500kV干式并联电抗器技术在巴西的实践与意义

摘 要：随着巴西高压电网的快速发展，电力系统对并联电抗器的性能和可靠性提出了更高要求。本研究深入探讨了500kV干式并联电抗器技术在巴西的引入与应用过程。通过系统分析巴西电力技术标准，研究团队制定了符合当地要求的技术规范，成功克服了技术标准差异、气候环境适应性等挑战，并在希尔瓦尼亚变电站实现了该技术的首次应用。实践结果表明，500kV干式并联电抗器在损耗控制、噪声抑制和环境适应性等方面表现优异，为巴西电网的稳定运行作出了重要贡献。本研究不仅为干式并联电抗器技术在新兴市场的推广提供了范例，也为中国电力装备技术的海外应用和标准的制定积累了宝贵经验。

关键词：干式并联电抗器，技术标准，巴西电力系统，高压电网，属地化应用，国际化标准

0 引 言

巴西作为拉丁美洲最大的经济体，其电力需求持续快速增长。根据巴西能源研究公司（EPE）的数据，预计到2029年，巴西的电力需求将以年均3.3%的速度增长[1]。为满足这一不断增长的需求，巴西正在大力发展和扩建其高压输电网络。然而，随着电网规模的扩大和复杂度的提高，电力系统的稳定性和可靠性面临着严峻挑战。

在现代电力系统中，并联电抗器扮演着至关重要的角色，主要用于系统无功补偿和电压调节。目前，国际上广泛应用的是油浸式并联电抗器，其相关标准已相当成熟。国际电工委员会（IEC）制定的IEC 60076-6标准为油浸式电抗器提供了全面的技术规范和测试要求。同样，巴西国家标准ABNT NBR 5356-6和中国国家标准GB/T1094.6-2017也对油浸式电抗器有详细规定[5][8][9]。

然而，随着电力系统对设备性能、可靠性和环保性的要求不断提高，传统油浸式电抗器逐渐显露出一些局限性。例如：油浸式电抗器存在潜在的漏油风险，可能导致环境污染；同时，其绝缘油的易燃性也增加了火灾隐患。这些因素促使电力行业探索新型电抗器技术，其中干式并联电抗器因其环保、安全的特性而受到关注。

然而，干式并联电抗器，尤其是500kV超高压等级的干式并联电抗器，尚未有专门的国际标准。现有的IEC、IEEE等国际标准主要针对油浸式电抗器，对于干式电抗器的技术要求和测试方法还没有统一的规范。这一技术空白不仅为创新提供了机会，也对标准的制定提出了挑战。

在这一背景下， 国家电网巴西控股公司（SGBH）引入500kV干式并联电抗器技术，以解决巴西电网面临的挑战[3]。这一决策不仅旨在提高电网的稳定性和可靠性，也考虑到了巴西特殊的气候环境和电网特性。然而，将这一新技术应用于巴西电力系统面临诸多挑战，包括技术标准的差异、气候环境的适应性、电网特性的匹配等。

在深入探讨500kV干式并联电抗器技术在巴西的实际应用过程。我们详细分析了其技术特点、实施过程中遇到的挑战及其解决方案。特别地，本研究将重点关注技术规范的制定过程，探讨如何在现有国际标准的基础上，结合巴西的实际需求，制定适合500kV干式并联电抗器的技术规范。这一过程不仅对本项目的成功实施至关重要，也为今后类似技术及标准的国际化应用提供了宝贵的经验。

1 500kV干式并联电抗器技术特点及标准引用

1.1 技术特点

500kV干式并联电抗器是一种专为超高压输电系统设计的无油式电力设备，其核心技术特点包括先进的绝缘技术、创新的散热设计、优化的电磁设计和模块化结构。这些特点不仅使其在性能上优于传统油浸式电抗器，也为技术标准的制定提出了新的要求。

（1）先进的绝缘技术： 采用环氧树脂9aySp8mAg+iIVlOCPLTqQIQtoSMdYqr861rz49l25E8=浇注技术和纳米复合材料，显著提高了设备的绝缘性能和抗部分放电能力。通过添加纳米SiO2颗粒，环氧树脂的击穿强度提高了约40%，部分放电起始电压提高了25%。这一技术突破要求在标准中重新定义绝缘水平和部分放电测试方法。

（2）创新的散热设计： 开发了多通道强制风冷和相变材料辅助散热的复合散热结构。通过有限元分析和实验验证，该设计可将热点温升控制在60K以内，远低于IEC标准规定的限值。这一创新设计需要在标准中增加新的温升测试方法和限值规定。

（3）优化的电磁设计： 采用多层交错绕制和梯度绝缘技术，有效优化了电场分布，提高了设备的抗短路能力。有限元分析表明，这种设计可以将绕组内的最大电场强度降低约20%。这一设计改进需要在标准中增加电场分布和抗短路能力的评估方法。

（4）模块化结构： 设备由几个相同的基础单元按照特定的连接方式串联组成，这种设计不仅降低了制造难度，也便于运输和现场安装[4]。模块化设计需要在标准中增加模块间连接可靠性和整体性能一致性的测试要求。

1.2 技术标准的引用与制定

500kV干式并联电抗器技术在巴西的运用过程中，技术标准的引入发挥了关键作用。研究团队深入研究了巴西电力标准ABNT NBR 5356-6《变压器第6部分：电抗器》，并结合国际标准如：IEC 60076-6《电力变压器 第6部分：电抗器》和IEEE Std C57.12.90-2021《液浸式配电、电力和调节变压器标准试验规程》，制定了符合巴西国情的500kV干式并联电抗器技术规范[5][6][8]。

技术规范的制定过程中，重点关注了以下几个方面。

（1）绝缘水平要求： 根据巴西电网的特点，提高绝缘水平要求。例如：雷电冲击耐受电压设定为1550kV，操作冲击耐受电压设定为1175kV，这些数值高于中国标准的要求，但符合巴西电网的实际需求。根据NBR5356-6规定，要求操纵脉冲试验的Tz时间大于等于1000μs，Td应大于等于200μs。

（2）温升限值和散热性能评估： 考虑到巴西的高温环境，对温升限值进行了更严格的规定。通过创新的散热设计，将平均温升限值从60K调整为50K，进一步提高了设备的安全裕度。同时，增加了复合散热结构的性能评估方法，包括热成像分析和长期温度监测要求。

（3）损耗要求和计算方法： 根据巴西电力标准要求干抗损耗率按0.3%进行电抗器设计，且损耗不能超过该限值。采用IEEE Std C57.12.90-2021标准中附录B.2的方法，建立了50Hz和60Hz损耗值之间的转换模型，确保了损耗计算的准确性和可比性[6]，解决不同频率系统间的损耗评估问题。

（4）环境适应性指标： 针对巴西的高温高湿环境，增加了抗盐雾性能、防污闪和防紫外线等特殊要求，提高了设备的长期可靠性。制定了相应的环境模拟试验方法，包括加速老化试验和湿热循环试验。

（5）噪声控制： 制定了更严格的噪声标准，特别是针对靠近居民区的变电站，将噪声限值进一步降低。增加了不同负载条件下的噪声测试要求，以及低频噪声评估方法。

2 500kV干式并联电抗器在巴西的应用实践

2.1 技术引入与标准的适配挑战

将500kV干式并联电抗器技术应用于巴西电力系统面临诸多挑战，需要解决以下关键问题。

（1）技术标准差异： 巴西采用的ABNT NBR5356-6《变压器第6部分：电抗器》标准与中国标准GB/T 1094.6-2017《电力变压器 第6部分：电抗器》虽然在结构上相似，但在具体要求和实施细节上存在一定差异[8][9]。这两个标准都可能参考了国际标准IEC 60076-6，但根据各自国家的需求进行了本地化调整。这些差异体现在绝缘水平要求、温升限值和损耗计算方法等方面，需要在技术适配过程中认真考虑和处理。

（2）气候环境适应性： 巴西的热带气候特征对设备的散热和绝缘性能提出了更高要求。席尔瓦尼亚地区年平均气温超过25℃，相对湿度常年保持在80%以上。这种高温高湿环境对传统电力设备的绝缘性能和寿命构成了严峻挑战。

（3）电网特性适应： 巴西电网的电压波动特性和谐波环境与中国存在差异。巴西500kV电网的电压波动范围比中国同等级电网高约15%。这要求电抗器具有更强的电压适应能力和抗谐波性能。

（4）本地化运维需求： 考虑到巴西本地的运维能力和习惯，需要确保设备的长期可靠运行。这涉及技术培训、备品备件供应以及本地化服务等多个方面。

2.2 技术标准调整与创新

为克服上述挑战，本研究采取了一系列创新措施，其中最关键的是针对新型干式电抗器实际使用和测试，及时调整了项目实施前制定的技术标准和规范。这一过程不仅解决了技术适配问题，更为今后类似项目的实施提供了重要的参考框架。

具体而言，主要修改以下关键技术标准要求。

（1）取消局放试验要求：考虑到干式电抗器外部电晕干扰远大于被测试线圈的局放，且目前行业没有成熟、可行的干抗局放测试方法和评判依据；同时，NBR 5356-11-2016仅适用于36.2kV以下的干式变压器，因电压较低，无外部电晕干扰问题，可以测量局放。如：升高干式变压器电压等级，同样无法进行局放试验；此外，干式电抗器采用湿法缠绕，与低电压干变工艺完全不同，且IEEE C57.21标准明确规定干式并抗不要求局放测试试验。因此500kV高压干式电抗器取消局放试验要求。

（2）绝缘水平和试验时间优化：根据巴西标准的要求，雷电冲击耐受电压设定为1550kV，操作冲击耐受电压设定为1175kV，同时由于电抗器阻抗问题，将操纵脉冲试验关键时间参数调整为Td≥120μs，Tz≥500μs。

（3）散热设计改进： 针对巴西的高温高湿环境，开发了新型的复合散热结构。采用了H级（180℃）绝缘材料，比传统设计提高了30℃的耐热等级。热仿真分析表明，这种设计可以将热点温升控制在60K以内，远低于设计限值，如图1所示。

（4）损耗计算方法调整：电抗器的损耗由绕组的直流电阻损耗组成（Pdc）以及绕组的附加损耗（Pa）。在一定的电抗器结构下，Pdc 和Pa与电流的平方成比例。由于采用换位导体，且整个电抗器的接入点只有极少数的连接器等小型导电金属部件，且为非磁性材料，因此整个电抗器产品的附加损耗在直流损耗中所占比例较低。根据测试结果，原型的额外损失约占9%～12%，因此损失计算公式如下：

采用了IEEE Std C57.12.90-2021标准中附录B.2的方法，建立50Hz和60Hz损耗值之间的转换模型，换算实际损耗。

（5）增强电压适应性： 通过优化电磁设计，增加了设备的电压适应范围，以应对巴西电网较大的电压波动。同时，提高了设备的抗谐波性能，通过特殊的绕组设计减少谐波模式。

3 实践效果与技术标准评价

3.1 实践效果分析

通过在席尔瓦尼亚变电站的实际应用，500kV干式并联电抗器展现出优异的性能。根据CEPRIEETC03-2022-0880（E）测试报告[10]，主要性能指标如下。

（ 1 ） 损耗水平： 实测损耗为5 8 . 3 6 7 k W @80℃，低于60kW的规定限值，体现了卓越的能效性能。这一结果验证了我们在技术规范中采用的损耗计算和控制方法的有效性。

（ 2 ） 噪声控制： 实测噪声水平为5 7 d B（A），远低于80dB（A）的要求，大大减少了对周围环境的影响。这一成果得益于我们在技术规范中对噪声控制的特别关注和创新设计。

（3）温升性能：平均温升为22.9K，热点温升为26.5K，均远低于设计限值，展示了优秀的热稳定性。这验证了我们针对巴西高温高湿环境开发的新型散热设计的有效性。

（4）电气性能：在各项电气试验中，如：雷电冲击试验和操作冲击试验，设备均表现出优异的绝缘性能。特别是在操作冲击试验中，采用了ABNT NBR 5356-4或IEC 60076-4标准规定的特征参数T1、Td和Tz，考虑了电抗器的特殊阻抗特性[11]。

这些数据充分证明了500kV干式并联电抗器技术在巴西电网中的适用性和优越性。特别是在能效和环保方面的出色表现，为巴西电网的可持续发展提供了有力支持。同时，这些结果也验证了我们制定的技术规范的科学性和前瞻性。

3.2 技术标准优化评价

基于实践数据和运行经验，研究团队提出了以下技术标准优化建议。

（1）损耗限值调整：考虑将500kV/20Mvar干式并联电抗器的损耗限值从60kW@80℃降低到58kW@80℃，推动行业向更高能效水平发展。同时，建议采用75℃作为损耗计算的参考温度，以更好地反映实际运行条件。

（2）噪声标准细化：建议制定更详细的噪声分级标准，如：对于靠近居民区的变电站，将噪声限值进一步降低到75dB（A）。同时，考虑在不同运行电压下的噪声水平，如：600kV运行条件下的噪声限值。

（3）温升限值优化：建议将平均温升限值从60K调整为50K，以进一步提高设备的安全裕度。同时，明确规定B级绝缘材料的温度指数为130℃，平均温升和热点温升分别为60/90℃[12]。

（4）绝缘配合方案完善： 考虑到巴西频繁的雷击活动，建议将雷电冲击耐受电压提高到1600kV。同时，针对中性点绝缘，建议采用140kV的工频干耐受电压[5]。外施耐压试验的频率和持续时间也需要明确规定，如：测试频率不应低于额定频率的80%（即48Hz），测试时间应不少于60秒[11]。

（5）环境适应性指标细化：针对巴西不同地区的气候特点，如：沿海地区，增加抗盐雾性能的具体要求。同时，考虑电磁场对设备性能的影响，制定相应的间距要求。建议在设备设计中加入防护罩和防污闪、防紫外涂料，提高设备的长期可靠性。

这些优化建议不仅有助于提高500kV干式并联电抗器的性能和可靠性，也为未来技术标准的制定和完善提供了重要参考。通过不断优化和调整技术标准，可以更好地适应巴西电网的特殊需求，推动电力系统向更高效、更可靠、更环保的方向发展。

4 结论与展望

4.1 研究总结

本研究通过深入分析500kV干式并联电抗器技术在巴西的应用实践，验证了该技术的可行性和优越性。主要研究成果包括以下几项。

（1）技术创新： 成功开发了适用于巴西特殊环境的500kV干式并联电抗器，在绝缘技术、散热设计、电磁优化和模块化结构等方面实现了突破。这些创新不仅解决了传统油浸式电抗器面临的多项挑战，还在损耗控制、噪声抑制和环境适应性等方面表现出色。

（2）标准制定： 基于国际标准和巴西本地要求，制定了一套完整的技术规范。这套规范不仅确保了项目的成功实施，还为今后类似技术的国际化应用提供了重要参考。特别是在绝缘水平要求、温升限值、损耗计算方法等方面的创新，为国际标准的发展提供了新的思路。

（3）实践验证： 通过希尔瓦尼亚变电站项目的实施，全面验证了500kV干式并联电抗器的性能和可靠性。实际运行数据显示，设备在损耗控制、噪声抑制、温升控制和电气性能等方面均超出预期，为巴西电网的稳定运行做出了重要贡献。

（4）标准优化： 基于实践经验，提出了一系列技术标准优化建议，涉及损耗限值、噪声标准、温升限值、绝缘配合、环境适应性等多个方面。这些建议不仅有助于进一步提高设备性能，也为国际标准的完善提供了重要参考。

（5）国际合作： 本项目的成功实施展示了中国电力装备技术在国际市场的竞争力，同时也体现了中巴两国在电力领域的深度合作。这种合作模式为中国企业“走出去”提供了宝贵经验。

4.2 研究意义

本研究的意义主要体现在以下几个方面。

（1）技术创新驱动： 通过解决巴西电网面临的特殊挑战，推动了干式并联电抗器技术的创新和发展。这些创新不仅适用于巴西，也为其他新兴市场国家提供了技术解决方案。

（2）标准制定引领： 在缺乏专门国际标准的情况下，成功制定了适用于500kV干式并联电抗器的技术规范。这为未来国际标准的制定提供了重要参考，有助于提升中国在国际标准制定中的话语权。

（3）实践经验积累： 通过实际工程应用，积累了大量宝贵的实践经验。这些经验不仅有助于技术的进一步优化，也为今后类似项目的实施提供了参考。

（4）国际合作典范： 本项目展示了中国电力装备企业在国际市场的竞争力，为“一带一路”倡议下的国际合作提供了成功案例。

（5）可持续发展贡献： 干式并联电抗器技术的应用，有助于提高电网的稳定性和可靠性，同时减少环境风险，为巴西电力系统的可持续发展做出了贡献。

4.3 未来展望

基于本研究的成果和经验，我们对未来的研究和应用方向提出以下展望。

（1）技术升级： 继续深化干式并联电抗器技术，探索更高电压等级（如：800kV及以上）的应用可能。同时，加强新材料、新工艺的研究，进一步提高设备的性能和可靠性。

（2）智能化发展： 结合人工智能和大数据技术，开发智能监测和预测性维护系统，提高设备的运行效率和可靠性。

（3）标准化推进： 积极参与国际电工委员会（IEC）等组织的相关标准制定工作，推动500kV及以上等级干式并联电抗器国际标准的形成。

（4）市场拓展： 基于巴西项目的成功经验，积极拓展其他新兴市场国家，如：印度、东南亚等地区的市场应用。

（5）产学研合作： 加强与国内外高校、研究机构的合作，深化基础理论研究，为技术创新提供持续动力。

（6）环境适应性研究： 针对全球不同地区的气候特点，开展更广泛的环境适应性研究，进一步提高设备在极端环境下的可靠性。

（7）生命周期评估： 开展全面的生命周期评估研究，包括经济性、环境影响和社会效益等方面，为技术的可持续发展提供科学依据。

总之，500kV干式并联电抗器技术的成功应用不仅为巴西电网的稳定运行做出了重要贡献，也为全球电力行业的技术进步指明了方向。随着技术的不断完善和推广，干式并联电抗器有望在全球范围内发挥更大作用，推动电力系统向更高效、更可靠、更环保的方向发展。这一技术创新和国际合作的成功案例，为中国电力装备企业的全球化发展提供了宝贵的经验和启示，也为应对全球能源转型和气候变化挑战贡献了中国智慧。

参考文献

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

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