RU123594U1 — Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения — Google Patents
Publication number RU123594U1 RU123594U1 RU2012130198/07U RU2012130198U RU123594U1 RU 123594 U1 RU123594 U1 RU 123594U1 RU 2012130198/07 U RU2012130198/07 U RU 2012130198/07U RU 2012130198 U RU2012130198 U RU 2012130198U RU 123594 U1 RU123594 U1 RU 123594U1 Authority RU Russia Prior art keywords voltage phase converters substation autonomous Prior art date 2012-07-16 Application number RU2012130198/07U Other languages English ( en ) Inventor Шамсумухамет Исламович Вафин Александр Владимирович Видинеев Original Assignee Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет» (ФГБОУ ВПО «КГЭУ») Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2012-07-16 Filing date 2012-07-16 Publication date 2012-12-27 2012-07-16 Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет» (ФГБОУ ВПО «КГЭУ») filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет» (ФГБОУ ВПО «КГЭУ») 2012-07-16 Priority to RU2012130198/07U priority Critical patent/RU123594U1/ru 2012-12-27 Application granted granted Critical 2012-12-27 Publication of RU123594U1 publication Critical patent/RU123594U1/ru
Links
Abstract
Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, содержащая генератор переменного тока, соединенные между собой высоковольтными проводами, передающую подстанцию и принимающую подстанцию, при этом передающая подстанция содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с генератором переменного тока, и выпрямительные устройства, входы которых соединены с вторичной обмоткой повышающего трансформатора, а принимающая подстанция содержит высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем переменного тока, отличающаяся тем, что передающая подстанция и принимающая подстанция соединены между собой первым, вторым и третьим высоковольтными проводами, которые представляют собой существующую конфигурацию воздушных линий электропередачи трехфазного переменного тока, при этом в передающей подстанции выпрямительные устройства представляют собой первый, второй и третий автономные однофазные преобразователи переменного напряжения в постоянное, которые являются первым, вторым и третьим автономными источниками постоянного тока с одинаковыми значениями напряжений постоянного тока, генератор переменного тока выполнен в виде трехфазного генератора переменного тока, повышающий трансформатор выполнен в виде силового трансформатора трехфазного переменного напряжения, в котором фазы первичной обмотки соединены между собой по схеме «треугольник», а фазы вторичной обмотки — по схеме «звезда», причем соответствующая фаза вторичной обмотки соединена, соответственно с соответствующим началом «a», «b», «c» соответствующей фазы
Description
Полезная модель относится к области электротехники, направлена на совершенствование передающей и принимающей подстанций, и может найти применение при модернизации существующих воздушных линий электропередач трехфазного переменного тока, а также для вновь сооружаемых воздушных линий электропередач постоянного тока.
Наиболее близкой к заявляемому техническому решению является однопроводная система передачи электроэнергии по патенту РФ №2120170, МПК H02J 1/00, 10.10.1998, содержащая электрическую станцию с однофазным генератором переменного тока, соединенные между собой высоковольтным проводом, передающую подстанцию и принимающую подстанцию с приемным устройством, при этом передающая подстанция содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с однофазным генератором переменного тока, выпрямительное устройство, вход которого соединен с вторичной обмоткой повышающего трансформатора, а выход подключен к батарее конденсаторов, причем приемное устройство принимающей подстанции содержит высоковольтный приемный конденсатор, подключенный к высоковольтному преобразователю постоянного тока в переменный трехфазный ток, соединенному с потребителем трехфазного переменного тока и выполненному с возможностью понижения уровня переменного трехфазного напряжения до величины, необходимой потребителю трехфазного переменного тока, а высоковольтный провод соединяет положительный вывод батареи конденсаторов передающей подстанции с положительным выводом высоковольтного приемного конденсатора принимающей подстанции.
Приемное устройство принимающей подстанции имеет также устройство формирования отрицательного потенциала (УФОП), содержащее аккумуляторную батарею, преобразователь постоянного тока в переменный, выход которого через выпрямительное устройство, повышающее ток, подключен к конденсаторной батарее УФОП, отрицательный вывод которой соединен с отрицательным выводом высоковольтного приемного конденсатора, а также зарядное устройство.
Основным недостатком данного технического решения является то, что передача электроэнергии постоянным током высокого напряжения осуществляется по одному проводу, поэтому надежность системы передачи зависит от надежности одного провода, который может оборваться, или замкнутся накоротко.
Кроме этого, недостатком является сложность системы из-за наличия в передающей подстанции батареи конденсаторов, а в принимающей подстанции — сложного устройства формирования отрицательного потенциала.
Также недостатком является возможность электрохимической коррозии металлических трубопроводов, проложенных под землей вблизи воздушной линии электропередачи.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение надежности системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, повышение ее экономичности за счет передачи постоянного тока большой мощности по существующим воздушным линиям электропередачи трехфазного переменного тока, упрощение передающей и принимающей подстанций за счет сокращения оборудования, а также исключение электрохимической коррозии металлических трубопроводов.
Технический результат достигается тем, что в системе передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, содержащей генератор переменного тока, соединенные между собой высоковольтными проводами, передающую подстанцию и принимающую подстанцию, при этом передающая подстанция содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с генератором переменного тока и выпрямительные устройства, входы которых соединены с вторичной обмоткой повышающего трансформатора, а принимающая подстанция содержит высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем переменного тока, согласно заявляемой полезной модели, передающая подстанция и принимающая подстанция соединены между собой первым, вторым и третьим высоковольтными проводами, которые представляют собой существующую конфигурацию воздушных линий электропередачи трехфазного переменного тока, при этом в передающей подстанции выпрямительные устройства представляют собой первый, второй и третий автономные однофазные преобразователи переменного напряжения в постоянное, которые являются первым, вторым и третьим автономными источниками постоянного тока с одинаковыми значениями напряжений постоянного тока, генератор переменного тока выполнен в виде трехфазного генератора переменного тока, повышающий трансформатор выполнен в виде силового трансформатора трехфазного переменного напряжения, в котором фазы первичной обмотки соединены между собой по схеме «треугольник», а фазы вторичной обмотки — по схеме «звезда», причем соответствующая фаза вторичной обмотки соединена, соответственно с соответствующим началом «а», «b», «с» соответствующей фазы, соответственно, первого, второго и третьего автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное, соответствующие концы фаз «х», «y», «z» которых соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка которой занулена, положительный потенциал первого, второго и третьего автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное подключен, соответственно, к первому, второму и третьему высоковольтным проводам, а отрицательные потенциалы первого, второго и третьего автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка которой заземлена, при этом в принимающей подстанции высоковольтные преобразователи представляют собой первый, второй и третий автономные однофазные высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток, соответствующие начала «а», «b», «с» соответствующих фаз которых соединены с потребителем переменного тока, а соответствующие концы фаз «х», «y», «z» которых соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка которой занулена, причем положительный потенциал первого, второго и третьего автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток подключен, соответственно, к первому, второму и третьему высоковольтным проводам, а отрицательные потенциалы первого, второго и третьего автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка которой заземлена, при этом в систему передачи электроэнергии дополнительно введен возвратный проводник, который выполнен из металла, проложен в земле и соединяет среднюю точку, соединенных между собой по схеме «звезда», отрицательных потенциалов первого, второго и третьего автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное со средней точкой, соединенных между собой по схеме «звезда», отрицательных потенциалов первого, второго и третьего автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток.
Таким образом, технический результат достигается тем, что, при переводе системы электроснабжения на постоянный ток, используется существующая конфигурация воздушных линий электропередачи с сохранением их конструктивных особенностей.
Передающая подстанция состоит из трех автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное, которые являются первым, вторым и третьим автономными источниками постоянного тока с одинаковыми значениями напряжений постоянного тока, отрицательные потенциалы (полюса) которых соединяются между собой по схеме «звезда» в одной точке и заземляются, а каждый из оставшихся свободных положительных потенциалов (полюсов) соединяется с соответствующим высоковольтным проводом существующей воздушной линии электропередачи. В этом случае при выходе из строя любого одного высоковольтного провода воздушной линии электропередачи его нагрузка распределяется между двумя остающимися в работе высоковольтными проводами, в случае же выхода из строя любых двух высоковольтных проводов их нагрузки передаются на оставшийся в работе высоковольтный провод линии электропередачи. Только при выходе из строя всех трех высоковольтных проводов линии электропередачи прерывается электроснабжение. Вероятность же такого события на два порядка меньше выхода из строя одного высоковольтного провода.
Принимающая подстанция содержит три автономных однофазных высоковольтных преобразователя постоянного тока в переменный ток, отрицательные потенциалы (полюса) которых соединяются между собой по схеме «звезда» в одной точке и заземляются, а каждый из оставшихся свободных положительных потенциалов (полюсов) соединяется с соответствующим высоковольтным проводом существующей воздушной линии электропередачи.
В предлагаемую систему передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения дополнительно введен возвратный проводник, выполненный из металла и проложенный в земле в непосредственной близости от существующей воздушной линии электропередачи трехфазного переменного тока.
Возвратный проводник соединяет средние точки соединенных между собой по схеме «звезда» отрицательных потенциалов трех автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное и трех автономных однофазных высоковольтных преобразователя постоянного тока в переменный ток.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная блок-схема предлагаемой системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения.
Передача электроэнергии на большие расстояния
Передача новостей на большие расстояния всего пару сотен лет назад казалась чем-то из области фантастики. Время почтовых голубей, издревле использовавшихся римлянами, персами, и египтянами, прошло после изобретения телеграфной связи. С уверенностью можно сказать, что с передачей энергии на большие дистанции в те же периоды истории дела обстояли гораздо хуже. Проводники с высоким сопротивлением, низкое напряжение, серьезная коммерческая борьба за использование постоянного тока – лишь некоторые из факторов, тормозивших развитие электрических систем и сетей.
Ни для кого не секрет, что энергетику можно назвать достаточно консервативной отраслью. Если сравнивать скорость развития тепло- и электроэнергетики с прогрессом в информационных технологиях за одинаковые периоды времени, то разница чувствуется особенно резко. Окружающие нас сенсорные дисплеи с ультравысоким разрешением, искусственный интеллект, повсеместный и универсальный доступ к сети Интернет заметно развились с начала этого столетия. Однако опоры линий электропередачи (ЛЭП) до сих пор несут на себе тысячи километров сталеалюминиевыех проводов, перегрузки предотвращаются автоматическими выключателями, не сильно изменившимися за последние 70 лет. Суперпроводники, работающие при комнатной температуре, так и остались артефактами на страницах научных журналов и научно-популярной литературы. Чем же вызвана кажущаяся неповоротливость энергетики? Какие факторы на это влияют? И как вообще происходит передача электроэнергии на большие расстояния? Обо всем по порядку.
Как отмечалось выше, исторически сложилось, что изначально сторонников передачи электричества с использованием постоянного тока было больше. Такой перевес не был обусловлен точными расчетами, имела место пропаганда в СМИ и реклама. Почему же сейчас в контексте передачи электроэнергии мы слышим лишь о переменном токе?
Все начинается с электростанций. И для производителей, и для потребителей электроэнергии экономически выгодно иметь один централизованной источник энергии, а не множество разрозненных. От таких центров питания финансово целесообразно прокладывать ЛЭП к потребителям. Как известно, мощность (а в каждый момент времени по проводам передается именно мощность) равна произведению напряжения на ток. Для получения одной и той же мощности можно либо увеличить ток и снизить напряжение, либо сделать наоборот.
Случай с низким напряжением и высоким током очень неэффективный, при такой стратегии потери электроэнергии на длинных ЛЭП могут составлять 60 и более процентов. Случай с высоким напряжением и низким током гораздо более выгодный. При использовании постоянного тока увеличение уровня напряжения составляет серьезную проблему, а вот с переменным этого добиться очень просто. Трансформаторы – это электрические машины, преобразующие электрическую мощность с низкого напряжения в мощность с высоким напряжением. Чем длиннее ЛЭП, тем под более высоким напряжением находятся ее провода. Кроме того, бесчисленное количество заводов и предприятий используют электродвигатели. Двигатели постоянного тока в сравнении с двигателями переменного тока безусловно проигрывают: их КПД ниже, в них больше трущихся частей, их конструкция сложнее. Поэтому большинство электродвигателей в мире – это двигатели переменного тока.
Теперь, зная ответ на вопрос, почему победа осталась за переменным током, можно взглянуть на энергосистему с большей высоты. Различные электростанции в разных уголках планеты производят электричество. Говоря упрощенно, от электрогенераторов на станциях провода тянутся к трансформаторной подстанции (ТП), повышающей напряжение до 35, 110, 330, или 750 кВ. Провода на опорах оттуда тянутся к потребителям – в города и на заводы, где напряжение снова понижается на понижающих ТП до уровня, необходимого потребителю. Это напряжения в 0.4, 1, 10 кВ. Точка, в которой соединяются две и более ЛЭП, называется электрической подстанцией. Таким образом различные электростанции одной страны связываются в одну энергосистему, а энергосистемы разных стран – в объединенную энергосистему.
Трансформатор на подстанции
Передача энергии на большие расстояния – это всегда вопрос компромисса. Что выгоднее: строить новую электростанцию или прокладывать ЛЭП от существующих станций на огромное расстояние? Например, суммарная протяженность ЛЭП в Беларуси на начало 2019 года составляла почти 280 000 км. Где и как строить линию электропередачи? При монтаже опор огромное значение играет рельеф местности и характер грунта, а также наличие населенных пунктов, дорог и деревьев.
От потребляемой мощности зависит напряжение сети. От мощности, напряжения, и, как ни странно, погоды зависит выбор проводов, изоляторов и опор. При строительстве энергоемких предприятий надо решить: питаться от существующей подстанции или монтировать ТП в цеху? В целом при строительстве объектов решается вопрос о категории электроснабжения, то есть нужно ли прокладывать резервные линии и если да, то сколько? Отдельный и сложный вопрос представляет собой устойчивость энергосистемы, то есть ее способность функционировать, когда пропадает питание от электростанций или ЛЭП вследствие запланированного ремонта или аварии.
На данный момент принимается множество решений для модернизации энергосистем, например, привычные провода заменяют на алюминиевые с композитным тросом вместо стального. Это уменьшает провис проводов, увеличивает безопасную зону вокруг ЛЭП и их надежность. В целом же человечество еще не вышло на революционно новые методы производства и передачи электроэнергии.
Пожалуй, можно сказать, что в современном мире электроэнергетика находится на третьем месте после воздуха и воды. Миллионы километров проводов и кабелей смонтированы, огромные генераторы (диаметром до 16 метров) прочно закреплены на земной поверхности, это и объясняет вынужденную неповоротливость и стратегическую важность высоковольтной электроэнергетики.
Для обслуживания и проверки ЛЭП и электрических сетей существуют лаборатории электрофизических измерений. К таким, например, относится компания «ТМРсила-М», имеющая многолетний опыт работы в энергетике и сформированная из опытных специалистов.
Как осуществляется передача электроэнергии постоянным током
Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека.
Светлане Плачковой посвящается
Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.
- Книга 1. От огня и воды к электричеству
- Книга 2. Познание и опыт — путь к современной энергетике
- Книга 3. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики
- Книга 4. Развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем
- Книга 5. Электроэнергетика и охрана окружающей среды. Функционирование энергетики в современном мире
Книга 4. Развитие атомной энергетики и объединенных энергосистем
- Книга 4. Развитие атомной энергетики и о
- ЧАСТЬ 2. Объединенные энергосистемы и эн
- Раздел 2. Межсистемные связи — средство
2.4. Передача энергии постоянным током высокого напряжения
В системах переменного тока с большим количеством электростанций существует проблема поддержания синхронной работы всех генераторов. Устойчивое состояние такой системы в нормальных режимах работы определяется техническими параметрами системы, обеспечивающими способность системы противостоять возмущениям режима. Особенное значение приобретает проблема устойчивости синхронной (параллельной) работы нескольких энергосистем, объединенных межсистемными связями. Недостаточная пропускная способность межсистемных связей (с малым запасом устойчивости) в ситуациях резкого роста нагрузок, короткого замыкания, внезапного отключения генерирующих и передающих элементов системы может приводить к нарушению статической устойчивости (при малых возмущениях) и динамической устойчивости (при резких и глубоких нарушениях нормального режима). Вследствие нарушения устойчивости происходит выпадение генераторов из синхронизма, что может привести к распаду энергосистем, входящих в энергообразование, на несинхронные части с тяжелыми экономическими последствиями для потребителей электроэнергии. Устойчивость систем является основным фактором, ограничивающим пропускную способность электропередач переменного тока большой протяженности, близкой к длине четверти волны распространения электромагнитного поля вдоль линии (1500 км при промышленной частоте 50 Гц или 1250 км при частоте 60 Гц). По приведенным причинам во второй половине ХХ века вновь возник интерес к электропередачам постоянного тока (ЭППТ). Однако в отличие от раннего периода развития этих передач в ХІХ веке их теперь характеризуют высокая пропускная способность, большая протяженность и сверхвысокие напряжения. Принципиальная схема передачи включает выпрямитель трехфазного переменного тока в постоянный ток высокого напряжения и инвертор (преобразователь постоянного тока в переменный). Выпрямитель может создавать высокое постоянное напряжение одного знака (+) на одном полюсе линии относительно второго заземленного полюса (униполярная передача) либо напряжение разных знаков (плюс или минус) на каждом из полюсов относительно средней заземленной точки выпрямителя (биполярная передача, рис. 2.3). 14 августа 2003 года в энергообразовании систем восточного побережья США и юга Канады произошла крупнейшая в истории мировой электроэнергетики авария с распадом энергосистем. О масштабах случившегося можно судить по следующим данным. В процессе развития аварии были обесточены потребители суммарной мощностью 61800 МВт. Пострадали потребители восьми штатов США (Огайо, Мичиган, Нью-Йорк, Пенсильвания, Нью-Джерси, Вермонт, Коннектикут, Массачусетс), а также двух канадских провинций (Онтарио и Квебек). Авария затронула 6 зон оперативного управления и привела к остановке свыше 100 генерирующих агрегатов на электростанциях, в том числе 22 реакторов на 9 атомных электростанциях. Были закрыты 10 аэропортов, отменено более 700 авиарейсов. В метрополитене Нью-Йорка задержалось около 350 тыс. человек. Многие часы более 50 млн. человек, проживающих на территории площадью 24 тыс. кв. км, оставались без света. На полное восстановление энергоснабжения потребовалось 44 часа.
В конце сентября этого же года несколько часов оставалась полностью обесточенной вся Италия, когда в результате грозы повредились две из четырех линий электропередачи, связывающих энергосистемы Италии и Франции. Рис. 2.3. Принципиальная схема биполярной ЭППТ между двумя энергосистемами переменного напряжения и тока В униполярной передаче, часто используемой для подводной прокладки кабеля, выпрямитель с инвертором соединяется одним проводником (кабелем постоянного тока). В биполярной передаче выпрямитель с инвертором соединяются двухполюсной линией постоянного тока. В конструктивном отношении эта линия может быть выполнена как протяженная воздушная линия с двумя полюсными проводниками на опорах или как кабельная линия с двумя полюсными кабелями постоянного тока. В процессе преобразования токов потребляется значительная реактивная мощность (0,5–0,6 кВА на 1 кВт активной мощности). Конденсаторные установки, необходимые для генерации реактивной мощности, усложняют и удорожают конструкции преобразовательных подстанций электропередач постоянного тока. Технология силового преобразования трехфазных переменных токов в середине ХХ века основывалась на применении ртутных ламповых выпрямителей большой мощности. На территории бывшего СССР первая межсистемная ЭППТ с ртутными выпрямителями была построена в 1962 году между Волжской ГЭС и подстанцией Михайловка в Луганской области Украины. Напряжение передачи ± 400 кВ, длина 473 км, проектная мощность 750 МВт. Техника преобразования тока прошла путь непрерывного совершенствования от первых выпрямителей с «ртутниками» и 6-фазным режимом выпрямления до систем на базе силовой полупроводниковой техники и 12-фазным режимом выпрямления с электронным управлением. В 60-х годах ХХ века началось широкое применение силовых тиристоров сначала с масляным охлаждением, а затем с охлаждением деионизированной водой. На биполярной ЭППТ ± 530 кВ Кабора Басса мощностью 1920 МВт, находящейся на территории Мозамбика, где в 70-е годы ХХ века велись военные действия с антиправительственными группами, каждый полюс линии постоянного тока был сооружен на отдельных опорах и проходил по разным трассам, удаленным друг от друга на десятки километров. Это позволяло в случае диверсии (подрыва опоры) сохранять половину мощности передачи по неповрежденному полюсу.
В 1970 году в США была введена в действие тихоокеанская линия постоянного тока мощностью 1400 МВт, напряжением ± 400 кВ, длиной 1362 км для передачи электроэнергии от ГЭС в штате Орегон в энергосистему Лос-Анджелеса. В период 1973–1990 гг. в Канаде были введены в эксплуатацию три передачи длиной около 900 км, построенные от ГЭС Нельсон Ривер, находящихся у полярного круга, до г.Виннипег на юге страны. Мощность третьей ЭППТ составила 2000 МВт при напряжении ± 500 кВ. В 1983 и 1985 гг. в Бразилии введены в строй две цепи ЭППТ ГЭС Итайпу пропускной способностью 3150 МВт на цепь при напряжении ± 600 кВ. Длина каждой цепи около 800 км.
В 80-е годы ХХ века в СССР велись интенсивные работы по созданию ЭППТ ± 750 кВ Экибастуз (Казахстан) – Центр России протяженностью 2400 км, мощностью 6000 МВт для передачи электроэнергии от крупнейших ТЭС на месторождениях дешевого угля. Электропередачи постоянного тока применялись повсеместно для транспорта электроэнергии от мощных ГЭС или ТЭС, удаленных на большие расстояния от центров электропотребления. Наряду с использованием электропередач постоянного тока для транспорта электроэнергии их стали применять для выполнения функций межсистемных связей значительной протяженности. Эффективность применения дальних передач постоянного тока обусловлена не только повышением устойчивости межсистемных связей, но также низкими потерями активной мощности, уменьшением размеров конструкций биполярной линии по сравнению с трехфазной воздушной линией при одинаковой мощности (рис. 2.4), отсутствием ограничений по длине передачи и возможностью быстрого регулирования величины мощности и направления ее передачи за счет обратимости выпрямителей в инверторы и наоборот. Таблица 2.2 Линии постоянного тока Балтийского региона
| Линия | Длина, км | Мощность, МВт |
| ППТ 1 | 170 | 600 |
| ППТ 2 | 250 | 600 |
| ППТ 3 | 245 | 600 |
| ППТ 4* | 347 | 700 или 1000 |
| ППТ 5 | 103 | 260 |
| ППТ 7 | 233 | 500 |
| ППТ 8 | 105 | 350 |
* ППТ 4 находится в стадии проекта, остальные эксплуатируются. Рис. 2.4. Сравнение опор ВЛ 800 кВ переменного тока (а) и ВЛ ±500 кВ постоянного тока (б) для одинаковой передаваемой мощности (размеры указаны в метрах) Системы электропередач постоянного тока оказались особо предпочтительными для подводных кабельных линий при расстояниях до 300 км и напряжении 400 кВ. Морские подводные кабели постоянного тока нашли широкое применение, особенно в Японии и Европе (например в Балтийском регионе, табл. 2.2). Одна из наиболее протяженных европейских кабельных линий длиной 292 км проложена еще в 1967 году между Италией и островом Сардиния через Тирренское море. В 2005 году построена электропередача постоянного тока между Австралией и островом Тасмания. Протяженность подводной части электропередачи составляет 295 км. Мощные электропередачи постоянного тока в будущем могут стать средством объединения энергосистем в трансконтинентальные энергообразования. Рассматривается вариант строительства мощной многоподстанционной электропередачи постоянного тока, связывающей энергосистемы России, Беларуси, Польши и Германии. Возможно создание связи постоянного тока Россия – США через Берингов пролив. Системы электропередач постоянного тока используются также как соединительные вставки между двумя энергосистемами, работающими на переменном токе несинхронно или с разной номинальной частотой. Помимо этого, использование вставки постоянного тока (ВПТ) эффективно при различных способах регулирования частоты тока и напряжения в соединяемых энергосистемах или при несоразмерности мощности этих систем. У вставок постоянного тока выпрямительный и инверторный преобразователи располагаются на одной и той же подстанции, а длина соединяющей их линии постоянного тока составляет всего несколько метров. Вставки постоянного тока обеспечивают развязку примыкающих энергосистем по частоте, напряжению и мощности короткого замыкания при высокой управляемости передачи энергии по величине и направлению в одну или другую энергосистему. В Японии вставки постоянного тока использованы для связи энергосистем, работающих на частоте переменного тока 50 и 60 Гц. Одна из мощных вставок постоянного тока сооружена в России (г. Выборг) для связи двух крупнейших энергообразований – ЕЭС России и NORDEL (объединение энергосистем стран Северной Европы). 
Прокладка кабельных линий электропередач 
Открытое распределительное устройство 750 кВ подстанции «Киевская»
- Введение
- ЧАСТЬ 1. Атомная энергетика
- Раздел 1. Развитие атомной энергетики
- Раздел 2. Ядерные реакторы
- 2.1. Физические основы работы ядерных реакторов
- 2.2. Общие принципы устройства ядерных реакторов
- 2.3. Выделение энергии в активной зоне ядерного реактора
- 2.4. Основные типы ядерных реакторов
- 2.4.1. Реакторы на тепловых нейтронах
- 2.4.2. Реакторы на быстрых нейтронах
- 2.4.3. Исследовательские ядерные реакторы
- 3.1. Ядерные реакторы на морских судах
- 3.2. Космические ядерно-энергетические установки
- 3.3. Атомные станции теплоснабжения
- 4.1. Тепловые схемы атомных станций
- 4.2. Главный корпус АЭС
- 4.3. Радиоактивные отходы
- 4.4. Ядерный реактор
- 4.5. Паровая турбина
- 5.1. Топливный цикл на обогащенном уране
- 5.2. Плутониевый топливный цикл
- 5.3. Ториевый топливный цикл
- 6.1. Экономические основы ядерного топливного цикла
- 6.2. Основные этапы ядерного топливного цикла
- 6.2.1. Добыча природного урана
- 6.2.2. Обогащение урана
- 6.2.3. Изготовление ядерного топлива, твэлов и тепловыделяющих сборок
- 6.2.4. Производство твэлов для реакторов на тепловых нейтронах
- 7.1. Реакторы новых типов
- 7.2. Новое ядерное топливо
- 7.3. Создание замкнутого ядерного топливного цикла
- 7.4. Возможные пути снижения радиотоксичности отработавшего ядерного топлива АЭС
- 7.5. Вопросы инженерной и экологической безопасности системы реакторов в топливном цикле, замкнутом по актиноидам
- 8.1. Системы трансмутации, управляемые ускорителем заряженных частиц
- 8.2. Подкритические системы, управляемые ускорителями протонов
- 8.3. Перспективы развития систем, управляемых ускорителями заряженных частиц
- 8.4. Основные аспекты трансмутации
- Раздел 1. Процесс объединения энергетических систем: основные понятия и назначение
- Раздел 2. Межсистемные связи — средство эффективного образования энергообъединений
- 2.1. Возможности использования для межсистемных связей электролиний разного типа
- 2.2. Воздушные линии электропередачи переменного тока
- 2.3. Кабельные линии электропередачи переменного тока
- 2.4. Передача энергии постоянным током высокого напряжения
Передача постоянного тока в электроэнергетике
Развитие новых технологий и материалов (которые обладают все лучшими механическими и электрическими свойствами и более экологичны), технико-экономическое и социальное развитие стран (особенно Индии и Китая) и растущий спрос на электроэнергию, необходимость передачи энергии из более отдаленных и менее доступных населенных пунктов в мегаполисы в глобальном масштабе создают новые возможности для передачи постоянного тока.
Наибольшее распространение высоковольтных линий электропередачи постоянного тока (high-voltage direct current, HVDC) происходит в Китае, в котором процесс строительства энергосистемы сверхвысокого напряжения следует стратегии «сочетания переменного и постоянного тока».
Несколько новых проектов линий HVDC были реализованы за последние годы, а другие находятся в стадии строительства или только проектируются. В ближайшее время планируется построить несколько новых линий постоянного тока напряжением ±1100 кВ.
Линия электропередачи UHVDC ± 1100 кВ Синьцзян Чанцзи-Аньхой Гуцюань в Китае (UHVDC — линия электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения)
Для передачи электроэнергии на большие расстояния (свыше 500 км по воздушным линиям и более 50 км по подводным кабелям) более выгодна передача электроэнергии на постоянном токе.
В зависимости от напряжения и конструктивных характеристик потери энергии при передаче постоянного тока оцениваются в 3,5% на 1000 км, что значительно меньше по сравнению с передачей переменного тока.
Для линий электропередач постоянного тока требуется меньше проводников, потому что нет необходимости в трехфазной системе.
Системы постоянного тока могут использовать более тонкие провода, потому что в них отсутствует скин-эффект.
Эти факторы значительно снижают стоимость передачи электроэнергии.
Принцип прямой передачи заключается в преобразовании переменного тока в постоянный, передаче прямой энергии на большие расстояния и обратном преобразовании в переменный ток. Преобразование энергии осуществляется на преобразовательных станциях.
Перед передачей по воздушной или кабельной линии ток проходит через выпрямитель, а после передачи через инвертор на стороне потребителя, который преобразует постоянный ток в переменный.
В настоящее время и выпрямитель, и инвертор чаще всего представляют собой одну и ту же полупроводниковую преобразовательную систему, которая может работать в обоих режимах в зависимости от направления передаваемой энергии.
Устройство преобразовательных подстанций
Трансформатор преобразователя используется для увеличения напряжения до входного значения преобразователя.
12-импульсный преобразователь должен питаться от двух трехфазных вводов с разницей фаз 30 или 150°. Это снижает содержание низкогармонических составляющих напряжения, особенно 5-й и 7-й гармоник.
Преобразовательный трансформатор также выполняет функцию гальванической развязки систем постоянного и переменного тока, а также реактивного сопротивления в цепи переменного тока для ограничения токов короткого замыкания.
Трансформаторы должны быть специально разработаны для нужд HVDC с учетом повышенных нагрузок на изоляцию постоянным напряжением и прохождения высших гармонических составляющих тока.
Преобразовательная подстанция HVDC
Сегодня можно выделить два основных типа преобразователей — старые LCC (преобразователи с линейной коммутацией) и современные VSC (преобразователи с источником напряжения) — в зависимости от типа используемых компонентов.
Однако обычно 12-импульсный преобразователь обычно состоит из двух 6-импульсных мостовых преобразователей, соединенных последовательно.
LCC представляют собой полупроводниковые преобразователи, использующие в основном тиристоры. Такие элементы можно просто перевести в проводящее состояние, но для перехода в непроводящее состояние им требуется переполюсовка в сети переменного тока, к которой они подключены.
Эта технология также называется CSC (current source convertors), потому что преобразователи действуют как источники тока. Ток всегда течет по линии в одном направлении, а для изменения потока мощности используется изменение полярности напряжения в обоих оконечных трансформаторах. Эта технология занимает много места и поэтому подходит для наземных применений для передачи больших потоков мощности.
В технологии VSC используются транзисторы (IGBT). Эти полупроводниковые компоненты можно включать и выключать. Таким образом, преобразователи не зависят от коммутации с подключенной сетью переменного тока, и элементы могут переключаться с во много раз большей частотой, но это приводит к более высоким потерям.
Возможность управляемого отключения полупроводников дает возможность контролировать потребление реактивной энергии, а инвертор также способен подавать реактивную мощность в сеть переменного тока. Эта технология также известна под коммерческими названиями HVDC Light® от ABB и HVDC Plus® от Siemens.
Подстанции, использующие эту технологию, обеспечивают экономию до половины размера по сравнению со старой технологией LCC. Благодаря своей менее требовательной природе он подходит для строительства в открытом море.
Примеры линий HVDC
Вид с воздуха на преобразовательную подстанцию UHVDC ±1100 кВ
Номинальная пропускная способность проекта передачи постоянного тока UHVDC Changji-Guquan ± 1100 кВ составляет 12 миллионов киловатт. Этот проект также является первым в мире случаем, когда напряжение постоянного тока было увеличено до ± 1100 кВ, а общая длина линии составляет 3324 километра.
Развитие передач HVDC может привести к взаимосвязи нескольких энергосистем. Результатом будет балансировка диаграммы нагрузки (она выражает ход потребления, соответствующего производства электроэнергии за определенный контролируемый период, всегда должен обеспечиваться баланс между производством и потреблением электроэнергии).
Если бы, например, можно было реализовать международную электроэнергетическую систему, протянувшуюся от Японии до Великобритании, диаграммы потребления отдельных районов почти выровнялись бы из-за сдвига во времени. Однако политические изменения и различия в оборудовании западно- и восточноевропейских сетей пока не позволяют этого сделать.
В настоящее время линии постоянного тока HVDC постепенно соединяют восточноевропейские страны с электрическими сетями Европейского сообщества.
Одна из линий электропередачи постоянного тока
В дальнейшем планируется построить несколько линий высокого напряжения постоянного тока для подачи электроэнергии в Европу от ветряных электростанций в Северном и Балтийском морях и от гидроэлектростанций в странах Северной Европы.
Также планируется межконтинентальное соединение Европа-Африка с множеством ветряных электростанций в странах Северной Европы и солнечными тепловыми электростанциями в Африке.
Недостатком этих межконтинентальных соединений является определенная зависимость стран от электроэнергии с другого континента, что влечет за собой проблему надежности передачи в случае возможных политических конфликтов или террористических атак. Пока работа над этими планами остановлена.
Дальнейшее развитие передач HVDC приводит к постоянному увеличению напряжения передачи и передаваемой мощности, к реализации передачи на большие расстояния. В не очень ближайшем будущем всемирное объединение электрических систем со значительным вкладом в передачу линий HVDC, безусловно, будет успешным.
- Элементы и коммуникационные технологии для построения Умного города
- 10 известных людей, которые когда-то работали электриками
- История освещения Эрмитажа в 1886 — 1888 годах
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями: