Tehničke karakteristike primene i standardi 500kV suhih paralelnih reaktora u Brazilu

1 Tehničke karakteristike i referentne standardizacije za 500kV sušne paralelne reaktore
1.1 Tehničke karakteristike

500kV sušni paralelni reaktor, bezoilna naponska oprema za sisteme prenosa ultra visokog naponskog nivoa, poseduje ključne karakteristike kao što su napredna izolacija, inovativno disipiranje toplote, optimizovani elektromagnetni dizajn i modularna struktura. Ove prednosti, koje prevazilaze tradicionalne uljane reaktore, takođe stvaraju nove zahteve za tehničke standarde.

• Napredna izolacija: Koristeći litajuću epoksidnu smolu i nanokompozit (sa nano-SiO₂ česticama koje povećavaju razrješavanje epoksidne smole oko 40% i početni napon parcijalnog iskretanja za 25%), unapređuje se izolacija i otpornost na parcijalno iskretanje. Ova prekretnica zahteva ponovno definisanje nivoa izolacije i metoda testiranja parcijalnog iskretanja u standardima.

• Inovativno disipiranje toplote: Kompozitna struktura (višekanalno prisilno hlađenje zrakom + faza promene materijala pomoću hlađenja) održava porast temperature tačke topline unutar 60K (znatno ispod IEC granica, verifikovano kroz analizu konačnih elemenata i eksperimente). Potrebni su novi metodi/ograničenja testiranja porasta temperature u standardima.

• Optimizovani elektromagnetni dizajn: Više slojeva raspoređenih zavojnica i gradijentna izolacija optimizuju raspodelu električnog polja, poboljšavajući otpornost na kratko zatvorene krugove. Analiza konačnih elemenata pokazuje smanjenje maksimalne jačine električnog polja u zavojnicama oko 20%. Standardi trebaju dodati metode ocene raspodele električnog polja i otpornosti na kratko zatvorene krugove.

• Modularna struktura: Sastoji se od serijalno povezanih identičnih osnovnih jedinica, olakšavajući proizvodnju, transport i montažu na mestu. Standardi trebaju da definišu zahteve za testiranje pouzdanosti međumodulskih veza i konzistentnosti ukupne performanse.

1.2 Referentne i formulacije tehničkih standarda

U primeni tehnologije 500kV sušnog paralelnog reaktora u Brazilu, tehnički standardi igraju ključnu ulogu. Istraživački tim je duboko istražio brazilski elektrotehnički standard ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors, i kombinirao međunarodne standarde poput IEC 60076 - 6 Power Transformers - Part 6: Reactors i IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immersion Distribution, Power, and Regulating Transformers, kako bi razvili tehnički specifikaciju 500kV sušnog paralelnog reaktora prilagođenu brazilskom kontekstu.

Ključni fokusi tokom formulacije specifikacije:

• Nivo izolacije: Prilagođen brazilskoj mreži, zahtevi za izolaciju su podignuti (napon otpornosti na udarni impulz: 1550kV; napon otpornosti na radni impulz: 1175kV – viši od kineskih standarda, ali prilagodljivi mreži). Prema NBR5356 - 6, testiranje impulznog prekidnog napon Tz ≥ 1000 μs i Td ≥ 200 μs.

• Porast temperature i disipiranje toplote: Za visoku temperaturu u Brazilu, ograničenje prosečnog porasta temperature je suženo sa 60K na 50K (kroz inovativni dizajn hlađenja, poboljšana bezbednost). Dodate su termografska analiza i dugoročno praćenje temperature kompozitne hladne strukture.

• Zahtevi za gubitkom i izračunavanjem: Projektovan prema brazilskim standardima sa ograničenjem gubitaka interferencije od 0,3%. Korišćenjem dodatka B.2 IEEE Std C57.12.90 - 2021, izgrađen je model pretvorbe gubitaka 50Hz - 60Hz, osiguravajući precizan i uporediv izračun gubitaka na različitim frekvencijama.

• Prilagodljivost okruženju: Za vruće i vlage okruženje u Brazilu, dodati su zahtevi za otpornost na solanu maglu, protiv zagađenja i UV zračenja kako bi se poboljšala dugoročna pouzdanost. Formulisani su testovi ubrzane starosti i ciklus vlage-vrućine.

2 Primenjena praksa 500kV sušnih paralelnih reaktora u Brazilu
2.1 Izazovi u uvođenju tehnologije i prilagodbi standarda

Primena tehnologije 500kV sušnog paralelnog reaktora u brazilskom energetskom sistemu postavlja mnoge izazove, zahtevajući rešenja za ključne probleme:

• Razlike u tehničkim standardima: Brazilska ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors i kineski GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Part 6: Reactors su strukturno slični, ali se razlikuju u specifičnim zahtevima i detaljima implementacije. Obje reference IEC 60076 - 6, ali su lokalizovane prema nacionalnim potrebama, razlikujući se u nivoima izolacije, ograničenjima porasta temperature i metodama izračunavanja gubitaka. Ove razlike zahtevaju pažljivo tretiranje tokom adaptacije tehnologije.

• Prilagodljivost klimi: Tropski klima u Brazilu (npr., region Silvânia: godišnja prosečna temperatura >25°C, relativna vlaga ≥80%) postavlja više zahteva za disipiranje toplote i izolaciju. Takvo vruće i vlage okruženje ozbiljno izaziva izolaciju i životni vreme tradicionalne naponske opreme.

• Prilagodba karakteristikama mreže: Brazilska 500kV mreža ima fluktuacije napona oko 15% više nego kineske mreže istog nivoa, sa različitim harmonijskim okruženjima. Reaktori trebaju imati jaču prilagodljivost napona i anti-harmonijsku performansu.

• Lokalizovani zahtevi za operacijom i održavanjem (O&M): Da bi se osigurala dugoročna pouzdana operacija, moraju se uzeti u obzir lokalizovane sposobnosti i navike O&M, uključujući tehničko obučavanje, snabdevanje rezervnih delova i lokalizovane usluge.

2.2 Ajustman i inovacija tehničkih standarda

Da bi se rešili navedeni izazovi, ovaj istraživački projekat je preduzeo inovativne mere, najvažnije ažurirajući tehničke standarde i specifikacije pre-projektnog perioda na osnovu stvarne upotrebe i testiranja novog sušnog reaktora. Ovo je rešilo tehničke probleme prilagodbe i pružilo ključnu referentnu tačku za slične projekte.

Ključne modifikacije tehničkih standarda:

• Otkaži test parcijalnog iskretanja: Vanjska korona interferencija na sušnim reaktorima daleko premašuje njihovo interno parcijalno iskretanje. Bez zrelih metoda/testiranja za parcijalno iskretanje interferencije, i uzimajući u obzir da NBR 5356 - 11 - 2016 važi samo za niskonaponske sušne transformatore (bez vanjske interferencije) i IEEE C57.21 izuzima sušne paralelne reaktore od takvih testova, test parcijalnog iskretanja za 500kV sušne reaktore je otkažen.

• Optimizuj izolaciju i vreme testiranja: Prema brazilskim standardima, napon otpornosti na udarni impulz je 1550kV, a napon otpornosti na radni impulz je 1175kV. Zbog impedancije reaktora, parametri vremena za testiranje impulznog prekidnog napon su ažurirani na Td ≥ 120 μs i Tz ≥ 500 μs.

• Unapredi disipiranje toplote: Za vruće i vlage okruženje u Brazilu, razvijena je nova kompozitna struktura za disipiranje toplote koristeći izolaciju klase H (180°C), koja povećava otpornost na toplinu za 30°C u odnosu na tradicionalne dizajne. Termalne simulacije pokazuju da porast temperature tačke topline ostaje unutar 60K (ispod granica dizajna).

• Ajustman metode izračunavanja gubitaka: Gubitci reaktora sastoje se od DC gubitaka zavojnice (Pdc) i dodatnih gubitaka zavojnice (Pa). Za datu strukturu reaktora, Pdc i Pa su proporcionalni kvadratu struje. Korišćenjem transponovanih vodilja, i samo nekoliko malih vodljivih metalnih komponenti (poput konektora) na tačkama veze (ne-magnetskih), dodatni gubitak predstavlja nisku proporciju DC gubitka. Rezultati testiranja pokazuju da je dodatni gubitak prototipa ~9%–12%, tako da je formula za izračunavanje gubitaka sledeća:

• Unapređenje prilagodljivosti napona: Optimizacijom elektromagnetnog dizajna, raspon prilagodljivosti napona opreme je proširen kako bi se suočio s velikim fluktuacijama napona u brazilskoj mreži. Uz to, poboljšana je anti-harmonijska performansa opreme, a harmonijski režimi su smanjeni kroz posebni dizajn zavojnice.

3 Procena praktičnih efekata i tehničkih standarda
3.1 Analiza praktičnih efekata

Kroz primenu na podstanici Silvânia, 500kV sušni paralelni reaktor je pokazao odličnu performansu. Prema izveštaju o testiranju CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), ključni pokazatelji su:

• Nivo gubitaka: Mereni gubitak: 58.367kW @ 80°C (ispod granice od 60kW), potvrđujući efektivne metode izračunavanja i kontrolu gubitaka.

• Kontrola buke: Merena buka: 57dB(A) (daleko ispod zahteva od 80dB(A)), zahvaljujući fokusiranom dizajnu kontrole buke.

• Performansa porasta temperature: Prosečni porast temperature: 22.9K; porast temperature tačke topline: 26.5K (oba ispod granica dizajna), potvrđujući novi dizajn hlađenja za klimu u Brazilu.

• Električna performansa: Dobro se pokazao u testiranju (udarni/radni impulz). Koristio je parametre ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) za radni impulz, uzimajući u obzir impedanciju reaktora.

Ovo dokazuje primenjivost i superioritet reaktora u brazilskoj mreži, posebno u pogledu energetske efikasnosti i zaštite životne sredine, podržavajući održivi razvoj. Rezultati takođe potvrđuju znanstvene, napredne tehničke specifikacije.

3.2 Procena optimizacije tehničkih standarda

Na osnovu prakse i operacije, tim predlaže sledeće optimizacije:

• Ograničenja gubitaka: Sniziti ograničenje gubitaka za 500kV/20Mvar reaktor sa 60kW @ 80°C na 58kW @ 80°C; koristiti 75°C kao referentnu temperaturu za izračunavanje gubitaka.

• Standardi buke: Precizirati standarde (npr., 75dB(A) za podstancije blizu stanovanja); uzeti u obzir buku pri različitim naponima (npr., 600kV).

• Ograničenja porasta temperature: Ažurirati prosečno ograničenje porasta temperature sa 60K na 50K; specificirati izolaciju klase B (temperatura indeksa 130°C, prosečni/porast temperature tačke topline 60/90°C).

• Koordincija izolacije: Povećati napon otpornosti na udarni impulz na 1600kV (zbog česte munje u Brazilu); koristiti 140kV napon otpornosti na suho pri strujnom frekvenciji za izolaciju neutralne tačke. Definisati frekvenciju testiranja (≥48Hz, 80% od nominalne) i trajanje (≥60s).

• Prilagodljivost okruženju: Dodati zahtev za otpornost na solanu maglu (obalne zone); uzeti u obzir uticaj EMF, definisati razmak. Koristiti štitove, antizihrte i UV pokrovne materijale u dizajnu.

Ovi predlozi poboljšavaju performansu i pouzdanost reaktora, vode budućim standardima i pomažu razvoju brazilske mreže na efikasan, pouzdan i održiv način.