Tekniske funksjoner anvendelse og standarder for 500kV tørrtype shuntreaktorer i Brasil

1 Tekniske egenskaper og standardreferanser for 500kV tørre paralelle reaktorer
1.1 Tekniske egenskaper

500kV tørre paralelle reaktor, en oljefri effektenhet for ultra-høyspenningsoverføringsystemer, har kjerneegenskaper som avansert isolasjon, innovativ varmeavgiøring, optimalisert elektromagnetisk design og modulær struktur. Disse fordeler, som overgår tradisjonelle oljebeholdte reaktorer, fører også til nye tekniske standardkrav.

• Avansert isolasjon: Ved bruk av epoksyhårdemasseformering og nanokompositt (med nano-SiO₂-partikler som øker epoksyens brytningsstyrke med ca. 40% og delvis utslippstartspenning med 25%), forbedres isolasjonen og motstand mot delvis utslipp. Denne gjennombruddet krever omdanning av isolasjonsnivåer og metoder for delvis utslipptest i standardene.

• Innovativ varmeavgiøring: En sammensatt struktur (flerkanal tvungen luftkjøling + fasestoffmateriale-assistert varmeavgiøring) holder varmetoppstemperaturstigning innen 60K (langt under IEC-grenser, verifisert via endelige elementanalyser og eksperimenter). Nye metoder/standarder for temperaturstigningstest er nødvendige i standardene.

• Optimalisert elektromagnetisk design: Flerskiktet skjev vindingslag og gradientisolasjon optimaliserer elektrisk feltfordeling, forbedrer kortslutningsmotstand. Endelige elementanalyser viser en reduksjon på ca. 20% i maksimal elektrisk feltstyrke i vindinger. Standarder bør legge til vurderingsmetoder for elektrisk feltfordeling og kortslutningsmotstand.

• Modulær struktur: Består av serielt koblet identiske grunnenheter, som forenkler produksjon, transport og installasjon på stedet. Standarder trenger testkrav for forbindelsesfiabilitet mellom moduler og total ytelsekonsekvens.

1.2 Referanse og formidling av tekniske standarder

I anvendelsen av 500kV tørre paralelle reaktorteknologi i Brasil, spilte tekniske standarder en nøkkelrolle. Forskningsgruppen dypdykket i Brasils elektriske standard ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Del 6: Reaktorer, og kombinerte internasjonale standarder som IEC 60076 - 6 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer og IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Testprosedyrer for flytende-fordelede distribusjon, kraft og regulerings-transformatorer, for å utvikle en 500kV tørre paralelle reaktorteknisk spesifikasjon som passer Brasils kontekst.

Nøkkelfokus under formulering av spesifikasjonen:

• Isolasjonsnivå: Tilpasset til Brasils nett, ble isolasjonskravene hevet (lynnimpulsbelastbarhetspenning: 1550kV; driftsimpulsbelastbarhetspenning: 1175kV - høyere enn kinesiske standarder, men passende for nettet). Ifølge NBR5356 - 6, er switching impuls test Tz ≥ 1000 μs og Td ≥ 200 μs.

• Temperaturstigning & Varmeavgiøring: For Brasils høyettemiljø, ble det snittet av temperaturestigningsgrensen strammet fra 60K til 50K (via innovativ kjølingsdesign, forbedrer sikkerhet). Legget til termisk bildeanalyse og langtidstemperaturmonitoring for den sammensatte kjølingsstrukturen.

• Tap krav & Beregning: Designet etter Brasils standarder med et tapsgrense på 0,3%. Brukte IEEE Std C57.12.90 - 2021 Bilag B.2, bygget en 50Hz-60Hz tapskonverteringsmodell, som sikret nøyaktig og sammenlignbare tapberegninger over frekvenser.

• Miljøtilpasning: For Brasils varme og fuktige klima, ble det lagt til krav om saltfuktighetstilpasning, motstandsdyktighet mot forurensningsflashover og UV-bestandighet for å forbedre langtidsreliabilitet. Formulerte tester som akselerert aldring og fuktvarmekyklustester.

2 Anvendelsespraksis for 500kV tørre paralelle reaktorer i Brasil
2.1 Utfordringer i teknologiintroduksjon og standardtilpasning

Anvendelse av 500kV tørre paralelle reaktorteknologi i Brasils strømsystem stiller flere utfordringer, som krever løsninger på disse nøkkelspørsmålene:

• Tekniske standardforskjeller: Brasils ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Del 6: Reaktorer og Kinas GB/T 1094.6 - 2017 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer er strukturelt lik, men forskjellige i spesifikke krav og implementeringsdetaljer. Begge refererer til IEC 60076 - 6, men er lokalisert til nasjonale behov, variert i isolasjonsnivåer, temperaturstigningsgrenser og tap-beregningmetoder. Disse forskjellene krever forsiktig håndtering under teknologi-tilpasning.

• Klimatilpasning: Brasils tropiske klima (for eksempel Silvânia-regionen: årlig snittemperatur >25°C, relativ fuktighet ≥80%) stiller høyere krav til varmeavgiøring og isolasjon. Slik et varmt, fuktig miljø utfordrer tradisjonell effektutstyr isolasjon og levetid.

• Nettkarakteristikktilpasning: Brasils 500kV nett har spenningssvingninger på ca. 15% høyere enn Kinas samme-nivå-nett, med ulike harmoniske miljøer. Reaktorer trenger sterkere spenningstilpasning og anti-harmonisk yteevne.

• Lokalisert drift og vedlikehold (O&M): For å sikre langsiktig betrodd drift, må lokal O&M-evne/vane tas i betraktning, dekker teknisk opplæring, reserve-deler-levering og lokale tjenester.

2.2 Justering og innovasjon av tekniske standarder

For å møte de ovennevnte utfordringene, tok denne forskningen innovative tiltak, mest sentralt justering av forprosjekt-tekniske standarder og spesifikasjoner basert på faktisk bruk og testing av den nye tørre reaktoren. Dette løste tekniske tilpasningsproblemer og ga en viktig referanse for lignende prosjekter.

Nøkkelforslag for tekniske standardjusteringer:

• Avlys delvis utslipptest: Eksternt korona-støy på tørre reaktorer overstiger deres interne delvis utslipp. Med ingen modne testmetoder/kriterier for støydelvis utslipp, og med tanke på at NBR 5356 - 11 - 2016 bare gjelder lavspenning tørre transformatorer (ingen ekstern støy) og IEEE C57.21 unntar tørre paralelle reaktorer fra slike tester, blir delvis utslipptest for 500kV tørre reaktorer avlyst.

• Optimalisering av isolasjon & testtid: Ifølge brasilianske standarder, er lynimpulsbelastbarhetspenning 1550kV og driftsimpulsbelastbarhetspenning 1175kV. På grunn av reaktorens impedans, justeres switching impuls test tidsparametre til Td ≥ 120 μs og Tz ≥ 500 μs.

• Forbedring av varmeavgiøring: For Brasils varme, fuktige klima, utvikles en ny sammensatt varmeavgiøringsstruktur som bruker klasse H (180°C) isolasjon (øker varmetilstand med 30°C sammenlignet med tradisjonelle design). Termiske simuleringer viser at varmetoppstemperaturstigning holdes innen 60K (under designsgrenser).

• Justering av tapberegningmetode: Et reaktorstap består av DC-resistansetap av dens vindinger (Pdc) og vindingenes ekstra tap (Pa). For en gitt reaktorstruktur, er både Pdc og Pa proporsjonale med kvadratet av strømmen. Ved bruk av transponerte ledere, og kun noen få små konduktive metallkomponenter (som koblinger) ved koblingspunkter (ikke-magnetiske), utgjør det ekstra tapet en lav andel av DC-tapet. Testresultater viser at prototypens ekstra tap er ca. 9%-12%, så tapberegningformelen er som følger:

• Forbedring av spenningstilpasning: Ved å optimalisere elektromagnetisk design, ble spenningstilpasningsområdet for utstyret utvidet for å håndtere store spenningssvingninger i det brasilianske strømnettet. Samtidig ble utstyrets motstandsdyktighet mot harmonier forbedret, og harmoniske moduser redusert gjennom et spesielt vindingsdesign.

3 Vurdering av praktiske effekter og tekniske standarder
3.1 Analyse av praktiske effekter

Gjennom anvendelse på Silvânia Understasjon, viste 500kV tørre paralelle reaktor fremragende prestasjoner. Ifølge CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) testrapport, nøkkelprestasjoner:

• Tapnivå: Målt tap: 58.367kW @ 80°C (under 60kW grense), bekrefter effektive tapberegning/kontrollmetoder.

• Støykontroll: Målt støy: 57dB(A) (langt under 80dB(A) krav), takket være fokusert støykontrolldesign.

• Temperaturstigning: Gjennomsnittlig temperaturstigning: 22.9K; varmetoppstemperaturstigning: 26.5K (begge under designsgrenser), bekrefter nytt kjølingsdesign for Brasils klima.

• Elektrisk prestasjon: Utmærket prestasjon i tester (lyn/driftsimpuls). Brukte ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 parametre (T1, Td, Tz) for driftsimpuls, tar hensyn til reaktorens impedans.

Disse beviser reaktorens anvendelighet/fortrinn i Brasils nett, spesielt i energieffektivitet/miljøvern, støtter bærekraftig utvikling. Resultatene bekrefter vitenskapelige, fremtidsrettede tekniske spesifikasjoner.

3.2 Optimaliseringsevaluering av tekniske standarder

Basert på praksis/drift, foreslår teamet følgende optimaliseringer:

• Tapsgrenser: Senk 500kV/20Mvar reaktortapsgrense fra 60kW @ 80°C til 58kW @ 80°C; bruk 75°C for tapberegning referanse.

• Støystandarder: Forfin standarder (f.eks. 75dB(A) for understasjoner nær boliger); ta hensyn til støy under ulike spenninger (f.eks. 600kV).

• Temperaturstigningsgrenser: Juster gjennomsnittlig temperaturstigningsgrense fra 60K til 50K; spesifiser klasse B isolasjon (130°C temperaturindeks, 60/90°C gjennomsnitt/varmetoppstemperaturstigning).

• Isoleringssammenstilling: Øk lynimpulsbelastbarhetspenning til 1600kV (for Brasils hyppige lyn); bruk 140kV nettfrekvens tørre belastbarhet for neutralpunktisolasjon. Definer testfrekvens (≥48Hz, 80% av nominell) og varighet (≥60s).

• Miljøtilpasning: Legg til saltfuktighetstilpasningskrav (kystområder); ta hensyn til EMF-påvirkning, angi avstand. Bruk skjerminger, anti-forurensning/UV-belægninger i designet.

Disse forslagene forbedrer reaktorens prestasjon/reliabilitet, veileder fremtidige standarder, og hjelper Brasils strømnett med å utvikle seg effektivt, pålitelig og bærekraftig.