Tekniska funktioner tillämpning och standarder för 500kV torrreaktorer i Brasilien

1 Tekniska egenskaper och standardreferenser för 500kV torr typ shunt reaktorer
1.1 Tekniska egenskaper

500kV torr typ shuntreaktor, en oljefri anläggning för överhögspegelöverföringssystem, har kärnegenskaper som avancerad isolering, innovativ värmeavledning, optimerad elektromagnetisk design och modulär struktur. Dessa fördelar, som överträffar traditionella oljeinbäddade reaktorer, driver också nya tekniska standardkrav.

• Avancerad isolering: Genom användning av epoxidharshärdning och nanokompositmaterial (med nano-SiO₂-partiklar som ökar epoxids brytningsspänning med ~40% och partiell utsläppningsstartspänning med 25%) förbättras isoleringen och motståndet mot partiella utsläppningar. Detta genombrott kräver att isoleringsnivåer och testmetoder för partiella utsläppningar i standarder omarbetas.

• Innovativ värmeavledning: En kompositstruktur (flerkanalig tvingad luftkylning + fasändringstillsatsmaterial-assisterad värmeavledning) håller uppvärmningen av heta punkter inom 60K (väl under IEC-gränser, verifierat genom finit-element-analys och experiment). Nya testmetoder/gränser för temperaturökning behövs i standarderna.

• Optimerad elektromagnetisk design: Flerlager skiftande virning och gradientisolering optimera elektriska fältfördelningen, vilket förbättrar kortslutningstoleransen. Finit-element-analys visar på en ~20% minskning av maximal elektrisk fältstyrka i virningar. Standarder bör lägga till utvärderingsmetoder för elektriska fältfördelningar och kortslutningstolerans.

• Modulär struktur: Består av seriekopplade identiska grundenheter, vilket underlättar tillverkning, transport och installation på plats. Standarder behöver testkrav för tillförlitlighet vid mellanmodulbindning och sammanhängande prestanda.

1.2 Referenser och formulering av tekniska standarder

När 500kV torr typ shuntreaktortechnik tillämpades i Brasils elsystem spelade tekniska standarder en viktig roll. Forskningsgruppen granskade Brasils elstandard ABNT NBR 5356-6 Transformator del 6: Reaktorer, och kombinerade internationella standarder som IEC 60076-6 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer och IEEE Std C57.12.90-2021 Standardtestförfaranden för vätskeinbäddade distributions-, kraft- och regleringstransformatorer, för att utveckla en 500kV torr typ shuntreaktor-teknisk specifikation som passar Brasils kontext.

Nyckelpunkter under specifikationsformulering:

• Isoleringnivå: Anpassad till Brasils nät, höjdes isoleringskraven (blixtnedslagsmotstånd: 1550kV; driftmotstånd: 1175kV - högre än kinesiska standarder men lämpligt för nätet). Enligt NBR5356-6 är kopplingsimpulstest Tz ≥ 1000 μs och Td ≥ 200 μs.

• Temperaturökning & värmeavledning: För Brasils varma miljö, stramades den genomsnittliga temperaturökningens gräns från 60K till 50K (genom innovativ kylning, vilket ökar säkerheten). Läggs till termografisk analys och långsiktig temperaturövervakning för den komposita kylningsstrukturen.

• Förlustkrav & beräkning: Designad enligt Brasils standarder med en interferensförlustgräns på 0,3%. Genom att använda IEEE Std C57.12.90-2021 Bilaga B.2 byggdes en 50Hz-60Hz-förlustkonverteringsmodell, vilket säkerställer korrekta och jämförbara förlustberäkningar över frekvenser.

• Miljöanpassning: För Brasils varma och fuktiga klimat, lades till krav på saltfogskydd, skydd mot föroreningsspark och UV-skydd för att förbättra långsiktig tillförlitlighet. Formulerade tester som accelererad åldring och fuktvarm cykeltester.

2 Tillämpningspraxis för 500kV torr typ shuntreaktorer i Brasilien
2.1 Utmaningar vid teknikutveckling och standardanpassning

Tillämpningen av 500kV torr typ shuntreaktortechnik i Brasils elkraftsystem ger upphov till flera utmaningar, vilket kräver lösningar på dessa nyckelfrågor:

• Skillnader i tekniska standarder: Brasils ABNT NBR 5356-6 Transformator del 6: Reaktorer och Kinas GB/T 1094.6-2017 Krafttransformatorer - Del 6: Reaktorer är strukturellt lika men skiljer sig i specifika krav och implementeringsdetaljer. Båda refererar till IEC 60076-6 men är lokaliserade till nationella behov, vilket leder till variationer i isoleringsnivåer, temperaturökningens gränser och förlustberäkningsmetoder. Dessa skillnader kräver noggrann hantering vid teknikutveckling.

• Klimatanpassning: Brasils tropiska klimat (t.ex. Silvânia-regionen: årlig genomsnittstemperatur >25°C, relativ fuktighet ≥80%) ställer högre krav på värmeavledning och isolering. Ett sådant varmt, fuktigt klimat utmanar traditionella elkraftutrustningens isolering och livslängd.

• Anpassning till nätets egenskaper: Brasils 500kV-nät har spänningsvariationer ~15% högre än Kinas motsvarande nät, med olika harmoniska miljöer. Reaktorer behöver starkare spänningsanpassning och motstånd mot harmoniska.

• Lokaliserade drift- och underhållsbehov: För att säkerställa långsiktig tillförlitlig drift måste lokala drift- och underhållsförmågor/vanor beaktas, inklusive teknisk utbildning, reservdelstillgång och lokala tjänster.

2.2 Justering och innovation av tekniska standarder

För att möta de ovan nämnda utmaningarna tog denna forskning innovativa åtgärder, framför allt justering av tidigare projekttekniska standarder och specifikationer baserade på faktisk användning och test av den nya torr typ reaktorn. Detta löste tekniska anpassningsproblem och gav ett viktigt referensramverk för liknande projekt.

Nyckeljusteringar av tekniska standarder:

• Avbryt partiell utsläppningstest: Extern koronastörning på torr typ reaktorer överstiger deras interna partiella utsläppningar. Med inga mogna testmetoder/kriterier för störningspartiella utsläppningar, och eftersom NBR 5356-11-2016 endast gäller för lågspännings torr typ transformatorer (utan extern störning) och IEEE C57.21 undantar torr typ shuntreaktorer från sådana tester, avbryts partiell utsläppningstest för 500kV torr typ reaktorer.

• Optimera isolering & testtid: Enligt brasilianska standarder är blixtnedslagsmotstånd 1550kV och driftmotstånd 1175kV. På grund av reaktorns impedans justeras kopplingsimpulstesttidparametrar till Td ≥ 120 μs och Tz ≥ 500 μs.

• Förbättra värmeavledning: För Brasils varma, fuktiga klimat utvecklas en ny komposit värmeavledningsstruktur med klass H (180°C) isolering (som ökar värmebeständigheten med 30°C jämfört med traditionella design). Termiska simuleringar visar att uppvärmningen av heta punkter hålls inom 60K (under designgränser).

• Justering av förlustberäkningsmetod: En reaktors förlust består av dess vindnings DC-motståndsbeloppsförlust (Pdc) och vindningens ytterligare förlust (Pa). För en given reaktorstruktur är både Pdc och Pa proportionella till strömens kvadrat. Genom att använda transponerade ledare, och med bara några små ledande metallkomponenter (som anslutningar) vid anslutningspunkter (icke-magnetiska), utgör den ytterligare förlusten en låg andel av DC-förlusten. Testresultat visar att prototypens extra förlust är ~9%-12%, så förlustberäkningsformeln är som följer:

• Förbättrad spänningsanpassning: Genom att optimera elektromagnetiska designen expanderades utrustningens spänningsanpassningsområde för att hantera de stora spänningsvariationerna i Brasils elkraftnät. Samtidigt förbättrades utrustningens motstånd mot harmoniska och harmoniska lägen minskades genom en specialvirning.

3 Utvärdering av praktiska effekter och tekniska standarder
3.1 Analys av praktiska effekter

Genom tillämpning i Silvânia Understation visade 500kV torr typ shuntreaktorn utmärkt prestanda. Enligt CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) testrapport, nyckelindikatorer:

• Förlustnivå: Mätt förlust: 58,367kW @ 80°C (under 60kW-gränsen), vilket verifierar effektiva förlustberäknings- och kontrollmetoder.

• Bullerkontroll: Mätt buller: 57dB(A) (väl under 80dB(A)-kravet), tack vare fokuserad bullerkontrolldesign.

• Temperaturuppgångsprestanda: Genomsnittlig temperaturuppgång: 22,9K; uppgång av heta punkter: 26,5K (båda under designgränser), vilket validerar den nya kylningsdesignen för Brasils klimat.

• Elektrisk prestanda: Presterade väl i tester (blixtnedslag/driftimpuls). Använde ABNT NBR 5356-4/IEC 60076-4-parametrar (T1, Td, Tz) för driftimpuls, med hänsyn till reaktorns impedans.

Detta bevisar reaktorns tillämpbarhet/företräde i Brasils nät, särskilt när det gäller energieffektivitet/miljöskydd, vilket stöder hållbar utveckling. Resultaten verifierar också vetenskapliga, framtidsinriktade tekniska specifikationer.

3.2 Utvärdering av tekniska standardoptimeringar

Baserat på praktik/operation föreslår teamet följande optimeringar:

• Förlustgränser: Sänk förlustgränsen för 500kV/20Mvar-reaktor från 60kW @ 80°C till 58kW @ 80°C; använd 75°C som referenspunkt för förlustberäkning.

• Bullerstandarder: Förfinar standarder (t.ex. 75dB(A) för understationer nära bostäder); beaktar buller vid olika spänningar (t.ex. 600kV).

• Gränser för temperaturuppgång: Justera genomsnittlig temperaturuppgångsgräns från 60K till 50K; specificera klass B-isolering (130°C temperaturindex, 60/90°C genomsnitt/het punkt-uppgång).

• Isoleringssamarbete: Höj blixtnedslagsmotstånd till 1600kV (för Brasils ofta förekommande blixtnederlag); använd 140kV nätspänning för neutralpunktisolation. Definiera testfrekvens (≥48Hz, 80% av nominal) och varaktighet (≥60s).

• Miljöanpassning: Lägg till krav på saltfogsskydd (kustnära områden); beaktar EMF-påverkan, fastställer avstånd. Använd skärmar, antipollutions- och UV-beläggningar i designen.

Dessa förslag ökar reaktorns prestanda/tillförlitlighet, guider framtida standarder och hjälper till att utveckla Brasils nät på ett effektivt, tillförlitligt och hållbart sätt.