Technische kenmerken toepassing en normen van 500kV droogtype parallelreactoren in Brazilië

1 Technische Kenmerken en Referentiestandaarden van 500kV Droogtype Schakelreactors
1.1 Technische Kenmerken

De 500kV droogtype schakelreactor, een olievrije krachtapparaat voor ultra-hoogspanningsvoorzieningen, onderscheidt zich door geavanceerde isolatie, innovatieve warmteafvoer, geoptimaliseerde elektromagnetische ontwerp en modulaire structuur. Deze voordelen, die traditionele oliegebaseerde reactors overtreffen, stellen ook nieuwe technische standaardvereisten.

• Geavanceerde Isolatie: Door het gebruik van epoxyhars gieten en nanocomposieten (met nano-SiO₂ deeltjes die de breksterkte van epoxy met ~40% verhogen en de initiële spanning van partiële ontlading met 25%) wordt de isolatie en het weerstandsvermogen tegen partiële ontlading verbeterd. Deze doorbraak vereist een herdefinitie van isolatieniveaus en methoden voor partiële ontladingsproeven in standaarden.

• Innovatieve Warmteafvoer: Een composietstructuur (meerkanaal gedwongen luchtverkoeling + faseveranderend materiaal ondersteunde warmteafvoer) houdt de temperatuurstijging op hete punten binnen 60K (ver onder IEC-limieten, bevestigd via eindige-elementanalyse en experimenten). Nieuwe methoden/limieten voor temperatuurstijgingsproeven zijn nodig in standaarden.

• Geoptimaliseerd Elektromagnetisch Ontwerp: Meerkoppig gestapeld spoelwerk en gradientisolatie optimaliseren de elektrisch veldverdeling, waardoor de korte-sluiterstandverhooging verbetert. Eindige-elementanalyse toont aan dat de maximale elektrisch veldsterkte in de windingen met ~20% is afgenomen. Standaarden moeten evaluatiemethoden toevoegen voor elektrisch veldverdeling en korte-sluiterstandverhooging.

• Modulaire Structuur: Samengesteld uit serieverbonden identieke basisunits, wat de productie, transport en plaatselijke installatie vergemakkelijkt. Standaarden hebben testvereisten nodig voor de betrouwbaarheid van intermodulaire verbindingen en consistentie van de algehele prestaties.

1.2 Referentie en Formulering van Technische Standaarden

Bij de toepassing van 500kV droogtype schakelreactortechnologie in Brazilië speelden technische normen een belangrijke rol. Het onderzoeksteam dook diep in de Braziliaanse elektriciteitsnorm ABNT NBR 5356 - 6 Transformerdeel 6: Reactoren, en combineerde internationale normen zoals IEC 60076 - 6 Krachttransformatoren - Deel 6: Reactoren en IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standaard Testprocedures voor Vloeistofgeïmpregneerde Distributie-, Kracht- en Regeltransformatoren, om een technische specificatie voor 500kV droogtype schakelreactoren te ontwikkelen die past bij de context van Brazilië.

Belangrijkste focuspunten tijdens de formulering van de specificatie:

• Isolatieniveau: Aangepast aan het netwerk in Brazilië, werden de isolatievereisten verhoogd (bliksemimpulsbestendigheidsspanning: 1550kV; werkimpulsbestendigheidsspanning: 1175kV - hoger dan Chinese normen, maar geschikt voor het netwerk). Volgens NBR5356 - 6 moet de schakelimpulstest Tz ≥ 1000 μs en Td ≥ 200 μs zijn.

• Temperatuurstijging & Warmteafvoer: Voor de hoge temperatuur omgeving in Brazilië werd de limiet voor de gemiddelde temperatuurstijging aangescherpt van 60K naar 50K (door innovatief koelontwerp, veiligheid verhoogd). Thermografische analyse en lange-termijn temperatuurmonitoring werden toegevoegd voor de composiete koelstructuur.

• Verliesvereisten & Berekening: Ontworpen volgens Braziliaanse normen met een interferentieverlieslimiet van 0,3%. Met behulp van bijlage B.2 van IEEE Std C57.12.90 - 2021 werd een conversiemodel voor verlies tussen 50Hz en 60Hz opgesteld, zodat nauwkeurige en vergelijkbare verliesberekeningen over frequenties mogelijk zijn.

• Milieuaanpassing: Voor de hete en vochtige klimaat in Brazilië werden eisen toegevoegd voor bestendigheid tegen zoutnevel, vervuilingflitsen en UV-straling om de langetermijnbetrouwbaarheid te verhogen. Er werden tests als versnelde veroudering en vocht-warmtecyclusproeven opgesteld.

2 Toepassingspraktijk van 500kV Droogtype Schakelreactoren in Brazilië
2.1 Uitdagingen bij Technologie-introductie en Standaardaansluiting

De toepassing van 500kV droogtype schakelreactortechnologie in Brazilië's energievoorziening stelt meerdere uitdagingen, waarvoor oplossingen moeten worden gevonden voor deze kernvragen:

• Verschillen in Technische Normen: De Braziliaanse ABNT NBR 5356 - 6 Transformerdeel 6: Reactoren en de Chinese GB/T 1094.6 - 2017 Krachttransformatoren - Deel 6: Reactoren zijn structureel gelijkaardig, maar verschillen in specifieke vereisten en implementatiedetails. Beide verwijzen naar IEC 60076 - 6, maar zijn aangepast aan nationale behoeften, variërend in isolatieniveaus, temperatuurstijgingslimieten en verliesberekeningsmethoden. Deze verschillen vereisen zorgvuldige behandeling tijdens technologie-aanpassing.

• Klimaataanpassing: Het tropische klimaat van Brazilië (bijv., regio Silvânia: jaarlijkse gemiddelde temperatuur >25°C, relatieve luchtvochtigheid ≥80%) legt hogere eisen op warmteafvoer en isolatie. Zo'n heet en vochtig milieu vormt een grote uitdaging voor de isolatie en levensduur van traditionele energieapparatuur.

• Aanpassing aan Netwerkkenmerken: Het 500kV-netwerk in Brazilië heeft voltagefluctuaties die ongeveer 15% hoger zijn dan die van Chinese netwerken op hetzelfde niveau, met verschillende harmonische omgevingen. Reactoren hebben sterkere voltageaanpassingsvermogen en anti-harmonische prestaties nodig.

• Gelokaliseerde Operationele & Onderhoudsbehoeften: Om langdurige betrouwbare werking te garanderen, moeten gelokaliseerde operationele en onderhoudsvermogens/habituën worden beschouwd, inclusief technische training, reserveonderdelenbevoorrading en lokale diensten.

2.2 Aanpassing en Innovatie van Technische Standaarden

Om bovenstaande uitdagingen te tackelen, nam dit onderzoek innovatieve maatregelen, waaronder de meest cruciale aanpassing van voorprojecttechnische normen en specificaties op basis van de daadwerkelijke toepassing en testen van de nieuwe droogtype reactor. Dit loste technische aanpassingsproblemen op en leverde een belangrijke referentie voor soortgelijke projecten.

Belangrijkste technische normwijzigingen:

• Annuleren Partiële Ontladingsproef: Externe corona-interferentie op droogtype reactoren overstijgt verreweg hun interne partiële ontladingen. Gezien er geen volwassen testmethoden/criteria zijn voor interferentiepartiële ontlading, en gezien NBR 5356 - 11 - 2016 alleen van toepassing is op laagspanningsdroogtypetransformatoren (geen externe interferentie) en IEEE C57.21 droogtype schakelreactoren vrijstelt van dergelijke tests, wordt de partiële ontladingsproef voor 500kV droogtype reactoren geannuleerd.

• Optimalisatie van Isolatie & Testtijd: Volgens Braziliaanse normen is de bliksemimpulsbestendigheidsspanning 1550kV en de werkimpulsbestendigheidsspanning 1175kV. Vanwege de impedantie van de reactor worden de tijdsparameters voor de schakelimpulstest aangepast tot Td ≥ 120 μs en Tz ≥ 500 μs.

• Versterking van Warmteafvoer: Voor het hete, vochtige klimaat in Brazilië is een nieuwe composiete warmteafvoerstructuur ontwikkeld met klasse H (180°C) isolatie (een temperatuurbestendigheid van 30°C hoger dan traditionele ontwerpen). Thermische simulaties tonen aan dat de temperatuurstijging op hete punten binnen 60K blijft (onder de ontwerplimieten).

• Aanpassing van Verliesberekeningsmethode: Het verlies van een reactor bestaat uit het DC-weerstandverlies van de winding (Pdc) en het extra verlies van de winding (Pa). Voor een gegeven reactorstructuur zijn zowel Pdc als Pa evenredig aan het kwadraat van de stroom. Met getransponeerde geleiders, en slechts enkele kleine geleidende metalen componenten (zoals aansluitingen) op aansluitpunten (niet-magnetisch), neemt het extra verlies een lage proportie van het DC-verlies in beslag. Proeftests laten zien dat het extra verlies van het prototype ~9%-12% is, dus de verliesberekeningsformule is als volgt:

• Verbetering van Voltageaanpassingsvermogen: Door de elektromagnetische ontwerp te optimaliseren, werd het voltageaanpassingsbereik van de apparatuur uitgebreid om rekening te houden met de grote voltagefluctuaties in het Braziliaanse energienetwerk. Tegelijkertijd werd de anti-harmonische prestatie van de apparatuur verbeterd, en werden harmonische modi verminderd door middel van een speciaal windingontwerp.

3 Evaluatie van Praktische Effecten en Technische Standaarden
3.1 Analyse van Praktische Effecten

Door de toepassing in het substation van Silvânia, toonde de 500kV droogtype schakelreactor uitstekende prestaties. Volgens het testrapport CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) zijn de belangrijkste indicatoren:

• Verliesniveau: Gemeten verlies: 58,367 kW @ 80°C (onder de limiet van 60 kW), bevestigt effectieve verliesberekening/besturing.

• Geluidcontrole: Gemeten geluidsniveau: 57 dB(A) (ver onder de vereiste 80 dB(A)), dankzij gerichte geluidcontrole-ontwerp.

• Temperatuurstijgingsprestaties: Gemiddelde temperatuurstijging: 22,9 K; temperatuurstijging op hete punten: 26,5 K (beide onder de ontwerplimieten), valideert nieuw koelontwerp voor het klimaat in Brazilië.

• Elektrische Prestaties: Uitstekende prestaties in proeven (bliksem/operatie-impuls). Parameters van ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) werden gebruikt voor operatie-impuls, rekening houdend met de impedantie van de reactor.

Dit bewijst de bruikbaarheid/superioriteit van de reactor in het Braziliaanse netwerk, vooral op het gebied van energie-efficiëntie/milieubescherming, ondersteunend duurzame ontwikkeling. Resultaten bevestigen wetenschappelijke, vooruitziende technische specificaties.

3.2 Evaluatie van Optimalisatie van Technische Standaarden

Op basis van praktijk en bedrijfsvoering stelt het team de volgende optimalisaties voor:

• Verlieslimieten: Verminder de verlieslimiet voor 500kV/20Mvar reactors van 60 kW @ 80°C naar 58 kW @ 80°C; gebruik 75°C als referentietemperatuur voor verliesberekening.

• Geluidsnormen: Verfijn de normen (bijv., 75 dB(A) voor stations in de buurt van woonhuizen); rekening houdend met geluidsniveaus bij verschillende spanningen (bijv., 600kV).

• Temperatuurstijgingslimieten: Pas de limiet voor de gemiddelde temperatuurstijging aan van 60K naar 50K; specificeer klasse B-isolatie (temperatuurindex 130°C, gemiddelde/hete punten temperatuurstijging 60/90°C).

• Isolatiecoördinatie: Verhoog de bliksemimpulsbestendigheidsspanning naar 1600kV (vanwege frequente bliksemin Brazilië); gebruik 140kV netfrequentie droge isolatietest voor neutrale punt isolatie. Definieer testfrequentie (≥48Hz, 80% van nominale) en duur (≥60s).

• Milieuaanpassing: Voeg zoutnevelbestendigheidsvereisten toe (voor kustgebieden); rekening houdend met EMF-invloed, stel afstand in. Gebruik schilden, anti-vervuiling/UV-beschermingslagen in het ontwerp.

Deze suggesties verbeteren de prestaties en betrouwbaarheid van de reactor, leiden toekomstige normen, en helpen bij de efficiënte, betrouwbare en duurzame ontwikkeling van het Braziliaanse energienetwerk.