500kV干式并聯電抗器技術在巴西的實踐與意義

摘 要：隨著巴西高壓電網的快速發展，電力系統對并聯電抗器的性能和可靠性提出了更高要求。本研究深入探討了500kV干式并聯電抗器技術在巴西的引入與應用過程。通過系統分析巴西電力技術標準，研究團隊制定了符合當地要求的技術規范，成功克服了技術標準差異、氣候環境適應性等挑戰，并在希爾瓦尼亞變電站實現了該技術的首次應用。實踐結果表明，500kV干式并聯電抗器在損耗控制、噪聲抑制和環境適應性等方面表現優異，為巴西電網的穩定運行作出了重要貢獻。本研究不僅為干式并聯電抗器技術在新興市場的推廣提供了范例，也為中國電力裝備技術的海外應用和標準的制定積累了寶貴經驗。

關鍵詞：干式并聯電抗器，技術標準，巴西電力系統，高壓電網，屬地化應用，國際化標準

0 引 言

巴西作為拉丁美洲最大的經濟體，其電力需求持續快速增長。根據巴西能源研究公司（EPE）的數據，預計到2029年，巴西的電力需求將以年均3.3%的速度增長[1]。為滿足這一不斷增長的需求，巴西正在大力發展和擴建其高壓輸電網絡。然而，隨著電網規模的擴大和復雜度的提高，電力系統的穩定性和可靠性面臨著嚴峻挑戰。

在現代電力系統中，并聯電抗器扮演著至關重要的角色，主要用于系統無功補償和電壓調節。目前，國際上廣泛應用的是油浸式并聯電抗器，其相關標準已相當成熟。國際電工委員會（IEC）制定的IEC 60076-6標準為油浸式電抗器提供了全面的技術規范和測試要求。同樣，巴西國家標準ABNT NBR 5356-6和中國國家標準GB/T1094.6-2017也對油浸式電抗器有詳細規定[5][8][9]。

然而，隨著電力系統對設備性能、可靠性和環保性的要求不斷提高，傳統油浸式電抗器逐漸顯露出一些局限性。例如：油浸式電抗器存在潛在的漏油風險，可能導致環境污染；同時，其絕緣油的易燃性也增加了火災隱患。這些因素促使電力行業探索新型電抗器技術，其中干式并聯電抗器因其環保、安全的特性而受到關注。

然而，干式并聯電抗器，尤其是500kV超高壓等級的干式并聯電抗器，尚未有專門的國際標準。現有的IEC、IEEE等國際標準主要針對油浸式電抗器，對于干式電抗器的技術要求和測試方法還沒有統一的規范。這一技術空白不僅為創新提供了機會，也對標準的制定提出了挑戰。

在這一背景下， 國家電網巴西控股公司（SGBH）引入500kV干式并聯電抗器技術，以解決巴西電網面臨的挑戰[3]。這一決策不僅旨在提高電網的穩定性和可靠性，也考慮到了巴西特殊的氣候環境和電網特性。然而，將這一新技術應用于巴西電力系統面臨諸多挑戰，包括技術標準的差異、氣候環境的適應性、電網特性的匹配等。

在深入探討500kV干式并聯電抗器技術在巴西的實際應用過程。我們詳細分析了其技術特點、實施過程中遇到的挑戰及其解決方案。特別地，本研究將重點關注技術規范的制定過程，探討如何在現有國際標準的基礎上，結合巴西的實際需求，制定適合500kV干式并聯電抗器的技術規范。這一過程不僅對本項目的成功實施至關重要，也為今后類似技術及標準的國際化應用提供了寶貴的經驗。

1 500kV干式并聯電抗器技術特點及標準引用

1.1 技術特點

500kV干式并聯電抗器是一種專為超高壓輸電系統設計的無油式電力設備，其核心技術特點包括先進的絕緣技術、創新的散熱設計、優化的電磁設計和模塊化結構。這些特點不僅使其在性能上優于傳統油浸式電抗器，也為技術標準的制定提出了新的要求。

（1）先進的絕緣技術： 采用環氧樹脂9aySp8mAg+iIVlOCPLTqQIQtoSMdYqr861rz49l25E8=澆注技術和納米復合材料，顯著提高了設備的絕緣性能和抗部分放電能力。通過添加納米SiO2顆粒，環氧樹脂的擊穿強度提高了約40%，部分放電起始電壓提高了25%。這一技術突破要求在標準中重新定義絕緣水平和部分放電測試方法。

（2）創新的散熱設計： 開發了多通道強制風冷和相變材料輔助散熱的復合散熱結構。通過有限元分析和實驗驗證，該設計可將熱點溫升控制在60K以內，遠低于IEC標準規定的限值。這一創新設計需要在標準中增加新的溫升測試方法和限值規定。

（3）優化的電磁設計： 采用多層交錯繞制和梯度絕緣技術，有效優化了電場分布，提高了設備的抗短路能力。有限元分析表明，這種設計可以將繞組內的最大電場強度降低約20%。這一設計改進需要在標準中增加電場分布和抗短路能力的評估方法。

（4）模塊化結構： 設備由幾個相同的基礎單元按照特定的連接方式串聯組成，這種設計不僅降低了制造難度，也便于運輸和現場安裝[4]。模塊化設計需要在標準中增加模塊間連接可靠性和整體性能一致性的測試要求。

1.2 技術標準的引用與制定

500kV干式并聯電抗器技術在巴西的運用過程中，技術標準的引入發揮了關鍵作用。研究團隊深入研究了巴西電力標準ABNT NBR 5356-6《變壓器第6部分：電抗器》，并結合國際標準如：IEC 60076-6《電力變壓器 第6部分：電抗器》和IEEE Std C57.12.90-2021《液浸式配電、電力和調節變壓器標準試驗規程》，制定了符合巴西國情的500kV干式并聯電抗器技術規范[5][6][8]。

技術規范的制定過程中，重點關注了以下幾個方面。

（1）絕緣水平要求： 根據巴西電網的特點，提高絕緣水平要求。例如：雷電沖擊耐受電壓設定為1550kV，操作沖擊耐受電壓設定為1175kV，這些數值高于中國標準的要求，但符合巴西電網的實際需求。根據NBR5356-6規定，要求操縱脈沖試驗的Tz時間大于等于1000μs，Td應大于等于200μs。

（2）溫升限值和散熱性能評估： 考慮到巴西的高溫環境，對溫升限值進行了更嚴格的規定。通過創新的散熱設計，將平均溫升限值從60K調整為50K，進一步提高了設備的安全裕度。同時，增加了復合散熱結構的性能評估方法，包括熱成像分析和長期溫度監測要求。

（3）損耗要求和計算方法： 根據巴西電力標準要求干抗損耗率按0.3%進行電抗器設計，且損耗不能超過該限值。采用IEEE Std C57.12.90-2021標準中附錄B.2的方法，建立了50Hz和60Hz損耗值之間的轉換模型，確保了損耗計算的準確性和可比性[6]，解決不同頻率系統間的損耗評估問題。

（4）環境適應性指標： 針對巴西的高溫高濕環境，增加了抗鹽霧性能、防污閃和防紫外線等特殊要求，提高了設備的長期可靠性。制定了相應的環境模擬試驗方法，包括加速老化試驗和濕熱循環試驗。

（5）噪聲控制： 制定了更嚴格的噪聲標準，特別是針對靠近居民區的變電站，將噪聲限值進一步降低。增加了不同負載條件下的噪聲測試要求，以及低頻噪聲評估方法。

2 500kV干式并聯電抗器在巴西的應用實踐

2.1 技術引入與標準的適配挑戰

將500kV干式并聯電抗器技術應用于巴西電力系統面臨諸多挑戰，需要解決以下關鍵問題。

（1）技術標準差異： 巴西采用的ABNT NBR5356-6《變壓器第6部分：電抗器》標準與中國標準GB/T 1094.6-2017《電力變壓器 第6部分：電抗器》雖然在結構上相似，但在具體要求和實施細節上存在一定差異[8][9]。這兩個標準都可能參考了國際標準IEC 60076-6，但根據各自國家的需求進行了本地化調整。這些差異體現在絕緣水平要求、溫升限值和損耗計算方法等方面，需要在技術適配過程中認真考慮和處理。

（2）氣候環境適應性： 巴西的熱帶氣候特征對設備的散熱和絕緣性能提出了更高要求。席爾瓦尼亞地區年平均氣溫超過25℃，相對濕度常年保持在80%以上。這種高溫高濕環境對傳統電力設備的絕緣性能和壽命構成了嚴峻挑戰。

（3）電網特性適應： 巴西電網的電壓波動特性和諧波環境與中國存在差異。巴西500kV電網的電壓波動范圍比中國同等級電網高約15%。這要求電抗器具有更強的電壓適應能力和抗諧波性能。

（4）本地化運維需求： 考慮到巴西本地的運維能力和習慣，需要確保設備的長期可靠運行。這涉及技術培訓、備品備件供應以及本地化服務等多個方面。

2.2 技術標準調整與創新

為克服上述挑戰，本研究采取了一系列創新措施，其中最關鍵的是針對新型干式電抗器實際使用和測試，及時調整了項目實施前制定的技術標準和規范。這一過程不僅解決了技術適配問題，更為今后類似項目的實施提供了重要的參考框架。

具體而言，主要修改以下關鍵技術標準要求。

（1）取消局放試驗要求：考慮到干式電抗器外部電暈干擾遠大于被測試線圈的局放，且目前行業沒有成熟、可行的干抗局放測試方法和評判依據；同時，NBR 5356-11-2016僅適用于36.2kV以下的干式變壓器，因電壓較低，無外部電暈干擾問題，可以測量局放。如：升高干式變壓器電壓等級，同樣無法進行局放試驗；此外，干式電抗器采用濕法纏繞，與低電壓干變工藝完全不同，且IEEE C57.21標準明確規定干式并抗不要求局放測試試驗。因此500kV高壓干式電抗器取消局放試驗要求。

（2）絕緣水平和試驗時間優化：根據巴西標準的要求，雷電沖擊耐受電壓設定為1550kV，操作沖擊耐受電壓設定為1175kV，同時由于電抗器阻抗問題，將操縱脈沖試驗關鍵時間參數調整為Td≥120μs，Tz≥500μs。

（3）散熱設計改進： 針對巴西的高溫高濕環境，開發了新型的復合散熱結構。采用了H級（180℃）絕緣材料，比傳統設計提高了30℃的耐熱等級。熱仿真分析表明，這種設計可以將熱點溫升控制在60K以內，遠低于設計限值，如圖1所示。

（4）損耗計算方法調整：電抗器的損耗由繞組的直流電阻損耗組成（Pdc）以及繞組的附加損耗（Pa）。在一定的電抗器結構下，Pdc 和Pa與電流的平方成比例。由于采用換位導體，且整個電抗器的接入點只有極少數的連接器等小型導電金屬部件，且為非磁性材料，因此整個電抗器產品的附加損耗在直流損耗中所占比例較低。根據測試結果，原型的額外損失約占9%～12%，因此損失計算公式如下：

采用了IEEE Std C57.12.90-2021標準中附錄B.2的方法，建立50Hz和60Hz損耗值之間的轉換模型，換算實際損耗。

（5）增強電壓適應性： 通過優化電磁設計，增加了設備的電壓適應范圍，以應對巴西電網較大的電壓波動。同時，提高了設備的抗諧波性能，通過特殊的繞組設計減少諧波模式。

3 實踐效果與技術標準評價

3.1 實踐效果分析

通過在席爾瓦尼亞變電站的實際應用，500kV干式并聯電抗器展現出優異的性能。根據CEPRIEETC03-2022-0880（E）測試報告[10]，主要性能指標如下。

（ 1 ） 損耗水平： 實測損耗為5 8 . 3 6 7 k W @80℃，低于60kW的規定限值，體現了卓越的能效性能。這一結果驗證了我們在技術規范中采用的損耗計算和控制方法的有效性。

（ 2 ） 噪聲控制： 實測噪聲水平為5 7 d B（A），遠低于80dB（A）的要求，大大減少了對周圍環境的影響。這一成果得益于我們在技術規范中對噪聲控制的特別關注和創新設計。

（3）溫升性能：平均溫升為22.9K，熱點溫升為26.5K，均遠低于設計限值，展示了優秀的熱穩定性。這驗證了我們針對巴西高溫高濕環境開發的新型散熱設計的有效性。

（4）電氣性能：在各項電氣試驗中，如：雷電沖擊試驗和操作沖擊試驗，設備均表現出優異的絕緣性能。特別是在操作沖擊試驗中，采用了ABNT NBR 5356-4或IEC 60076-4標準規定的特征參數T1、Td和Tz，考慮了電抗器的特殊阻抗特性[11]。

這些數據充分證明了500kV干式并聯電抗器技術在巴西電網中的適用性和優越性。特別是在能效和環保方面的出色表現，為巴西電網的可持續發展提供了有力支持。同時，這些結果也驗證了我們制定的技術規范的科學性和前瞻性。

3.2 技術標準優化評價

基于實踐數據和運行經驗，研究團隊提出了以下技術標準優化建議。

（1）損耗限值調整：考慮將500kV/20Mvar干式并聯電抗器的損耗限值從60kW@80℃降低到58kW@80℃，推動行業向更高能效水平發展。同時，建議采用75℃作為損耗計算的參考溫度，以更好地反映實際運行條件。

（2）噪聲標準細化：建議制定更詳細的噪聲分級標準，如：對于靠近居民區的變電站，將噪聲限值進一步降低到75dB（A）。同時，考慮在不同運行電壓下的噪聲水平，如：600kV運行條件下的噪聲限值。

（3）溫升限值優化：建議將平均溫升限值從60K調整為50K，以進一步提高設備的安全裕度。同時，明確規定B級絕緣材料的溫度指數為130℃，平均溫升和熱點溫升分別為60/90℃[12]。

（4）絕緣配合方案完善： 考慮到巴西頻繁的雷擊活動，建議將雷電沖擊耐受電壓提高到1600kV。同時，針對中性點絕緣，建議采用140kV的工頻干耐受電壓[5]。外施耐壓試驗的頻率和持續時間也需要明確規定，如：測試頻率不應低于額定頻率的80%（即48Hz），測試時間應不少于60秒[11]。

（5）環境適應性指標細化：針對巴西不同地區的氣候特點，如：沿海地區，增加抗鹽霧性能的具體要求。同時，考慮電磁場對設備性能的影響，制定相應的間距要求。建議在設備設計中加入防護罩和防污閃、防紫外涂料，提高設備的長期可靠性。

這些優化建議不僅有助于提高500kV干式并聯電抗器的性能和可靠性，也為未來技術標準的制定和完善提供了重要參考。通過不斷優化和調整技術標準，可以更好地適應巴西電網的特殊需求，推動電力系統向更高效、更可靠、更環保的方向發展。

4 結論與展望

4.1 研究總結

本研究通過深入分析500kV干式并聯電抗器技術在巴西的應用實踐，驗證了該技術的可行性和優越性。主要研究成果包括以下幾項。

（1）技術創新： 成功開發了適用于巴西特殊環境的500kV干式并聯電抗器，在絕緣技術、散熱設計、電磁優化和模塊化結構等方面實現了突破。這些創新不僅解決了傳統油浸式電抗器面臨的多項挑戰，還在損耗控制、噪聲抑制和環境適應性等方面表現出色。

（2）標準制定： 基于國際標準和巴西本地要求，制定了一套完整的技術規范。這套規范不僅確保了項目的成功實施，還為今后類似技術的國際化應用提供了重要參考。特別是在絕緣水平要求、溫升限值、損耗計算方法等方面的創新，為國際標準的發展提供了新的思路。

（3）實踐驗證： 通過希爾瓦尼亞變電站項目的實施，全面驗證了500kV干式并聯電抗器的性能和可靠性。實際運行數據顯示，設備在損耗控制、噪聲抑制、溫升控制和電氣性能等方面均超出預期，為巴西電網的穩定運行做出了重要貢獻。

（4）標準優化： 基于實踐經驗，提出了一系列技術標準優化建議，涉及損耗限值、噪聲標準、溫升限值、絕緣配合、環境適應性等多個方面。這些建議不僅有助于進一步提高設備性能，也為國際標準的完善提供了重要參考。

（5）國際合作： 本項目的成功實施展示了中國電力裝備技術在國際市場的競爭力，同時也體現了中巴兩國在電力領域的深度合作。這種合作模式為中國企業“走出去”提供了寶貴經驗。

4.2 研究意義

本研究的意義主要體現在以下幾個方面。

（1）技術創新驅動： 通過解決巴西電網面臨的特殊挑戰，推動了干式并聯電抗器技術的創新和發展。這些創新不僅適用于巴西，也為其他新興市場國家提供了技術解決方案。

（2）標準制定引領： 在缺乏專門國際標準的情況下，成功制定了適用于500kV干式并聯電抗器的技術規范。這為未來國際標準的制定提供了重要參考，有助于提升中國在國際標準制定中的話語權。

（3）實踐經驗積累： 通過實際工程應用，積累了大量寶貴的實踐經驗。這些經驗不僅有助于技術的進一步優化，也為今后類似項目的實施提供了參考。

（4）國際合作典范： 本項目展示了中國電力裝備企業在國際市場的競爭力，為“一帶一路”倡議下的國際合作提供了成功案例。

（5）可持續發展貢獻： 干式并聯電抗器技術的應用，有助于提高電網的穩定性和可靠性，同時減少環境風險，為巴西電力系統的可持續發展做出了貢獻。

4.3 未來展望

基于本研究的成果和經驗，我們對未來的研究和應用方向提出以下展望。

（1）技術升級： 繼續深化干式并聯電抗器技術，探索更高電壓等級（如：800kV及以上）的應用可能。同時，加強新材料、新工藝的研究，進一步提高設備的性能和可靠性。

（2）智能化發展： 結合人工智能和大數據技術，開發智能監測和預測性維護系統，提高設備的運行效率和可靠性。

（3）標準化推進： 積極參與國際電工委員會（IEC）等組織的相關標準制定工作，推動500kV及以上等級干式并聯電抗器國際標準的形成。

（4）市場拓展： 基于巴西項目的成功經驗，積極拓展其他新興市場國家，如：印度、東南亞等地區的市場應用。

（5）產學研合作： 加強與國內外高校、研究機構的合作，深化基礎理論研究，為技術創新提供持續動力。

（6）環境適應性研究： 針對全球不同地區的氣候特點，開展更廣泛的環境適應性研究，進一步提高設備在極端環境下的可靠性。

（7）生命周期評估： 開展全面的生命周期評估研究，包括經濟性、環境影響和社會效益等方面，為技術的可持續發展提供科學依據。

總之，500kV干式并聯電抗器技術的成功應用不僅為巴西電網的穩定運行做出了重要貢獻，也為全球電力行業的技術進步指明了方向。隨著技術的不斷完善和推廣，干式并聯電抗器有望在全球范圍內發揮更大作用，推動電力系統向更高效、更可靠、更環保的方向發展。這一技術創新和國際合作的成功案例，為中國電力裝備企業的全球化發展提供了寶貴的經驗和啟示，也為應對全球能源轉型和氣候變化挑戰貢獻了中國智慧。

參考文獻

[1]Empresa de Pesquisa Energética （EPE）. Plano Decenal deExpans?o de Energia 2029. 2020.

[2]Operador Nacional do Sistema Elétrico （ONS）. Relatóriode Análise de Perturba??es no Sistema Elétrico Brasileiro2018-2020[Z].2021.

[3]State Grid Brazil Holding S.A. （SGBH）. Relatório Internosobre a Implementa??o de Reatores Secos de 500kV[Z].2022.

[4]L iu， J.， et a l. Modula r Desig n and Transpor tationOptimization of Ultra-High Voltage Dry-Type Reactors[J].Electric Power Systems Research， 2022， 203： 107624.

[5]SGBH-ET-TEC-TS-2022-011. Especifica??o TécnicaReatores a Seco[S]. 2022.

[6]IEEE Std C57.12.90-2021. IEEE Standard Test Code forLiquid-Immersed Distribution， Power， and RegulatingTransformers[S]. 2021.

[7]C E PR I-E E T C 0 3 -2 0 22- 0 88 0 （ E ）. T E S T R E P ORTBKDGKL-500kV-11052mH[R]. 2022.

[8]ABNT NBR 5356-6. Transformadores de Potência –Parte 6： Reatores[S]. 2012.

[9]GB/ T 1094.6-2017，電力變壓器 第6部分：電抗器[S].2017.

[10]ABNT NBR 5356-4， Transformadores de Potência - Parte4： Guia para ensaio de impulso atmosférico e de manobrapara transformadores e reatores[S]. 2016.

[11]ABNT NBR 5356-11，Transformadores de potência –Parte 11： Transformadores do tipo seco – Especifica??o[S].2016.

[12]ABNT NBR 5356-3，Transformadores de Potência -Parte 3： Níveis de isolamento， ensaios dielétricos eespa?amentos externos em ar[S]. 2016.