Тема 10.2. Схемы электропередач и вставок постоянного тока

 

Схема замещения передачи постоянного тока для установившегося режима приведена на рис. 10. 3.

Рис. 10. 3. Схема замешения ППТ

 

Ток в линии определяется выражением

 (10. 1)

где Е_в и Е_и — ЭДС выпрямителя и противоЭДС инвертора соответственно;  — сопротивление линии постоянному току (омическое сопротивление линии);  и  —внутреннее сопротивление выпрямителя и инвертора соответственно, определяющее их свойства.

Мощность, отдаваемая выпрямителем в линию постоянного тока,

 (10. 2)

Мощность, получаемая инвертором от линии,

 (10. 3)

Для выпрямителя направления ЭДС и тока совпадают. Это говорит о том, что выпрямитель является генератором электрической энергии по отношению к линии постоянного тока. В то же время по отношению к передающей системе он является потребителем этой энергии.

В инверторе направления тока и противоЭДС противоположны. Это говорит о том, что инвертор потребляет энергию от линии постоянного тока и генерирует ее в приемную систему.

При этом выполняются условия:

(10. 4)

Эти свойства являются общими для цепей постоянного тока, и рассматриваемая схема не исключение. Аналогичные соотношения имеются для генераторов и двигателей постоянного тока, работающих совместно. Генератор, потребляя энергию от приводного двигателя, передает ее в цепь постоянного тока, а двигатель, потребляя энергию от цепи постоянного тока, передает ее машине (орудию). При этом сохраняются направления ЭДС и тока, показанные на рис. 10. 3, и выполняются условия (10. 4). Важно отметить, что для изменения тока в линии, а следовательно, и мощности от нуля до номинального значения достаточно незначительно изменять Е_в и Е_и, обычно в пределах 8—10 % номинальных значений.

В рассматриваемой схеме звеном, соединяющим ныпрямитель и инвертор, является линия электропередачи, которая может иметь различные длину и исполнение. Возможные способы выполнения линий постоянного тока рассматриваются ниже.

Применительно к вставке постоянного тока в данной схеме замещения будет отсутствовать линия постоянного тока, но соотношения (10. 1) — (10. 4) сохраняют свою силу (при ). В этом случае реактивные сопротивления линий переменного тока, подходящих к ВПТ, будут включены в величины  и .

В настоящее время в качестве преобразователей в электропередачах и вставках постоянного тока повсеместно используются статические управляемые вентильные преобразователи. Эти преобразователи могут быть двух типов преобразователи с неполностью управляемыми вентилями и преобразователи с полностью управляемыми вентилями.

К первому типу относится известная трех фазная мостовая схема (рис. 10. 4, а). В этой схеме в качестве вентилей используются обычные тиристоры, у которых контролируется только момент их открытия путем подачи маломощного управляющего импульса на управляющий электрод вентиля. Закрываются такие вентили при переходе протекающего в них тока через нуль, что происходит под воздействием иных факторов (не за счет подачи управляющего сигнала). Такие преобразователи обладают свойствами преобразователей тока. Трехфазная мостовая схема была использована при сооружении почти всех существующих ППТ и ВПТ.

Создание второго типа преобразователей стало возможно благодаря успехам в развитии силовой полупроводниковой техники в последние два десятилетия. В это время были разработаны мощные силовые транзисторы (токи до 2 кА и более и напряжения до З кВ) и полностью управляемые тиристоры, у которых контролируется не только момент их открытия, но и момент закрытия. Тиристоры имеют достаточно высокие параметры коммутируемые токи до 5 кА и напряжения до 7—10 кВ.

Новые полупроводниковые приборы позволили создать второй тип преобразователей, получивших название преобразователей напряжения (ПН) (рис. 10. 4, б). Этот тип преобразователей обладает иными, значительно улучшенными энергетическими характеристиками, чем обычная мостовая схема.

Сопоставляя два типа преобразователей, можно отметить следующие их различия:

- преобразователь первого типа может работать как выпрямителем, так и инвертором, но при переходе из одного режима в другой у него меняется полярность выпрямленного напряжения, в то время как полярность тока остается неизменной. У преобразователя второго типа при переходе из режима выпрямления в режим инвертирования меняется направление (полярность) тока, но полярность напряжения не изменяется;

- преобразователь первого типа при работе как в режиме выпрямления, так и режиме инвертирования потребляет из сети значительную реактивную мощность и имеет сугубо несинусоидальную форму тока фазы сети, что принуждает применять фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ) достаточно большой мощности. Преобразователь второго типа в обоих режимах может генерировать или потреблять реактивную мощность, что исключает необходимость применения мощных компенсирующих устройств. При этом форма тока фазы сети за счет применения широтно-импульсной модуляции близка к синусоидальной, что значительно уменьшает мощность фильтров на стороне переменного тока;

- при использовании преобразователя первого типа короткое замыкание в цепи выпрямленного тока (в самом преобразователе или в линии) может быть отключено закрытием тиристоров путем снятия с них управляющих импульсов; у преобразователя второго типа этого сделать нельзя из-за наличия в его схеме неуправляемых диодов. Поэтому короткое замыкание следует отключать двумя выключателями в цепи переменного тока со стороны выпрямителя и инвертора;

- у преобразователя первого типа в цепи выпрямленного тока включен реактор, предназначенный для сглаживания пульсаций этого тока; у преобразователя напряжения такого реактора нет, но между полюсами включен конденсатор, что необходимо по условиям работы вентилей преобразователя. Реакторы включаются в фазы вентильной обмотки трансформатора;

- в схеме преобразователя первого типа потери мощности в тиристорах меньше, чем в запираемых тиристорах или транзисторах в схеме преобразователя второго типа; кроме того их стоимость ниже.

Рис. 10. 4. Схемы преобразовательного моста на обычных тиристорах (а) и преобразователя напряжения на полностью управляемых вентилях (б)

 

В настоящее время преобразователи напряжения разработаны на мощность до 1100 МВт при напряжении ±300 кВ. При их использовании сейчас сооружено несколько ВПТ и ППТ относительно небольшой мощности (200—600 МВт) с кабельными линиями. Электропередач постоянного тока с преобразователями напряжения и воздушными линиями в настоящее время нет. Эти преобразователи еще находятся на стадии исследований и опытной эксплуатации.

Мощные дальние электропередачи постоянного тока с воздушными линиями сооружаются и в перспективе будут сооружаться с применением преобразователей на обычных тиристорах, опыт эксплуатации которых показал их высокую надежность. Поэтому в дальнейшем здесь будут рассматриваться характеристики традиционных преобразователей, выполненных по схеме рис. 10. 4, а.

Современный мощный высоковольтный преобразовательный блок включает в себя не только преобразователь, но и ряд других элементов, составляющих неотъемлемую часть этого блока.

Рассмотрим их назначение.

Основным элементом преобразовательного моста является вентиль. В настоящее время в качестве вентилей используются высоковольтные тиристорные вентили (ВТВ), собранные из единичных тиристоров, включенных последовательно. При параметрах тиристоров, достигнутых к настоящему времени, необходимости в параллельном соединении тиристоров, как правило, нет.

Каждый вентиль характеризуется следующими основными параметрами:

- средним значением тока , протекающего через него за период частоты сети;

- максимальным напряжением  которое прикладывается к нему как в прямом, так и в обратном направлении, когда вентиль закрыт, и которое этот вентиль должен выдержать.

В первом приближении можно принять

Тогда мощность преобразовательного моста будет функцией параметров вентилей

(10. 5)

Отсюда следует, чем выше ток и напряжение вентилей, тем большая единичная мощность моста может быть достигнута. Поэтому усилия инженеров и конструкторов направлены на разработку вентилей с возможно более высокими параметрами.

Одна из разработанных в нашей стране конструкций ВТВ со средним током до 700 А и напряжением до 480 кВ дает возможность получить единичную мощность преобразовательного моста 750 МВт с напряжением  = 375 кВ и током  = 2 кА.

Такие вентили были разработаны и испытаны для ППТ Экибастуз – Центр. Тем не менее полученная мощность единичного моста и его напряжение оказались недостаточными для преобразования всей мощ ности ПИТ, поэтому необходимо применять последовательное (каскадное) соединение отдельных преобразовательных мостов.

Группа вентилей, подключенная анодами к общей шине-полюсу, называется анодной группой, а те вентили, у которых к полюсу подключены катоды, — катодной. Часть преобразовательной схемы между полюсом и точкой, в которой подключена соответствующая фаза обмотки трансформатора, называется плечом моста. Есть анодное плечо моста и катодное плечо моста для каждой фазы соответственно.

Другим важным элементом преобразовательного блока является трансформатор, который связывает преобразовательный мост с сетью передающей или приемной системы. Этот трансформатор выполняет две функции:

- создает необходимое выпрямление напряжение моста , что обеспечивается выбором соответствующего коэффициента трансформации;

- электрически отделяет цепь выпрямленного тока от сети переменного тока.

Необходимость такой гальванической развязки объясняется следующим обстоятельством. При глухо заземленной нейтрали сетей 220—500 кВ, куда включаются преобразователи ППТ и ВПТ, потенциалы фаз по отношению к земле жестко фиксированы и в нормальных режимах не превышают амплитуды фазного напряжения. В то же время потенциалы отдельных мостов по отношению к земле при их последовательном соединении различны и потенциал полюса может существенно превышать потенциал фазы. Так, например, при ±750 кВ и напряжении сети 500 кВ потенциал полюса равен 750 кВ, амплитуда фазного напряжения сети составляет 407, 5 кВ. Отсюда необходимость их электрического разделения.

Обмотку трансформатора, присоединенную к питающей сети, называют сетевой обмоткой, а обмотку, подключенную к вентильному мосту, вентильной. Группами соединений обмоток трансформатора, которые обычно применяются на практике, являются Y/Y-12 или Y/D-11.

Трансформатор может быть как двухобмоточный, так и многообмоточный, обычно трех- или четырехобмоточный. В последнем случае одна сетевая и две вентильные обмотки присоединены к двум последовательно включенным мостам, к четвертой обмотке могут подключаться фильтры высших гармоник или синхронный компенсатор.

Отличительной особенностью преобразовательных трансформаторов является их более высокое реактивное сопротивление, чем у обычных трансформаторов той же мощности. Это объясняется условиями их работы в преобразовательных схемах. Увеличение сопротивления трансформатора необходимо для ограничения скорости изменения тока в вентилях в процессе их коммутации (значений ). Полная мощность трансформатора обычно превышает мощность питаемого им моста на 20÷ 25 % в связи с большим потреблением реактивной мощности и увеличенными потерями активной мощности от токов высших гармоник.

Вентильные обмотки трансформаторов имеют усиленную изоляцию по отношению к земле в связи с подпором постоянного напряжения в многомостовых схемах.

Преобразовательные трансформаторы снабжены устройствами регулирования напряжения под нагрузкой, что необходимо для снижения потребления мостом реактивной мощности при изменении напряжения сети.

Вентили, применяемые в схеме моста, обладают свойством управляемости, т. е. они могут открыться только при подаче на управляющий электрод вентиля электрического импульса относительно небольшой мощности. Изменяя момент подачи этого импульса, можно в широких пределах регулировать параметры режима моста (мощность, напряжение), переводить мост из выпрямительного режима в инверторный и наоборот. Важно отметить, что изменение режима происходит практически безынерционно.

Управление режимом моста осуществляется с помощью системы управления СУ (рис. 10. 4, а), которая генерирует управляющие импульсы, распределяет их по вентилям моста и выполняет необходимый сдвиг их по фазе относительно питающего напряжения. На систему управления воздействует система автоматического регулирования САР, поддерживающая параметры режима, например ток в линии, передаваемую мощность и ряд других, в заданных пределах путем изменения фазы подаваемых импульсов. На СУ воздействует также система защиты СЗ, автоматически снимающая передачу управляющих импульсов на вентили при возникновении аварийных ситуаций в преобразовательном мосту или в линии. Кроме того, на СУ воздействует система автоматики СА, которая осуществляет, например, автоматический ввод моста в работу после действия защиты и выполняет ряд других функций. Все эти системы объеди нены в один комплекс СУРЗА (система управления, регулирования, защиты, автоматики), который является неотъемлемой частью преобразовательного блока, На современных ППТ и ВПТ комплекс СУРЗА выполняется с использованием микропроцессорной техники.

В полюс моста включен реактор с индуктивностью ,. В многомостовых схемах подстанций этот реактор включается в каждый полюс передачи перед линией. Обычно он имеет достаточно большую индуктивность 0, 5—1, 0 Гн. Этот реактор предназначен для сглаживания пульсаций выпрямленного тока и исключает совместно с фильтрами 6-й и 12-й гармоник, установленными на полюсах, проникновение этих гармоник в линию. Кроме того, этот реактор ограничивает значение  при авариях на линии, что диктуется условиями работы вентилей, а также защищает оборудование подстанции, прежде всего преобразовательные мосты, от волн перенапряжений, которые могут прийти с линии, для уменьшения потерь мощности реактор выполняется с очень высокой добротностью  и обмотками без стального сердечника.

Одним из обязательных элементов преобразовательного блока являются фильтрокомпенсирующие устройства. Они предназначены для компенсации токов высших гармоник, генерируемых преобразователем, и реактивной мощности, которая им потребляется. В состав ФКУ входят фильтрьи токов высших гармоник, батареи статических компенсаторов, синхронные компенсаторы или статические источники реактивной мощности. Схемы включения и состав элементов ФКУ могут быть различными. Так, например, фильтры могут включаться как на дополнительную обмотку трансформатора преобразователя, так и непосредственно на шины, куда включена его сетевая обмотка. Синхронные компенсаторы или иные компенсирующие устройства также могут быть включены или на шины сети через дополнительные трансформаторы, или на дополнительную обмотку преобразовательного трансформатора. Обычно этот вопрос решается в комплексе компоновки оборудования всей преобразовательной подстанции. Целесообразность размещения фильтров высших гармоник в той или иной точке ее схемы во многом определяется пара. метрами примыкающей сети переменного тока и ее частотными характеристиками.

Как уже отмечалось, для передачи Экибастуз — Центр был разработан и испытан преобразовательный мост мощностью 750 МВт. Мосты других ППТ имеют меньшие мощности. Так, например, пре. образовательные мосты самой мощной ППТ Итайпу имеют мощность 400 МВт. В принципе при достигнутых параметрах тиристоров преобразовательные мосты можно конструировать на большие мощности. Однако здесь возникает ограничение, связанное с возможностью выполнения трансформаторов, питающих преобразователь, Выше уже отмечалось, что эти трансформаторы работают в значительно более тяжелых условиях, чем обычные, и их мощность должна быть больше мощности преобразовательного моста. Все это приводит к усложнению их конструкции и увеличению массы, что в конечном итоге вызывает большие сложности с их транспортировкой от завода-изготовителя до места установки. Поэтому максимальная мощность преобразовательного трансформатора, достигнутая в настоящее время, составляет около 400 МВА на фазу. По-видимому, эта мощность близка к предельной и резкое ее увеличение вряд ли возможно. Для сравнения укажем, что максимальная мощность обычного трансформатора 500 кВ составляет 533 МВА на фазу.

Отсюда возникает проблема увеличения мощности всей передачи при ограниченной мощности преобразовательных мостов. Эту проблему можно разделить на две — увеличение мощности электропередач постоянного тока и увеличение мощности вставок постоянного тока.

Для электропередач, особенно дальних, как известно, важнейшим фактором является увеличение мощности и, как следствие, напряжения линии. Поэтому увеличение мощности электропередачи и одновременно ее напряжения может быть достигнуто путем последовательного (каскадного) соединения нескольких преобразовательных мостов. При этом напряжение полюса равно сумме напряжений отдельных мостов (рис. 10. 5, а). Для того чтобы ограничить количество последовательно включенных мостов в целях упрощения схемы подстанции, необходимо, чтобы каждый мост имел достаточно высокое выпрямленное напряжение, что, естественно, увеличивает стоимость оборудования.

Рис. 11. 5. Возможные схемы увеличения мощности ППТ:

а — увеличение напряжения полюса; б — увеличение тока полюса; в — двухцепная линия

 

Однако для очень мощных электропередач этого решения может быть недостаточно. для увеличения мощности электропередачи необходимо увеличить еще и ток полюса. С этой целью прибегают к параллельному соединению двух ветвей, в каждую из которых входят несколько последовательно соединенных преобразовательных мостов (рис. 10. 5, б). Такой подход может быть объяснен тем, что пока еще нет возможности изготовить оборудование, в том числе преобразовательные трансформаторы и линейные реакторы, на необходимые мощности и номинальные токи. Такое решение было использовано для электропередачи Экибастуз Центр. Еще одним путем увеличения мощности дальней электропередачи является сооружение второй, параллельной цепи линии, как это сделано на передаче Итайпу (рис. 10. 5, в). Выбор того или иного варианта решения задачи должен производиться на основании тщательных технико-экономических сопоставлений.

Для вставок постоянного тока, поскольку линии постоянного тока здесь нет, нет необходимости значительно увеличивать выпрямленное напряжение, что положительно сказывается на стоимости оборудования и упрощает конструктивные решения. Поэтому в ВПТ увеличение мощности достигается за счет параллельного включения преобразовательных блоков меньшей мощности и более низкого, чем в ППТ, напряжения. Причем увеличение мощности ВПТ может осуществляться и в дальнейшем по мере необходимости путем параллельного включения новых блоков. В то же время и здесь приходится прибегать к каскадному соединению преобразовательных мостов каждого блока, чтобы уменьшить содержание токов высших гармоник в сетевом токе преобразователя.

Выше мы говорили о возможных схемах преобразовательных подстанций. Теперь рассмотрим возможные схемы выполнения самих электропередач постоянного тока.

Поскольку цепи переменного и постоянного тока в ППТ электрически не связаны, то, если в цепи постоянного тока отсутствует связь с землей, потенциалы относительно земли в этой цепи будут определяться случайными факторами, главным образом токами утечки по изоляции, что недопустимо, так как в этом случае невозможно осуществить координацию изоляции. Поэтому хотя бы одна из точек в цепи постоянного тока должна быть заземлена. На практике в ППТ обычно заземляют две точки. Это могут быть или один из полюсов передачи, заземленной с двух сторон линии, или средние точки преобразовательных подстанций.

В первом случае, когда заземляется один из полюсов передачи, провод этого полюса обычно отсутствует, его роль выполняет земля. В отличие от переменного тока, который в обратном направлении протекает на определенной глубине в земле, следуя всем изгибам трассы линии, постоянный ток протекает по всей толще земли. Активное сопротивление земли практически не зависит от ее удельного сопротивления, а является только функцией частоты тока  и определяется из выражения

(10. 6)

При  сопротивление земли также равно нулю. Поэтому сопротивление заземленного полюса будет определяться только сопротивлением растекания заземлителей, с помощью которых полюс соединяется с землей. Это сопротивление имеет очень малое значение — доли ома (для ППТ Волгоград — Донбасс  = 0, 05÷ 0, 15 Ом) и не оказывает влияния на режим передачи. Поэтому для электропередачи требуется только один полюс, подвешенный на изоляторах, если линия воздушная, или в виде одножильного кабеля, проложенного в земле или по дну морского пролива. Такие передачи называются униполярными. Схема униполярной ППТ приведена на рис. 10. 6.

Обычно униполярные электропередачи сооружаются при пересечении больших водных пространств, например морских проливов. для передачи мощности от выпрямителя к инвертору требуется проложить лишь одиночный одножильный кабель, рассчитанный на напряжение полюс—земля . Заземляющие электроды закладываются в землю непосредственно на берегу или опускаются прямо в воду. В последнем случае применяются мероприятия по защите рыбы от воздействия тока растекания.

Рис. 10. 6. Схема униполяриой ППТ

 

По такой схеме выполнен целый ряд электропередач: Италия — о. Сардиния в Средиземном море, Швеция Дания через пролив Скагеррак в Балтийском море, Швеция Финляндия и ряд др. На электропередаче Швеция — Финляндия, которая является самой мощной из униполярных передач (500 МВт, 400 кВ, 230 км) проложен кабель длиной 200 км лишь с одной соединительной муфтой.

Использование земли для возврата тока имеет и свои отрицательные стороны. Наиболее существенным недостатком здесь является возможность коррозионного разрушения металлических инженерных сооружений трубопроводов и кабелей, проложенных в земле вблизи заземлителя. Часть тока передачи распространяется по этим сооружениям и, стекая с них, может вызвать их повреждения вследствие электролиза вплоть до образования отверстий в трубопроводах или оболочках кабелей. На основании расчетов и экспериментальных исследований установлено, что при токе заземленного полюса, равном 1 кА, радиус опасной зоны вокруг заземлителя составляет 5 км. Для подземных сооружений, расположенных в этой зоне, необходимо применение катодной защиты. В некоторых случаях, когда линия прокладывается в местности, где много подземных инженерных сооружений, например при глубоком вводе в город, во избежание растекания тока по земле заземленный полюс выполняется в виде кабеля, жила которого заземлена с двух сторон.

Область применения униполярных ППТ — передача относительно небольших мощностей (несколько сотен мегаватт) на сравнительно небольшие расстояния, главным образом при пересечении водных преград. Для мощных электропередач применяют другую схему, в которой линия выполнена с двумя полюсами и каждый из них изолирован от земли. Заземляются средние точки преобразовательных подстанций. Такая передача называется биполярной. Схема одной цепи такой передачи приведена на рис. 10. 7, Иногда такую цепь называют биполем. При необходимости увеличения мощности передачи сооружают вторую такую же цепь.

Благодаря тому, что средние точки преобразовательных подстанций заземлены, каждая цепь может быть разделена на две независимые полуцепи. В нормальных режимах ток от выпрямителя к инвертору передается по положительному полюсу линии и возвращается по отрицательному. При равной нагрузке обеих полуцепей ток в земле равен нулю. Однако следует отметить, что на практике невозможно обеспечить полную идентичность параметров оборудования и параметров режима каждой из полуцепей. Поэтому некоторый небаланс всегда существует, и ток в земле не равен нулю. Однако он много меньше тока полюса, и в дальнейшем мы его не будем учитывать. При выходе одной полуцепи из работы другая продолжает работать с возвратом тока через землю. При этом мощность передачи уменьшается вдвое, тем не менее передача, хотя и со сниженной мощностью, продолжает работать.

Рис. 10. 7. Схема биполярной ППТ

 

Для мощных электропередач, у которых ток полюса составляет несколько килоампер, зона опасного влияния тока в земле значительно больше упомянутой ранее. Поэтому точки заземления с помощью специальных линий выносятся на расстояние в несколько десятков километров от преобразовательных подстанций.

Для биполярных передач различают два вида напряжений линии: напряжение полюс—земля и напряжение полюс—полюс. Очевидно, что напряжение полюс—полюс в 2 раза больше напряжения полюс— земля. Поэтому передача, например, ±500 кВ и передача 1000 кВ — это одна и та же передача.

Область применения биполярных электропередач — передачи больших мощностей на большие расстояния. По биполярной схеме выполнены все мощные и дальние электропередачи постоянного тока, построенные к настоящему времени: Итайпу (Бразилия), Тихоокеанская (США), Кабора Басса — Апполо (Мозамбик — ЮАР) и многие др. По этой же схеме строилась электропередача Экибастуз — Центр, отличие которой от упомянутых передач состояло в том, что здесь были использованы по две ветви преобразовательных мостов на каждой подстанции.

Иногда к биполярным передачам прибегают и в других случаях, например, ППТ Англия — Франция, проложенная через пролив ЛаМанш, выполнена как биполярная. Одной из причин, приведших к такому решению, было стремление избежать влияния магнитного поля однополюсной линии на навигационные приборы судов, идущих по проливу.

Следует отметить, что разработанные к настоящему времени схемы высоковольтных преобразователей напряжения не допускают заземления любого полюса линии. Поэтому такие преобразователи не могут применяться для сооружения униполярных и биполярных электропередач постоянного тока.

Линии постоянного тока, как униполярные, так и биполярные, не имеют линейных выключателей. Роль последних с успехом выполняют управляемые вентили преобразователя.

При возникновении аварийных ситуаций в линии постоянного тока достаточно снять управляющие импульсы с вентилей выпрямителя (закрыть вентили), чтобы ток в линии прекратился. Закрытие вентилей может быть выполнено как вручную дежурным персоналом подстанции, так и автоматическими устройствами защиты, реагирующими на возникновение повреждения.

Отсутствие линейных выключателей упрощает конструкцию преобразовательной подстанции и благоприятно отражается на ее экономических показателях. Однако такое решение может быть принято лишь для магистральных электропередач, т. е. передач, не имеющих промежуточных отборов мощности, для передач с промежуточными отборами целесообразно применение выключателей постоянного тока для локализации аварий, которые могут возникнуть на отдельных участках передачи.

Создание высоковольтного выключателя постоянного тока представляет весьма сложную техническую задачу, решение которой требует проведения серьезных научно-исследовательских и конструкторских проработок. Пути решения этой задачи найдены. В настоящее время как в России, так и за рубежом разработаны опытные образцы высоковольтных выключателей постоянного тока напряжением до 750 кВ, однако применения на практике они пока не нашли.

Для промежуточного отбора мощности от ППТ необходимо в точке отбора соорудить промежуточную преобразовательную подстанцию, на которую можно подать напряжение от местной энергосистемы для обеспечения работы инвертора. Эта промежуточная преобразовательная подстанция может быть включена в линию последовательно или параллельно.

При последовательном включении промежуточной подстанции (рис. 10. 8, а) часть преобразовательнмх мостов как бы разнесена по линии от концевых подстанций в промежуточные точки. Каждая из промежуточных подстанций может работать как в выпрямительном, так и инверторном режиме. При работе в выпрямительном режиме энергия промежуточной системы поступает в линию постоянного тока, при работе в инверторном режиме эта энергия отбирается от нее и поступает в промежуточную систему.

 

Недостатком схемы последовательного отбора мощности является взаимная зависимость работы всех подстанций. Это проявляется в трудности регулирования мощности отдельных подстанций, поскольку значение тока в последовательной цепи должно оставаться неизменным на всех ее участках. Выход из работы любой из подстанций в результате аварии может привести к прерыванию тока и обесточиванию всех остальных подстанций. Поэтому промежуточные подстанции должны быть оборудованы шунтирующими аппаратами, в том числе и шунтирующими вентилями, которые автоматически включаются при аварии на данной подстанции. Кроме того, следует учесть, что все преобразовательное оборудование промежуточной подстанции должно быть рассчитано на напряжение полюса, что увеличивает его стоимость.

Параллельное включение промежуточных подстанций (рис. 10. 8, б), во-первых, позволяет осуществить независимое регулирование мощности на всех подстанциях и изменять ее направление, те, переходить на любой из подстанций из режима выпрямителя в режим инвертора и наоборот; во-вторых, перейти к созданию сети высокого напряжения постоянного тока, предназначенной для связи нескольких промежуточных энергосистем.

Недостаток схемы ППТ с параллельным отбором мощности состоит в необходимости использования выключателей постоянного тока для отключения поврежденных участков. Выключатели могут быть заменены разъединителями с дистанционным приводом. Но в этом случае необходимо сначала обесточить всю передачу, затем во время бестоковой паузы отключить поврежденный участок передачи и снова ее включить. Обесточивание передачи может быть осуществлено снятием управляющих импульсов с преобразователей, работающих выпрямителями (закрытием преобразователей). Все это осуществляется средствами защиты и автоматики электропередачи. На пятиподстанционной ППТ Канада—США использован именно этот метод. Этот же метод использован на электропередаче Италия — о. Корсика — о. Сардиния с отбором мощности на о. Корсика.

В случае, если какие-то преобразовательные подстанции в схеме их параллельного включения должны по условиям режима работать как в выпрямительном, так и в инверторном режиме, то на таких подстанциях необходимо иметь устройство для переключения полярности полюсов преобразователя, чтобы изменять полярность преобразователей при сохранении полярности напряжения линии.

Рис. 10. 8. Последовательный (а) и параллельный (б) отбор мощности от ППТ

 

Для вставок постоянного тока, как уже отмечалось, нет необходимости увеличивать напряжение и мощность преобразовательного блока. Увеличение мощности вставки достигается параллельным включением нескольких блоков, аналогично тому, как это делается на электростанциях при параллельном включении генераторов.

В качестве примера может быть приведена ВПТ Россия — Финляндия в г. Выборге. Она состоит из четырех одинаковых комплектных высоковольтных преобразовательных устройств (КВПУ) мощностью 355 МВт каждое и подключенных с одной стороны к шинам 330 кВ системы Ленэнерго, с другой к шинам 440 кВ, связанным с энергосистемой Финляндии. Преобразователи (выпрямитель, инвертор) каждого КВПУ размещены в отдельном здании, где также находятся все системы, обслуживающие эти преобразователи (СУРЗА, система охлаждения и др. ). Выпрямленное напряжение каждого моста равно 85 кВ. Парные мосты выпрямителя и инвертора имеют номинальное напряжение в контуре постоянного тока 170 кВ, номинальный ток 2100 А. Преобразователи связаны с шинами 330 и 400 кВ с помощью однофазных четырехобмоточных трансформаторов мощностью 135 МВА на фазу. В контур постоянного тока включены два разделительных сглаживающих реактора с индуктивностью 0, 1 Гн каждый. Одна из обмоток трансформаторов напряжением 38, 5 кВ используется для подключения фильтров токов высших гармоник. Кроме того, такие фильтры подключены также прямо к шинам 330 и 400 кВ. Компенсация реактивной мощности преобразователей осуществляется частично за счет фильтров высших гармоник, которые на частоте 50 Гц являются генераторами реактивной мощности, а также синхронных компенсаторов, подключенных к шинам 330 и 400 кВ через трансформаторы.

 

 

⇐ Предыдущая46474849505152535455Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: