คุณลักษณะทางเทคนิค การประยุกต์ใช้งาน และมาตรฐานของรีแอคเตอร์แบบแห้ง 500kV ในบราซิล

1 คุณลักษณะทางเทคนิคและการอ้างอิงมาตรฐานของรีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV
1.1 คุณลักษณะทางเทคนิค

รีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV ซึ่งเป็นอุปกรณ์พลังงานไร้น้ำมันสำหรับระบบส่งไฟฟ้าแรงดันสูงมาก มีคุณสมบัติหลักอย่างการฉนวนกันความร้อนที่ทันสมัย การระบายความร้อนที่สร้างสรรค์ การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่เหมาะสม และโครงสร้างโมดูลาร์ ข้อได้เปรียบเหล่านี้ ซึ่งเหนือกว่ารีแอคเตอร์แช่น้ำมันแบบดั้งเดิม ยังกระตุ้นความต้องการมาตรฐานทางเทคนิคใหม่ ๆ ด้วย

• การฉนวนกันความร้อนที่ทันสมัย: โดยใช้วิธีการหล่อเรซินอีพ็อกซี่และนาโนคอมโพสิต (ที่มีอนุภาคนาโน SiO₂ เพิ่มกำลังทนทานในการทำลายของเรซินอีพ็อกซี่ขึ้นประมาณ 40% และแรงดันเริ่มต้นของการปล่อยประจุบางส่วนขึ้น 25%) ทำให้เพิ่มการฉนวนและความต้านทานต่อการปล่อยประจุบางส่วน นวัตกรรมนี้เรียกร้องให้มีการกำหนดระดับการฉนวนและวิธีทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนในมาตรฐานใหม่

• การระบายความร้อนที่สร้างสรรค์: โครงสร้างผสม (การระบายความร้อนด้วยอากาศผ่านหลายช่อง + การช่วยระบายความร้อนด้วยวัสดุเปลี่ยนสถานะ) ทำให้อุณหภูมิจุดร้อนสูงขึ้นไม่เกิน 60K (ต่ำกว่าขีดจำกัด IEC อย่างมาก ซึ่งตรวจสอบโดยการวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดและการทดลอง) จำเป็นต้องมีวิธีทดสอบ/ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิใหม่ในมาตรฐาน

• การออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้าที่เหมาะสม: การพันลวดหลายชั้นแบบสลับกันและการฉนวนไล่ระดับ ทำให้การกระจายสนามไฟฟ้าเหมาะสมขึ้น ปรับปรุงความต้านทานต่อวงจรป้อนกลับ วิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดแสดงว่า แรงสนามไฟฟ้าสูงสุดในพันลวดลดลงประมาณ 20% มาตรฐานควรเพิ่มวิธีประเมินการกระจายสนามไฟฟ้าและความต้านทานต่อวงจรป้อนกลับ

• โครงสร้างโมดูลาร์: ประกอบด้วยหน่วยพื้นฐานเหมือนกันที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม ทำให้ง่ายต่อการผลิต การขนส่ง และการติดตั้งบนไซต์ มาตรฐานต้องมีข้อกำหนดทดสอบความเชื่อมโยงระหว่างโมดูลและการทำงานที่คงที่ของระบบทั้งหมด

1.2 อ้างอิงและการกำหนดมาตรฐานทางเทคนิค

ในการนำเทคโนโลยีรีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV มาใช้ในบราซิล มาตรฐานทางเทคนิคได้เล่นบทบาทสำคัญ ทีมวิจัยศึกษามาตรฐานไฟฟ้าของบราซิล ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors และรวมมาตรฐานสากลเช่น IEC 60076 - 6 Power Transformers - Part 6: Reactors และ IEEE Std C57.12.90 - 2021 Standard Test Procedures for Liquid-Immersed Distribution, Power, and Regulating Transformers เพื่อพัฒนาข้อกำหนดทางเทคนิครีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV ที่เหมาะสมกับบริบทของบราซิล

ประเด็นสำคัญในการกำหนดข้อกำหนด:

• ระดับการฉนวน: ปรับให้เหมาะสมกับระบบไฟฟ้าของบราซิล โดยเพิ่มข้อกำหนดการฉนวน (แรงดันทนทานจากฟ้าผ่า: 1550kV; แรงดันทนทานจากการทำงาน: 1175kV — สูงกว่ามาตรฐานของจีนแต่เหมาะสมกับระบบไฟฟ้า) ตาม NBR5356 - 6 ทดสอบแรงดันจากการสวิตช์ Tz ≥ 1000 μs และ Td ≥ 200 μs

• การเพิ่มอุณหภูมิและการระบายความร้อน: สำหรับสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูงของบราซิล ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยถูกปรับจาก 60K เป็น 50K (ผ่านการออกแบบระบายความร้อนที่สร้างสรรค์ เพิ่มความปลอดภัย) เพิ่มการวิเคราะห์ภาพความร้อนและการตรวจสอบอุณหภูมิระยะยาวสำหรับโครงสร้างระบายความร้อนผสม

• ข้อกำหนดและความสูญเสียในการคำนวณ: ออกแบบตามมาตรฐานของบราซิล ด้วยข้อกำหนดการสูญเสียจากการแทรกแซง 0.3% ใช้ IEEE Std C57.12.90 - 2021 Annex B.2 สร้างแบบจำลองการแปลงความสูญเสีย 50Hz-60Hz ทำให้การคำนวณความสูญเสียเทียบเคียงได้อย่างถูกต้องในความถี่ต่าง ๆ

• ความสามารถในการปรับตัวกับสภาพแวดล้อม: สำหรับสภาพภูมิอากาศที่ร้อนชื้นของบราซิล เพิ่มข้อกำหนดป้องกันฝ้าละอองเกลือ ป้องกันการแฟลชโอเวอร์จากมลภาวะ และป้องกันรังสี UV เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือในระยะยาว กำหนดการทดสอบเช่น การเร่งการเสื่อมสภาพและการทดสอบวงจรความร้อนชื้น

2 การปฏิบัติการใช้งานรีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV ในบราซิล
2.1 ความท้าทายในการแนะนำเทคโนโลยีและการปรับมาตรฐาน

การนำเทคโนโลยีรีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV มาใช้ในระบบไฟฟ้าของบราซิล สร้างความท้าทายหลายประการ ต้องหาวิธีแก้ไขปัญหาสำคัญเหล่านี้:

• ความแตกต่างของมาตรฐานทางเทคนิค: มาตรฐาน ABNT NBR 5356 - 6 Transformer Part 6: Reactors ของบราซิล และ GB/T 1094.6 - 2017 Power Transformers - Part 6: Reactors ของจีน มีโครงสร้างคล้ายคลึงกัน แต่มีข้อกำหนดและรายละเอียดการดำเนินการที่แตกต่างกัน ทั้งสองอ้างอิง IEC 60076 - 6 แต่ปรับให้เหมาะสมกับความต้องการของประเทศ ซึ่งแตกต่างกันในระดับการฉนวน ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิ และวิธีคำนวณความสูญเสีย ความแตกต่างเหล่านี้ต้องจัดการอย่างรอบคอบในการปรับเทคโนโลยี

• ความสามารถในการปรับตัวกับสภาพภูมิอากาศ: สภาพภูมิอากาศเขตร้อนของบราซิล (เช่น ภูมิภาค Silvânia: อุณหภูมิเฉลี่ยประจำปี >25°C ความชื้นสัมพัทธ์ ≥80%) สร้างความต้องการในการระบายความร้อนและการฉนวนที่สูงขึ้น สภาพอากาศที่ร้อนชื้นเช่นนี้เป็นความท้าทายอย่างมากต่อการฉนวนและการใช้งานอุปกรณ์ไฟฟ้าแบบดั้งเดิม

• การปรับตัวกับลักษณะของระบบไฟฟ้า: ระบบไฟฟ้า 500kV ของบราซิลมีการเปลี่ยนแปลงแรงดันสูงกว่าระบบระดับเดียวกันของจีนประมาณ 15% พร้อมกับสภาพแวดล้อมฮาร์มอนิกที่แตกต่างกัน รีแอคเตอร์ต้องมีความสามารถในการปรับตัวกับแรงดันที่สูงขึ้นและประสิทธิภาพในการต้านทานฮาร์มอนิกที่แข็งแกร่งขึ้น

• ความต้องการการดำเนินงานและการบำรุงรักษาท้องถิ่น: เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถทำงานได้อย่างเชื่อถือได้ในระยะยาว ต้องพิจารณาความสามารถและนิสัยในการดำเนินงานและการบำรุงรักษาท้องถิ่น ครอบคลุมการฝึกอบรมทางเทคนิค การจัดหาอะไหล่ และบริการท้องถิ่น

2.2 การปรับปรุงและนวัตกรรมของมาตรฐานทางเทคนิค

เพื่อแก้ไขความท้าทายดังกล่าว งานวิจัยนี้ได้ดำเนินมาตรการที่สร้างสรรค์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปรับมาตรฐานทางเทคนิคและข้อกำหนดก่อนโครงการตามการใช้งานและการทดสอบรีแอคเตอร์แบบแห้งใหม่ ซึ่งแก้ไขปัญหาการปรับตัวทางเทคนิคและให้แนวทางสำคัญสำหรับโครงการที่คล้ายคลึงกัน

การแก้ไขมาตรฐานทางเทคนิคสำคัญ:

• ยกเลิกการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วน: รีแอคเตอร์แบบแห้งมีการรบกวนจากโคโรนาภายนอกที่สูงกว่าการปล่อยประจุบางส่วนภายในมาก ไม่มีวิธีทดสอบ/เกณฑ์ที่เหมาะสมสำหรับการปล่อยประจุบางส่วนจากการรบกวน และเนื่องจาก NBR 5356 - 11 - 2016 ใช้กับหม้อแปลงแบบแห้งแรงดันต่ำ (ไม่มีการรบกวนภายนอก) และ IEEE C57.21 ยกเว้นรีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้งจากการทดสอบดังกล่าว จึงยกเลิกการทดสอบการปล่อยประจุบางส่วนสำหรับรีแอคเตอร์แบบแห้ง 500kV

• ปรับปรุงการฉนวนและการทดสอบเวลา: ตามมาตรฐานของบราซิล แรงดันทนทานจากฟ้าผ่าคือ 1550kV และแรงดันทนทานจากการทำงานคือ 1175kV เนื่องจากความต้านทานของรีแอคเตอร์ จึงปรับพารามิเตอร์เวลาการทดสอบแรงดันจากการสวิตช์เป็น Td ≥ 120 μs และ Tz ≥ 500 μs

• เสริมการระบายความร้อน: สำหรับสภาพอากาศที่ร้อนชื้นของบราซิล ได้พัฒนาโครงสร้างการระบายความร้อนผสมใหม่โดยใช้ฉนวนระดับ H (180°C) (เพิ่มความต้านทานความร้อนขึ้น 30°C เมื่อเทียบกับการออกแบบแบบดั้งเดิม) ผลจำลองความร้อนแสดงว่าการเพิ่มอุณหภูมิจุดร้อนอยู่ในขอบเขต 60K (ต่ำกว่าขีดจำกัดการออกแบบ)

• การปรับวิธีคำนวณความสูญเสีย: ความสูญเสียของรีแอคเตอร์ประกอบด้วยความสูญเสียจากการต้านทานกระแสตรงของพันลวด (Pdc) และความสูญเสียเพิ่มเติมของพันลวด (Pa) สำหรับโครงสร้างรีแอคเตอร์ที่กำหนด Pdc และ Pa แปรผันตามกำลังสองของกระแส ด้วยการใช้ตัวนำที่ถูกสลับตำแหน่ง และมีเพียงชิ้นส่วนโลหะนำไฟฟ้าขนาดเล็กจำนวนน้อย (เช่น ตัวเชื่อมต่อ) ที่จุดเชื่อมต่อ (ไม่ใช่แม่เหล็ก) ความสูญเสียเพิ่มเติมมีสัดส่วนต่ำเมื่อเทียบกับความสูญเสียกระแสตรง ผลทดสอบแสดงว่าความสูญเสียเพิ่มเติมของต้นแบบคือประมาณ 9%-12% ดังนั้นสูตรคำนวณความสูญเสียคือดังนี้:

• การเสริมความสามารถในการปรับตัวกับแรงดัน: โดยการปรับปรุงการออกแบบแม่เหล็กไฟฟ้า ช่วงการปรับตัวกับแรงดันของอุปกรณ์ได้ขยายออกเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงแรงดันที่สูงในระบบไฟฟ้าของบราซิล ขณะเดียวกัน ประสิทธิภาพในการต้านทานฮาร์มอนิกของอุปกรณ์ได้รับการปรับปรุง และโหมดฮาร์มอนิกได้รับการลดลงผ่านการออกแบบพันลวดพิเศษ

3 การประเมินผลปฏิบัติการและมาตรฐานทางเทคนิค
3.1 การวิเคราะห์ผลปฏิบัติการ

ผ่านการใช้งานที่สถานี Silvânia รีแอคเตอร์เชิงขนานแบบแห้ง 500kV แสดงผลการดำเนินงานที่ยอดเยี่ยม ตามรายงานทดสอบ CEPRI-EETC03-2022-0880 (E) ตัวชี้วัดสำคัญ:

• ระดับความสูญเสีย: ความสูญเสียที่วัดได้: 58.367 kW @ 80°C (ต่ำกว่าขีดจำกัด 60 kW) ยืนยันวิธีการคำนวณและการควบคุมความสูญเสียที่มีประสิทธิภาพ

• การควบคุมเสียง: เสียงที่วัดได้: 57 dB(A) (ต่ำกว่าข้อกำหนด 80 dB(A)) ขอบคุณการออกแบบควบคุมเสียงที่มุ่งมั่น

• ผลการเพิ่มอุณหภูมิ: อุณหภูมิเฉลี่ยที่เพิ่มขึ้น: 22.9 K; อุณหภูมิจุดร้อนที่เพิ่มขึ้น: 26.5 K (ทั้งสองต่ำกว่าขีดจำกัดการออกแบบ) ยืนยันการออกแบบระบายความร้อนใหม่สำหรับสภาพภูมิอากาศของบราซิล

• ผลการดำเนินงานทางไฟฟ้า: ดำเนินการได้ดีในการทดสอบ (แรงดันจากฟ้าผ่า/การดำเนินงาน) ใช้พารามิเตอร์ ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) สำหรับแรงดันจากการดำเนินงาน คำนึงถึงความต้านทานของรีแอคเตอร์

ผลเหล่านี้ยืนยันความเหมาะสมและประสิทธิภาพของรีแอคเตอร์ในระบบไฟฟ้าของบราซิล โดยเฉพาะในด้านประสิทธิภาพพลังงานและการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม สนับสนุนการพัฒนาอย่างยั่งยืน ผลยังยืนยันมาตรฐานทางเทคนิคที่มีความเป็นวิทยาศาสตร์และมุ่งหน้าสู่อนาคต

3.2 การประเมินการปรับปรุงมาตรฐานทางเทคนิค

ตามประสบการณ์และปฏิบัติงาน ทีมเสนอการปรับปรุง:

• ขีดจำกัดความสูญเสีย: ลดขีดจำกัดความสูญเสียของรีแอคเตอร์ 500kV/20Mvar จาก 60 kW @ 80°C เป็น 58 kW @ 80°C; ใช้อุณหภูมิ 75°C เป็นอุณหภูมิอ้างอิงในการคำนวณความสูญเสีย

• มาตรฐานเสียง: ปรับปรุงมาตรฐาน (เช่น 75 dB(A) สำหรับสถานีไฟฟ้าใกล้ที่อยู่อาศัย); พิจารณาเสียงภายใต้แรงดันที่แตกต่างกัน (เช่น 600 kV)

• ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิ: ปรับขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ยจาก 60 K เป็น 50 K; ระบุฉนวนระดับ B (ดัชนีอุณหภูมิ 130°C ขีดจำกัดการเพิ่มอุณหภูมิเฉลี่ย/จุดร้อน 60/90°C)

• การประสานการฉนวน: เพิ่มแรงดันทนทานจากฟ้าผ่าเป็น 1600 kV (สำหรับฟ้าผ่าที่เกิดขึ้นบ่อยในบราซิล); ใช้แรงดันทนทานแบบแห้ง 140 kV สำหรับฉนวนจุดกลาง กำหนดความถี่การทดสอบ (≥48 Hz 80% ของอัตราส่วนที่กำหนด) และระยะเวลา (≥60 วินาที)

• ความสามารถในการปรับตัวกับสภาพแวดล้อม: เพิ่มข้อกำหนดป้องกันฝ้าละอองเกลือ (พื้นที่ชายฝั่ง); พิจารณาผลกระทบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า กำหนดระยะห่าง ใช้โล่ป้องกัน สารเคลือบป้องกันมลพิษและรังสี UV ในการออกแบบ

ข้อเสนอแนะเหล่านี้เพิ่มประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของรีแอคเตอร์ ให้แนวทางสำหรับมาตรฐานในอนาคต และช่วยในการพัฒนาระบบไฟฟ้าของบราซิลให้มีประสิทธิภาพ ความน่าเชื่อถือ และยั่งยืน