряди. Без зрелите методи/критериуми за испитување на интерференциони делителни разряди, и со оглед на тоа дека NBR 5356 - 11 - 2016 се однесува само на нисконапонски суви трансформатори (без екстернална интерференција) и IEEE C57.21 ги освободува сувите паралелни реактори од такви испити, испитот за делителни разряди на 500кВ суви реактори е откажан.

• Оптимизација на изолацијата и времето на испит: Според бразилските стандарди, отпорноста на импулсна молнија е 1550кВ, а оперативна импулсна отпорност е 1175кВ. Зборот на импедансата на реакторот, параметрите на времето за превключувачки импулсни испити се приспособуваат до Td ≥ 120 μs и Tz ≥ 500 μs.

• Подобрување на отстранувањето на топлина: За влажен и топол климат на Бразил, се разви нова композитна структура за отстранување на топлина со класа H (180°C) изолација (подигнувајќи го отпорноста на топлината за 30°C во споредба со традиционалните дизајни). Термални симулации покажуваат дека температурното повеќевреме на топлите точки останува под 60K (под границите на дизајнот).

• Приспособување на методот за пресметка на загуби: Загубите на реакторот вклучуваат DC загуби на намотката (Pdc) и дополнителни загуби на намотката (Pa). За дадена структура на реактор, Pdc и Pa се пропорционални на квадратот на струјата. Користејќи транспонирани проводници, и со само неколку малечки метални компоненти (како конектори) на точките на поврзување (немагнетни), дополнителните загуби се ниски во однос на DC загубите. Резултатите од испитите покажуваат дека дополнителните загуби на прототипот се ~9%-12%, така што формулата за пресметка на загуби е следнава:

• Подобрување на напонската адаптабилност: Чрез оптимизација на електромагнетниот дизајн, опсегот на напонска адаптабилност на опремата беше проширен за да се справи со големите флуктуации на напонот во бразилската енергетска мрежа. Исто така, се подобри отпорноста на хармонии на опремата, и се намали бројот на хармонични режими преку специјален дизајн на намотката.

3 Оценка на практичните ефекти и технички стандарди
3.1 Анализа на практичните ефекти

Чрез примена во подстанцијата Силвания, 500кВ сув паралелен реактор покажа одлична перформанса. Според испитниот извештај CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), клучни индикатори:

• Ниво на загуби: Измерени загуби: 58.367кW @ 80°C (под границата од 60кW), верификувајќи ефективни методи за пресметка и контрола на загуби.

• Контрола на шум: Измерен шум: 57дБ(A) (значително под барањето од 80дБ(A)), благодарение на фокусиран дизајн за контрола на шум.

• Перформанса на температурното повеќевреме: Просечно повеќевреме на температура: 22.9K; повеќевреме на топлите точки: 26.5K (оба под границите на дизајнот), потврдувајќи новиот дизајн на охладување за климатот на Бразил.

• Електрична перформанса: Добри резултати во испити (импулси на молнија/оперативни импулси). Користејќи параметри на ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) за оперативни импулси, враќајќи се на импедансата на реакторот.

Овие резултати докажуваат применимоста и превршноста на реакторот во мрежата на Бразил, особено во енергетска ефикасност и заштита на околината, поддржувајќи устойчиво развитие. Резултатите исто така верификуваат научни и прегледни технички спецификации.

3.2 Оценка на оптимизацијата на технички стандарди

На основа на практика и функционирање, екипата предлажа следниве оптимизации:

• Граница на загуби: Намалување на границата на загуби за 500кВ/20Mvar реактор од 60кW @ 80°C до 58кW @ 80°C; користење на 75°C за референција на пресметка на загуби.

• Стандарди за шум: Подобрување на стандардите (на пример, 75дБ(A) за подстанции близу до жилишта); разгледување на шумот при различни напони (на пример, 600кВ).

• Граница на температурното повеќевреме: Приспособување на просечната граница на температурното повеќевреме од 60K до 50K; специфицирање на класа B изолација (индекс на температура 130°C, просечно/повеќевреме на топлите точки 60/90°C).

• Координација на изолацијата: Подигнување на отпорноста на импулсна молнија до 1600кВ (за честите молнии во Бразил); користење на 140кВ силно-фреквенцијска суха отпорност за изолација на неутрална точка. Дефинирање на фреквенција на испит (≥48Hz, 80% од номиналната) и длабочина (≥60s).

• Адаптабилност на околината: Додавање на барања за отпорност на солна магла (областите на побережјето); разгледување на влијанието на електромагнетното поле, дефинирање на разстояние. Користење на щитови, антизамрсувачки и UV покривања во дизајнот.

Овие препораки подобруваат перформансата и надежноста на реакторот, даваат насока за идните стандарди и помагаат на енергетската мрежа на Бразил да се развива ефикасно, надежно и устойчиво.