Ciri-ciri Teknikal Aplikasi dan Piawaian Reaktor Seri Kering 500kV di Brazil

1 Ciri Teknikal dan Rujukan Standard bagi Reaktor Seri Kering 500kV
1.1 Ciri Teknikal

Reaktor seri kering 500kV, peranti kuasa bebas minyak untuk sistem penghantaran ultra-tinggi voltan, mempunyai ciri-ciri utama seperti pemisahan elektrik canggih, penyejukan inovatif, reka bentuk elektromagnetik yang dioptimumkan, dan struktur modul. Kelebihan-kelebihan ini, yang lebih unggul daripada reaktor berendam minyak tradisional, juga mendorong permintaan standard teknikal baru.

• Pemisahan Elektrik Canggih: Menggunakan tuangan resin epoksi dan nanokomposit (dengan zarah nano-SiO₂ meningkatkan kekuatan rintangan epoksi sebanyak ~40% dan voltan awal pelepasan separa sebanyak 25%), ia meningkatkan pemisahan elektrik dan ketahanan terhadap pelepasan separa. Penemuan ini memerlukan semula definisi tahap pemisahan elektrik dan kaedah ujian pelepasan separa dalam standard.

• Penyejukan Inovatif: Struktur komposit (penyejukan udara paksa saluran berganda + bahan fasa perubahan yang membantu penyejukan) mengekalkan peningkatan suhu tempat panas dalam 60K (jauh di bawah had IEC, disahkan melalui analisis unsur terbatas dan eksperimen). Kaedah ujian/limit peningkatan suhu baharu diperlukan dalam standard.

• Reka Bentuk Elektromagnetik Dioptimumkan: Pembungkusan bertingkat berturut-turut dan pemisahan elektrik gradien mengoptimumkan pembahagian medan elektrik, meningkatkan ketahanan terhadap pendek sirkuit. Analisis unsur terbatas menunjukkan pengurangan sebanyak ~20% dalam kekuatan medan elektrik maksimum dalam pembungkusan. Standard harus menambah kaedah penilaian untuk pembahagian medan elektrik dan ketahanan terhadap pendek sirkuit.

• Struktur Modul: Terdiri daripada unit asas yang sama yang disambungkan secara bersiri, memudahkan pembuatan, pengangkutan, dan pemasangan di tapak. Standard memerlukan syarat ujian untuk kebolehpercayaan sambungan antara modul dan konsistensi prestasi keseluruhan.

1.2 Rujukan dan Perumusan Standard Teknikal

Dalam penggunaan teknologi reaktor seri kering 500kV di Brazil, standard teknikal memainkan peranan penting. Pasukan penyelidik mendalami standard elektrik Brazil ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Bahagian 6: Reaktor, dan menggabungkan standard antarabangsa seperti IEC 60076 - 6 Power Transformers - Bahagian 6: Reaktor dan IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immursed Distribution, Power, and Regulating Transformers, untuk membangunkan spesifikasi teknikal reaktor seri kering 500kV yang sesuai dengan konteks Brazil.

Fokus utama semasa perumusan spesifikasi:

• Tahap Pemisahan Elektrik: Disesuaikan dengan grid Brazil, keperluan pemisahan elektrik ditingkatkan (voltan tahanan impak petir: 1550kV; voltan tahanan impak operasi: 1175kV - lebih tinggi daripada standard China tetapi sesuai dengan grid). Berdasarkan NBR5356 - 6, ujian impak beralih Tz ≥ 1000 μs dan Td ≥ 200 μs.

• Peningkatan Suhu & Penyejukan: Untuk persekitaran suhu tinggi Brazil, had purata peningkatan suhu ditetapkan dari 60K kepada 50K (melalui reka bentuk penyejukan inovatif, meningkatkan keselamatan). Ditambah analisis imej termal dan pemantauan suhu jangka panjang untuk struktur penyejukan komposit.

• Keperluan Rugi & Pengiraan: Direka berdasarkan standard Brazil dengan had rugi gangguan 0.3%. Menggunakan Lampiran B.2 IEEE Std C57.12.90 - 2021, model pengubahsuaian rugi 50Hz-60Hz dibina, memastikan pengiraan rugi yang tepat dan boleh dibandingkan pada frekuensi yang berbeza.

• Kesesuaian Persekitaran: Untuk iklim panas dan lembap Brazil, ditambah keperluan anti-kabus garam, anti-penyalaan pencemaran, dan anti-UV untuk meningkatkan kebolehpercayaan jangka panjang. Diformulasikan ujian seperti penuaan dipertingkatkan dan ujian siklus panas-lembap.

2 Amalan Penggunaan Reaktor Seri Kering 500kV di Brazil
2.1 Cabaran dalam Pengenalan Teknologi dan Penyesuaian Standard

Penggunaan teknologi reaktor seri kering 500kV dalam sistem kuasa Brazil membawa pelbagai cabaran, memerlukan penyelesaian isu-isu utama berikut:

• Perbezaan Standard Teknikal: ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Bahagian 6: Reaktor Brazil dan GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Bahagian 6: Reaktor China adalah serupa struktur tetapi berbeza dalam keperluan spesifik dan butir-butir pelaksanaan. Kedua-duanya merujuk IEC 60076 - 6 tetapi disesuaikan dengan keperluan nasional, berbeza dalam tahap pemisahan elektrik, had peningkatan suhu, dan kaedah pengiraan rugi. Perbezaan-perbezaan ini memerlukan penanganan berhati-hati semasa penyesuaian teknologi.

• Kesesuaian Iklim: Iklim tropika Brazil (contohnya, kawasan Silvânia: purata suhu tahunan >25°C, kelembapan relatif ≥80%) memberi tekanan lebih tinggi terhadap penyejukan dan pemisahan elektrik. Persekitaran panas dan lembap ini mencabar pemisahan elektrik dan jangka hayat peralatan kuasa tradisional.

• Penyesuaian Karakteristik Grid: Grid 500kV Brazil mempunyai fluktuasi voltan ~15% lebih tinggi daripada grid setaraf di China, dengan persekitaran harmonik yang berbeza. Reaktor memerlukan ketahanan voltan yang lebih kuat dan prestasi anti-harmonik.

• Kebutuhan Operasi & Pemeliharaan (O&M) Lokal: Untuk memastikan operasi yang boleh dipercayai jangka panjang, keupayaan/habit O&M lokal harus dipertimbangkan, meliputi latihan teknikal, bekalan bahagian gantian, dan perkhidmatan tempatan.

2.2 Penyesuaian dan Inovasi Standard Teknikal

Untuk mengatasi cabaran-cabaran di atas, penyelidikan ini mengambil langkah-langkah inovatif, yang paling penting adalah menyesuaikan standard teknikal pra-projek berdasarkan penggunaan dan ujian reaktor kering baharu. Ini menyelesaikan isu-isu penyesuaian teknikal dan memberikan rujukan penting untuk projek-projek serupa.

Modifikasi standard teknikal utama:

• Batalkan Ujian Pelepasan Separuh: Gangguan korona luaran pada reaktor kering jauh melebihi pelepasan separuh dalaman. Tanpa kaedah ujian/kriteria matang untuk pelepasan separuh gangguan, dan mengingat NBR 5356 - 11 - 2016 hanya berlaku untuk transformator kering tegangan rendah (tanpa gangguan luaran) dan IEEE C57.21 mengcualikan reaktor seri kering daripada ujian tersebut, ujian pelepasan separuh untuk reaktor kering 500kV dibatalkan.

• Optimalkan Pemisahan Elektrik & Masa Ujian: Berdasarkan standard Brazil, voltan tahanan impak petir adalah 1550kV dan voltan tahanan impak operasi adalah 1175kV. Karena rintangan reaktor, parameter masa ujian impak beralih disesuaikan kepada Td ≥ 120 μs dan Tz ≥ 500 μs.

• Meningkatkan Penyejukan: Untuk iklim panas dan lembap Brazil, struktur penyejukan komposit baharu menggunakan pemisahan elektrik Kelas H (180°C) (meningkatkan ketahanan haba sebanyak 30°C berbanding reka bentuk tradisional) dibangunkan. Simulasi termal menunjukkan peningkatan suhu tempat panas berada dalam 60K (di bawah had reka bentuk).

• Penyesuaian Kaedah Pengiraan Rugi: Rugi reaktor terdiri daripada rugi rintangan DC pembungkusan (Pdc) dan rugi tambahan pembungkusan (Pa). Untuk struktur reaktor tertentu, kedua-dua Pdc dan Pa berkadar dengan kuasa dua arus. Dengan menggunakan konduktor transpos, dan hanya beberapa komponen logam konduktif kecil (seperti penghubung) di titik sambungan (non-magnetik), rugi tambahan mengambil bahagian kecil daripada rugi DC. Hasil ujian menunjukkan rugi tambahan prototaip adalah ~9%-12%, jadi formula pengiraan rugi adalah seperti berikut:

• Meningkatkan Ketahanan Voltan: Dengan mengoptimumkan reka bentuk elektromagnetik, julat ketahanan voltan peralatan diperluaskan untuk mengatasi fluktuasi voltan besar dalam grid kuasa Brazil. Sementara itu, prestasi anti-harmonik peralatan ditingkatkan, dan mod harmonik dikurangkan melalui reka bentuk pembungkusan khas.

3 Penilaian Kesan Praktikal dan Standard Teknikal
3.1 Analisis Kesan Praktikal

Melalui aplikasi di Substesen Silvânia, reaktor seri kering 500kV menunjukkan prestasi yang cemerlang. Berdasarkan laporan ujian CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), penunjuk utama:

• Tahap Rugi: Rugi yang diukur: 58.367kW @ 80°C (di bawah had 60kW), mengesahkan kaedah pengiraan/pengawalan rugi yang efektif.

• Kawalan Bunyi: Bunyi yang diukur: 57dB(A) (jauh di bawah keperluan 80dB(A)), berkat reka bentuk kawalan bunyi yang difokuskan.

• Prestasi Peningkatan Suhu: Peningkatan suhu purata: 22.9K; peningkatan suhu tempat panas: 26.5K (kedua-duanya di bawah had reka bentuk), mengesahkan reka bentuk penyejukan baharu untuk iklim Brazil.

• Prestasi Elektrik: Berprestasi baik dalam ujian (impak petir/operasi). Parameter ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) digunakan untuk impak operasi, mempertimbangkan rintangan reaktor.

Ini membuktikan kesesuaian/superioritas reaktor dalam grid Brazil, terutamanya dalam kecekapan tenaga/pelestarian alam, menyokong pembangunan lestari. Hasil-hasil ini juga mengesahkan spesifikasi teknikal yang saintifik dan progresif.

3.2 Penilaian Optimalisasi Standard Teknikal

Berdasarkan amalan/operasi, pasukan mencadangkan optimalisasi:

• Had Rugi: Turunkan had rugi reaktor 500kV/20Mvar daripada 60kW @ 80°C kepada 58kW @ 80°C; gunakan 75°C sebagai rujukan pengiraan rugi.

• Standard Bunyi: Haluskan standard (contohnya, 75dB(A) untuk subestesen berdekatan tempat perumahan); pertimbangkan bunyi di bawah voltan berbeza (contohnya, 600kV).

• Had Peningkatan Suhu: Sesuaikan had peningkatan suhu purata daripada 60K kepada 50K; nyatakan pemisahan elektrik Kelas B (indeks suhu 130°C, peningkatan suhu purata/tempat panas 60/90°C).

• Koordinasi Pemisahan Elektrik: Tingkatkan voltan tahanan impak petir kepada 1600kV (untuk kekerapan petir di Brazil); gunakan 140kV tahanan kering daya frekuensi neutral-point. Tentukan frekuensi ujian (≥48Hz, 80% daripada terletak) dan tempoh (≥60s).

• Kesesuaian Persekitaran: Tambah keperluan anti-kabus garam (kawasan pantai); pertimbangkan kesan EMF, tentukan jarak. Gunakan perisai, lapisan anti-pencemaran/UV dalam reka bentuk.

Cadangan ini meningkatkan prestasi/kebolehpercayaan reaktor, pandu standard masa depan, dan membantu perkembangan grid Brazil yang cekap, boleh dipercayai, dan lestari.