Các Đặc trưng Kỹ Thuật Ứng Dụng và Tiêu Chuẩn của Máy Bù Dòng khô 500kV ở Brazil

1 Tính năng kỹ thuật và Tham chiếu Tiêu chuẩn của Máy bù điện khô 500kV
1.1 Tính năng kỹ thuật

Máy bù điện khô 500kV, một thiết bị điện không dầu cho hệ thống truyền tải siêu cao áp, nổi bật với các tính năng cốt lõi như cách điện tiên tiến, giải nhiệt sáng tạo, thiết kế điện từ tối ưu, và cấu trúc mô-đun. Những lợi thế này, vượt trội hơn so với máy biến áp ngâm dầu truyền thống, cũng thúc đẩy yêu cầu tiêu chuẩn kỹ thuật mới.

• Cách điện tiên tiến: Sử dụng đúc epoxy và hợp chất nano (với hạt nano-SiO₂ tăng cường khả năng chịu điện áp phá vỡ của epoxy khoảng 40% và điện áp khởi đầu xả cục bộ khoảng 25%), nó nâng cao khả năng cách điện và chống xả cục bộ. Sự đột phá này đòi hỏi việc định nghĩa lại mức cách điện và phương pháp thử nghiệm xả cục bộ trong tiêu chuẩn.

• Giải nhiệt sáng tạo: Cấu trúc tổng hợp (làm mát bằng không khí ép nhiều kênh + vật liệu chuyển pha hỗ trợ giải nhiệt) giữ cho nhiệt độ điểm nóng tăng không quá 60K (dưới giới hạn IEC, được xác nhận qua phân tích phần tử hữu hạn và thí nghiệm). Cần có phương pháp/ giới hạn thử nghiệm nhiệt độ tăng mới trong tiêu chuẩn.

• Thiết kế điện từ tối ưu: Cuộn dây đa lớp chồng chéo và cách điện theo cấp độ tối ưu hóa phân bố trường điện, cải thiện khả năng chịu ngắn mạch. Phân tích phần tử hữu hạn cho thấy giảm khoảng 20% cường độ điện trường tối đa trong cuộn dây. Tiêu chuẩn nên thêm phương pháp đánh giá phân bố trường điện và khả năng chịu ngắn mạch.

• Cấu trúc mô-đun: Gồm các đơn vị cơ bản giống nhau nối tiếp, dễ dàng sản xuất, vận chuyển và lắp đặt tại hiện trường. Tiêu chuẩn cần yêu cầu kiểm tra độ tin cậy kết nối giữa các mô-đun và sự nhất quán về hiệu suất tổng thể.

1.2 Tham chiếu và Đóng góp vào Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Trong việc áp dụng công nghệ máy bù điện khô 500kV ở Brazil, tiêu chuẩn kỹ thuật đóng vai trò quan trọng. Đội nghiên cứu đã đi sâu vào tiêu chuẩn điện ABNT NBR 5356 - 6 của Brazil Máy biến áp Phần 6: Máy bù điện, và kết hợp các tiêu chuẩn quốc tế như IEC 60076 - 6 Máy biến áp Công suất - Phần 6: Máy bù điện và IEEE Std C57.12.90 - 2021 Phương trình thử nghiệm tiêu chuẩn cho máy biến áp phân phối, công suất và điều chỉnh ngập dầu, để phát triển một tiêu chuẩn kỹ thuật cho máy bù điện khô 500kV phù hợp với bối cảnh của Brazil.

Các điểm tập trung chính trong quá trình lập tiêu chuẩn:

• Mức cách điện: Được tùy chỉnh cho lưới điện Brazil, yêu cầu cách điện được nâng cao (điện áp chịu xung sét: 1550kV; điện áp chịu xung hoạt động: 1175kV - cao hơn so với tiêu chuẩn Trung Quốc nhưng phù hợp với lưới điện). Theo NBR5356 - 6, thời gian xung chuyển đổi Tz ≥ 1000 μs và Td ≥ 200 μs.

• Nhiệt độ tăng và Giải nhiệt: Đối với môi trường nhiệt độ cao của Brazil, giới hạn nhiệt độ tăng trung bình được siết chặt từ 60K xuống 50K (qua thiết kế làm mát sáng tạo, tăng cường an toàn). Thêm phân tích ảnh nhiệt và giám sát nhiệt độ dài hạn cho cấu trúc làm mát tổng hợp.

• Yêu cầu và Tính toán Mất mát: Thiết kế theo tiêu chuẩn Brazil với giới hạn mất mát nhiễu 0,3%. Sử dụng Phụ lục B.2 của IEEE Std C57.12.90 - 2021, xây dựng mô hình chuyển đổi mất mát tần số 50Hz - 60Hz, đảm bảo tính toán mất mát chính xác và so sánh được trên các tần số.

• Khả năng thích ứng với Môi trường: Đối với khí hậu nóng ẩm của Brazil, thêm yêu cầu chống sương muối, chống phóng điện ô nhiễm và chống UV để tăng cường độ tin cậy lâu dài. Lập các bài kiểm tra như lão hóa nhanh và chu kỳ nhiệt độ ẩm.

2 Thực hành Áp dụng Máy bù điện khô 500kV ở Brazil
2.1 Thách thức trong Việc Giới thiệu Công nghệ và Điều chỉnh Tiêu chuẩn

Áp dụng công nghệ máy bù điện khô 500kV vào hệ thống điện Brazil gặp nhiều thách thức, đòi hỏi giải quyết các vấn đề chính sau:

• Sự khác biệt về Tiêu chuẩn Kỹ thuật: Tiêu chuẩn ABNT NBR 5356 - 6 của Brazil Máy biến áp Phần 6: Máy bù điện và GB/T 1094.6 - 2017 của Trung Quốc Máy biến áp Công suất - Phần 6: Máy bù điện có cấu trúc tương tự nhưng khác nhau về yêu cầu cụ thể và chi tiết thực hiện. Cả hai đều tham chiếu IEC 60076 - 6 nhưng được địa phương hóa theo nhu cầu quốc gia, khác nhau về mức cách điện, giới hạn nhiệt độ tăng và phương pháp tính toán mất mát. Những khác biệt này đòi hỏi xử lý cẩn thận trong quá trình điều chỉnh công nghệ.

• Khả năng thích ứng với Khí hậu: Khí hậu nhiệt đới của Brazil (ví dụ, khu vực Silvânia: nhiệt độ trung bình hàng năm >25°C, độ ẩm tương đối ≥80%) đặt ra yêu cầu cao hơn về giải nhiệt và cách điện. Môi trường nóng ẩm này thách thức nghiêm trọng cách điện và tuổi thọ của thiết bị điện truyền thống.

• Khả năng thích ứng với Đặc điểm Lưới điện: Lưới điện 500kV của Brazil có dao động điện áp khoảng 15% cao hơn so với lưới điện cùng cấp ở Trung Quốc, với môi trường hài khác nhau. Máy bù điện cần có khả năng thích ứng điện áp mạnh mẽ hơn và khả năng chống hài tốt hơn.

• Nhu cầu Vận hành và Bảo dưỡng Địa phương: Để đảm bảo vận hành đáng tin cậy lâu dài, cần xem xét khả năng vận hành và bảo dưỡng địa phương, bao gồm đào tạo kỹ thuật, cung cấp phụ tùng dự phòng và dịch vụ địa phương.

2.2 Điều chỉnh và Sáng tạo Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Để giải quyết những thách thức trên, nghiên cứu này đã áp dụng các biện pháp sáng tạo, quan trọng nhất là điều chỉnh tiêu chuẩn và thông số kỹ thuật trước dự án dựa trên sử dụng và thử nghiệm thực tế của máy bù điện khô mới. Điều này giải quyết các vấn đề kỹ thuật và cung cấp tham chiếu quan trọng cho các dự án tương tự.

Các sửa đổi tiêu chuẩn kỹ thuật chính:

• Hủy bỏ Kiểm tra Xả cục bộ: Sóng xung ngoại vi gây nhiễu cho máy bù điện khô vượt xa xả cục bộ nội bộ. Do không có phương pháp/thông số kiểm tra xả cục bộ nhiễu thành thạo, và xét NBR 5356 - 11 - 2016 chỉ áp dụng cho máy biến áp khô điện áp thấp (không có nhiễu ngoại vi) và IEEE C57.21 miễn trừ máy bù điện khô khỏi các kiểm tra này, kiểm tra xả cục bộ cho máy bù điện khô 500kV bị hủy bỏ.

• Tối ưu hóa Cách điện và Thời gian Kiểm tra: Theo tiêu chuẩn Brazil, điện áp chịu xung sét là 1550kV và điện áp chịu xung hoạt động là 1175kV. Do trở kháng của máy bù điện, các tham số thời gian kiểm tra xung chuyển đổi được điều chỉnh thành Td ≥ 120 μs và Tz ≥ 500 μs.

• Nâng cao Giải nhiệt: Đối với khí hậu nóng ẩm của Brazil, một cấu trúc giải nhiệt tổng hợp mới sử dụng cách điện lớp H (180°C) (tăng khả năng chịu nhiệt 30°C so với thiết kế truyền thống) được phát triển. Phân tích nhiệt cho thấy nhiệt độ điểm nóng tăng không quá 60K (dưới giới hạn thiết kế).

• Điều chỉnh Phương pháp Tính toán Mất mát: Mất mát của máy bù điện bao gồm mất mát do điện trở DC của cuộn dây (Pdc) và mất mát bổ sung của cuộn dây (Pa). Đối với một cấu trúc máy bù điện cụ thể, cả Pdc và Pa đều tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện. Sử dụng dây dẫn hoán vị, và chỉ có một số nhỏ các thành phần kim loại dẫn điện nhỏ (như đầu nối) tại các điểm kết nối (không từ tính), mất mát bổ sung chiếm tỷ lệ thấp so với mất mát DC. Kết quả kiểm tra cho thấy mất mát bổ sung của mẫu thử nghiệm là khoảng 9%-12%, vì vậy công thức tính toán mất mát như sau:

• Nâng cao Khả năng Thích ứng Điện áp: Bằng cách tối ưu hóa thiết kế điện từ, phạm vi thích ứng điện áp của thiết bị được mở rộng để đối phó với dao động điện áp lớn trong lưới điện Brazil. Đồng thời, khả năng chống hài của thiết bị được cải thiện, và các chế độ hài được giảm thiểu thông qua thiết kế cuộn dây đặc biệt.

3 Đánh giá Hiệu quả Thực tế và Tiêu chuẩn Kỹ thuật
3.1 Phân tích Hiệu quả Thực tế

Qua ứng dụng tại Trạm biến áp Silvânia, máy bù điện khô 500kV đã thể hiện hiệu suất xuất sắc. Theo báo cáo kiểm tra CEPRI-EETC03-2022-0880 (E), các chỉ số chính:

• Mức Mất mát: Mất mát đo được: 58,367kW @ 80°C (dưới giới hạn 60kW), chứng tỏ phương pháp tính toán và kiểm soát mất mát hiệu quả.

• Kiểm soát Tiếng ồn: Tiếng ồn đo được: 57dB(A) (dưới yêu cầu 80dB(A)), nhờ thiết kế kiểm soát tiếng ồn tập trung.

• Hiệu suất Nhiệt độ Tăng: Nhiệt độ tăng trung bình: 22,9K; nhiệt độ điểm nóng tăng: 26,5K (cả hai đều dưới giới hạn thiết kế), xác nhận thiết kế làm mát mới phù hợp với khí hậu Brazil.

• Hiệu suất Điện: Thể hiện tốt trong các bài kiểm tra (xung sét/xung hoạt động). Sử dụng các thông số ABNT NBR 5356 - 4/IEC 60076 - 4 (T1, Td, Tz) cho xung hoạt động, tính đến trở kháng của máy bù điện.

Những điều này chứng minh khả năng áp dụng và ưu việt của máy bù điện trong lưới điện Brazil, đặc biệt về hiệu quả năng lượng và bảo vệ môi trường, hỗ trợ phát triển bền vững. Kết quả cũng xác nhận tính khoa học và tầm nhìn xa của các thông số kỹ thuật.

3.2 Đánh giá Tối ưu hóa Tiêu chuẩn Kỹ thuật

Dựa trên thực tế/vận hành, đội ngũ đề xuất các tối ưu hóa:

• Giới hạn Mất mát: Giảm giới hạn mất mát của máy bù điện 500kV/20Mvar từ 60kW @ 80°C xuống 58kW @ 80°C; sử dụng 75°C làm tham chiếu tính toán mất mát.

• Tiêu chuẩn Tiếng ồn: Tinh chỉnh tiêu chuẩn (ví dụ, 75dB(A) cho trạm biến áp gần khu dân cư); xem xét tiếng ồn dưới các điện áp khác nhau (ví dụ, 600kV).

• Giới hạn Nhiệt độ Tăng: Điều chỉnh giới hạn nhiệt độ tăng trung bình từ 60K xuống 50K; quy định cách điện lớp B (chỉ số nhiệt độ 130°C, nhiệt độ tăng trung bình/điểm nóng 60/90°C).

• Hài hòa Cách điện: Nâng cao điện áp chịu xung sét lên 1600kV (do sét thường xuyên ở Brazil); sử dụng điện áp chịu cách điện khô tần số công nghiệp 140kV cho cách điện điểm trung tính. Định rõ tần số kiểm tra (≥48Hz, 80% định mức) và thời gian (≥60s).

• Khả năng Thích ứng với Môi trường: Thêm yêu cầu chống sương muối (khu vực ven biển); xem xét tác động EMF, đặt khoảng cách. Sử dụng màn chắn, phủ chống ô nhiễm/UV trong thiết kế.

Những đề xuất này nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của máy bù điện, hướng dẫn các tiêu chuẩn tương lai, và giúp lưới điện Brazil phát triển hiệu quả, đáng tin cậy và bền vững.