Vipengele vya Teknolojia na Viwango vya Matumizi ya Reactors za Shunt za Aina ya Nyeca 500kV nchini Brazil

1 Vipimo vya Tiba na Viwango vya Kiwango cha 500kV Dry-type Shunt Reactors
1.1 Vipimo vya Tiba

Reaktori wa shunt wa kiwango cha 500kV dry-type, ni kifaa cha nguvu bila mafuta kwa mfumo wa utumiaji wa nguvu wa kiwango cha juu sana, una vipimo muhimu kama upimaji wa tiba mzuri, njia mpya ya kutengeneza moto, upanuzi wa umeme uliozitishwa, na muundo wa moduli. Hizi za faida, zinazofanikiwa kwa reaktori za mafuta za zamani, pia huchangia maoni mapya kwa viwango vya teknolojia.

• Upimaji wa Tiba Mzuri: Kupitia kutumia casting ya resin ya epoxy na nanokompositi (na vibao vya nano-SiO₂ vilivyongeza nguvu ya kuanguka ya epoxy kwa asili ~40% na voltsi ya mwanzo ya partial discharge kwa 25%), inongeza tiba na uwezo wa kupambana na partial discharge. Msingi huu unahitaji kurudia viwango vya tiba na njia za kutest partial discharge.

• Njia Mpya ya Kutengeneza Moto: Muundo wa composite (cooling ya forced air channels nyingi + heat dissipation ya phase-change material) hufanya temperature ya hot-spot ikarudi chini kwa 60K (chini sana ya hadi za IEC, imehakikishwa kwa anasa ya finite element na majaribio). Ni lazima kubadilisha njia za kutest temperature rise na hadi za test.

• Upanuzi wa Umeme Uliozelewa: Winding wa layer zaidi na insulation ya gradient huonyesha mzunguko mzuri wa electric field, kukubo uwezo wa kupambana na short-circuit. Anasa ya finite element inaonyesha kukurudi kwa ~20% kwenye nguvu ya maximum electric field katika winding. Viwango vinapaswa kuongeza njia za kutathmini mzunguko wa electric field na uwezo wa kupambana na short-circuit.

• Muundo wa Moduli: Unatumia unit zote sawa za msingi zilizotenganishwa kwa nyolezo, kusaidia uzalishaji, usafirishaji, na upatikanaji wa mahali. Viwango vinahitaji masharti ya kutest uaminifu wa inter-module connection na usevya ya performance kwa ujumla.

1.2 Rujisho na Undani wa Viwango vya Teknolojia

Katika kutumia teknolojia ya reaktori wa shunt wa kiwango cha 500kV dry-type Brazil, viwango vya teknolojia vilikuwa muhimu sana. Timu ya utafiti iligundua viwango vya umeme vya Brazil ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors, na kulingana na viwango vya kimataifa kama IEC 60076 - 6 Power Transformers - Part 6: Reactors na IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers, ili kutengeneza technical specification ya reaktori wa shunt wa kiwango cha 500kV dry-type ambayo inafanikiwa kwa mazingira ya Brazil.

Matukio muhimu wakati wa kutengeneza specification:

• Kiwango cha Tiba: Kilichopunguziwa kwa grid ya Brazil, mihitilio ya tiba yaliyozidi (lightning impulse withstand voltage: 1550kV; operating impulse withstand voltage: 1175kV - zaidi ya viwango vya China lakini yanayofanikiwa kwa grid). Kulingana na NBR5356 - 6, switching impulse test Tz ≥ 1000 μs na Td ≥ 200 μs.

• Temperature Rise & Heat Dissipation: Kwa ajili ya mazingira ya joto la Brazil, hadi ya temperature rise average iliyopunguziwa kutoka 60K hadi 50K (kwa kutumia njia mpya ya cooling, kuboresha ustawi). Imetambua thermal imaging analysis na monitoring ya temperature kwa muda mrefu kwa composite cooling structure.

• Loss Requirements & Calculation: Ilitekelezwa kulingana na viwango vya Brazil na hatari ya loss ya 0.3%. Kulingana na IEEE Std C57.12.90 - 2021 Annex B.2, model ya loss conversion ya 50Hz-60Hz iliyotengenezwa, husaidia kutathmini na kuhesabu loss kwa kutosha kwa kila frequency.

• Environmental Adaptability: Kwa ajili ya mazingira ya joto na mvuke wa Brazil, imetambua mihitilio mpya ya anti-salt-fog, anti-pollution-flashover, na anti-UV ili kuboresha ustawi wa muda mrefu. Formulated tests like accelerated aging and humid-heat cycle tests.

2 Matumizi ya Reaktori wa Shunt wa Kiwango cha 500kV Dry-type katika Brazil
2.1 Changamoto katika Utaratibu wa Teknolojia na Ubadilishaji wa Viwango

Utumiaji wa teknolojia ya reaktori wa shunt wa kiwango cha 500kV dry-type katika mfumo wa umeme wa Brazil unapatikana na changamoto nyingi, inahitaji suluhisho kwa masuala haya muhimu:

• Tofauti katika Viwango vya Teknolojia: Viwango vya Brazil ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors na viwango vya China GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Part 6: Reactors ni sawa kwa muundo lakini tofauti kwa mihitilio na maelezo ya matumizi. Vyote vyanachagua IEC 60076 - 6 lakini vimebadilishwa kwa ajili ya maendeleo ya taifa, kuna tofauti kwa kiwango cha tiba, hadi za temperature rise, na njia za kutathmini loss. Hizi hazitoshi kwa kutathmini kwa undani wakati wa ubadilishaji wa teknolojia.

• Adaptability ya Mazingira: Mazingira ya tropikal ya Brazil (mfano, eneo la Silvânia: wastani wa joto wa mwaka >25°C, relative humidity ≥80%) inapatia changamoto zaidi za kutengeneza moto na tiba. Mazingira hii ya joto na mvuke yanapiga makosa kwa tiba na muda wa kutumia kwa vifaa vyenye nguvu vya zamani.

• Grid-Characteristic Adaptation: Grid ya 500kV ya Brazil ina fluctuation za voltage ~15% zaidi ya grids za same-level za China, na mazingira tofauti ya harmonics. Reactors inahitaji uwezo mzuri wa kupata voltage na uwezo wa kupambana na harmonics.

• Localized Operation & Maintenance (O&M) Needs: Kusaidia utumiaji wa muda mrefu wa amani, lazima kuzingatia uwezo wa O&M wa taifa, kuanzia mafunzo ya teknolojia, supply ya spare parts, na huduma za taifa.

2.2 Ubadilishaji na Ubunifu wa Viwango vya Teknolojia

Kutatua changamoto hizo, utafiti huu ulitumia njia mpya, hasa kubadilisha viwango vya teknolojia na specifications kabla ya project kulingana na matumizi na kutest reaktori mpya wa dry-type. Hilo lilitatua suala la ubadilishaji wa teknolojia na kilipatia rujisho muhimu kwa projects sawa.

Mabadiliko muhimu vya viwango vya teknolojia:

• Cancel Partial Discharge Test: Interference ya corona nje ya reaktori dry-type inazidi sana partial discharges za ndani. Kwa hakika hakuna njia za kutest zinazofanikiwa kwa interference partial discharge, na kulingana na NBR 5356 - 11 - 2016 inayotumika tu kwa transformers wa low-voltage dry-type (bila interference nje) na IEEE C57.21 inatekeleza dry-type shunt reactors kutoka kwa tests hizo, partial discharge test ya 500kV dry-type reactors imegawanyika.

• Optimize Insulation & Test Time: Kulingana na viwango vya Brazil, lightning impulse withstand voltage ni 1550kV na operating impulse withstand voltage ni 1175kV. Kwa sababu ya impedance ya reactor, switching impulse test time parameters yamebadilishwa kwa Td ≥ 120 μs na Tz ≥ 500 μs.

• Enhance Heat Dissipation: Kwa ajili ya mazingira ya joto na mvuke ya Brazil, imetengeneza muundo mpya wa composite heat-dissipation unaotumia insulation ya Class H (180°C) (inongeza resistance ya joto kwa 30°C kwa designs za zamani). Thermal simulations inaonyesha hot-spot temperature rise inastahimili chini ya 60K (chini ya hadi za design).

• Adjustment of Loss Calculation Method: Loss ya reactor inajumuisha DC resistance loss ya winding lake (Pdc) na additional loss ya winding (Pa). Kwa struktura ya reactor yoyote, Pdc na Pa ni sawa kwa square ya current. Kwa kutumia conductors zenye transposition, na na kitu kidogo cha conductive metal components (kama connectors) katika point za connection (non-magnetic), additional loss inajumuisha sehemu ndogo ya DC loss. Matokeo ya test inaonyesha extra loss ya prototype ni ~9%-12%, kwa hiyo formula ya loss calculation ni ifuatavyo:

• Enhancing Voltage Adaptability: Kwa kutengeneza electromagnetic design, range ya voltage adaptation ya equipment imeongezeka ili kupata fluctuation kubwa za voltage katika grid ya Brazil. Pia, performance ya anti-harmonic ya equipment imeongezeka, na modes za harmonics imepunguzika kwa kutumia winding design special.

3 Evaluation of Practical Effects and Technical Standards
3.1 Analysis of Practical Effects

Kutoka kwa utumiaji katika Silvânia Substation, reaktori wa 500kV dry-type shunt alionyesha performance nzuri. Kulingana na ripoti ya CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), indicators muhimu:

• Loss Level: Measured loss: 58.367kW @ 80°C (chini ya limit ya 60kW), inathibitisha njia za kutathmini na kutathmini loss zinazofanikiwa.

• Noise Control: Measured noise: 57dB(A) (chini sana ya requirement ya 80dB(A)), kwa kutumia design ya noise control.

• Temperature-Rise Performance: Average temp rise: 22.9K; hot-spot rise: 26.5K (both under design limits), inathibitisha cooling design mpya kwa mazingira ya Brazil.

• Electrical Performance: Alijaribiwa vizuri (lightning/operating impulse). Kulingana na ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 parameters (T1, Td, Tz) kwa operating impulse, kwa kuzingatia impedance ya reactor.

Hizi zinathibitisha ukaguzi wa reactor katika grid ya Brazil, hasa kwa energy efficiency/environmental protection, kusaidia maendeleo yenye ustawi. Matokeo yana thibitisha standards za teknolojia zinazofanikiwa na zinazohusu mbele.

3.2 Technical Standard Optimization Evaluation

Kulingana na practice/operation, timu inapendekeza optimizations:

• Loss Limits: Lower 500kV/20Mvar reactor loss limit from 60kW @ 80°C to 58kW @ 80°C; use 75°C for loss-calculation reference.

• Noise Standards: Refine standards (e.g., 75dB(A) for substations near residences); consider noise under varying voltages (e.g., 600kV).

• Temperature-Rise Limits: Adjust average temp-rise limit from 60K to 50K; specify Class B insulation (130°C temp index, 60/90°C avg/hot-spot rises).

• Insulation Coordination: Raise lightning impulse withstand voltage to 1600kV (for Brazil's frequent lightning); use 140kV power-frequency dry-withstand for neutral-point insulation. Define test freq (≥48Hz, 80% of rated) and duration (≥60s).

• Environmental Adaptability: Add anti-salt-fog reqs (coastal areas); consider EMF impact, set spacing. Use shields, anti-pollution/UV coatings in design.

Maelezo haya yanaweza kuboresha performance/reliability ya reactor, kusaidia viwango vya baadaye, na kusaidia grid ya Brazil kuendelea kwa urahisi, amani, na ustawi.