Электропередачи постоянного тока

Электропередачи и вставки постоянного тока, обладают рядом экономически выгодных пре­имуществ по сравнению с передачами перемен­ного тока. Так как на нормальный режим работы линии постоянного тока не оказывают влияния се реактивные параметры, то при реальных соот­ношениях между активными и реактивными со­противлениями линии электропередачи падение напряжения на ней во много раз меньше, чем на линии переменного тока. А это, в свою очередь, создает предпосылки для радикального уве­личения радиуса действия линий постоя иного тока по сравнению с линиями электропередачи пе­ременного тока; при этом при любой длине не возникает ограничений передаваемой мощности по условиям устойчивости параллельной ра­боты. Воздушные линии постоянного тока, как правило, существенно дешевле линий перемен­ного тока. Существенны выгоды постоянного то­ка для кабельных линий, поскольку условия ра­боты изоляции кабелей при постоянном напря­жении несравненно легче, чем при переменном. Благодаря этому при одной и той же толщине изоляции пропускная способность кабеля, рабо­тающего при постоянном напряжении, в 2—4 раза выше, чем у того же кабеля, но работающего при переменном напряжении, 'за счет более высо­кого номинального напряжения. При сооруже­нии линии электропередач и постоянного тока между двумя несвязанными энергосистемами по­следние могут, работал, несинхронно как с раз­ными частотами (50 и 60 Гц), так и с одинаковой частотой, но с различными требованиями к точности ее поддержания. Целый ряд преиму­ществ может быть получен за счет способности вентильных преобразователей выполнять функ­ции быстродействующего выключателя и очень совершенного регулятора передаваемой мощно­сти. Здесь следует отметить, что при связи двух энергосистем на постоянном токе аварийные ре­жимы в одной из энергосистем не отражаются на работе другой энергосистемы столь непосредст­венно, как это происходит при связи на переменном токе; кроме того, исключается подпитка мес­та КЗ в одной энергосистеме со стороны другой. Поэтому объединение энергосистем или ввод до­полнительной мощности в энергосистему через электропередачу постоянного тока не приводит к увеличению токов КЗ и не требует соответст­вующей замены всего оборудования и, прежде всего, выключателей. Благодаря практически безинерционному регулированию преобразовате­лей межсистемная связь по линиям электропере­дачи постоянного тока может осуществляться, но строго заданной программе, например с це­лью поддержания частоты, баланса активной мощности, демпфирования низкочастотных ко­лебаний и т.д.

Исследования преобразователей для электро­передач постоянного тока начались в нашей стра­не в 1947 г. в организованной тогда в ЭНИН лабо­ратории передач постоянного тока, возглавляв­шейся проф. К.А. Кругом, и в образованном в том же году НИИ постоянного тока (НИИПТ). Одно­временно аналогичные работы начали прово­диться в ВЭИ. В дальнейшем к работам по посто­янному току подключился «Энергосетьпроект».

Большая работа по изучению режимов рабо­ты и проектированию первых передач постоян­ного тока проведена в НИИПТ его сотрудниками: А.В. Поссе, В.И. Емельяновым, М.Г. Шехт-маном, А.В. Пинцовым, К.А. Герциком. Л.Л. Ьалыбердиным, Ю.С. Крайчиком и др. В НИИПТ также проведена разработка алгоритмов систем управления передачами постоянного тока, ис­следованы перенапряжения в передачах посто­янного тока, выполнено физическое моделиро­вание передач постоянного тока.

Усилиями сотрудников НИИПТ, Московско­го отделения НИИПТ и ВЭИ была введена в экс­плуатацию в 1950 г. первая в мире кабельная электропередача постоянного тока напряже­нием 200 кВ и мощностью 30 МВт Кашира-Москва длиной 120 км, которая явилась школой для разработки других электропередач постоян­ного тока.

ВЭИ являлся разработчиком всего высоко­вольтного преобразовательного оборудования для передачи постоянного тока Волгоград—Дон­басс. Большая работа была проведена сотрудни­ками ВЭИ по разработке, серийному изготовле­нию, испытаниям и эксплуатации главного аппа­рата этой электропередачи — откачного экситрона — высоковольтного ртутного вентиля тина ВР-9. Его разработке предшествовали обширные исследования физических процессов газового разряда при низком давлении, проводившиеся под руководством Б.И. Клярфельда, В.-Л. Гра­новского, И.Н. Кесаева и др. Разработкой венти­ля ВР-9 руководил главный конструктор Ф.И. Бутаев, разработку испытательных устано­вок осуществлял Н.С. Климов, разработку тех­нологии производства и кондиционирования вентилей проводили А.А. Перцев, Н.П. Степа­нов, А.Е. Шварц и др.

Коллективом отдела автоматического регу­лирования ВЭИ (Е.К. Булахов, В.Д. Ковалев, А.К. Мазуренко, М.В. Олынванг, А.И. Ступель, Г.М. Цфасман и др.) были разработаны системы автоматического регулирования и защиты элек­тропередач и вставки постоянного тока, а также статических компенсаторов.

Большая роль в проектировании передач по­стоянного тока Волгоград—Донбасс и Экибастуз—Центр, и ставки постоянного тока СССР-Финляндия в Выборге принадлежит институту «Энергосетьпроект» и его главному инженеру С-С. Рокотяну. Институт «Энергосетьнроект» выступал как головной институт по проектирова­нию электропередач постоянного тока и объеди­нял усилия остальных организаций.

Сотрудники ВЭИ участвовали в испытаниях оборудования как на заводах-изготовителях, так и на мощном испытательном стенде в г. Тольят­ти, спроектированном и сооруженном коллективом ВЭИ. Большую роль в этой работе играли сотрудники ВЭИ А.Г. Викулин, В.П. Кулаков. Кроме того, сотрудники ВЭИ участвовали в шеф-монтаже, наладке и опытной эксплуата­ции оборудования на электропередачах и встав­ке постоянного тока.

Приведем основные параметры электропере­дач постоянного тока и вставки, спроектирован­ных и построенных российскими специалистами.

Электропередача постоянного тока Волго­град—Донбасс была введена в эксплуатацию в 1962 г. и в течение ряда лет была крупнейшей передачей постоянного тока в мире.

Передача выполнена по схеме два полюса— земля и связывает шины 220 кВ энергосистем «Вол го град энерго» (Волжская подстанция) и «Донбассэнерго» (Михайловская подстанция) через воздушную двухполюсную линию пере­дачи постоянного тока с проводами 2хАСО-600 в полюсе. Параметры передачи: напряжение ± 400 кВ, мощность 720 МВт, выпрямленный ток 900 А, длина линии 473 км.

На каждой преобразовательной подстанции включены последовательно восемь шестифаз­ных преобразовательных мостов, каждый из ко­торых состоит из 14 высоковольтных ртутных вентилей тина ВР-9, Вентили включены после­довательно по два в каждое плечо моста. Кроме того, имеются два шунтирующих вентиля.

Для получения 12-фазного режима преобра­зования каждые два моста питаются от группы из трех однофазных трансформаторов мощно­стью 3х90 МВ • А, имеющих каждый шесть об­моток: две сетевые (220 кВ), две третичные (13,8кВ) и две вентильные (89 кВ)*. Сетевые и третичные обмотки включены параллельно, вентильные включены: одна в треугольник, дру­гая в звезду и работают каждая на свой мост. В нейтраль сетевой обмотки трансформатора включен регулировочный трансформатор, по­зволяющий изменять коэффициент трансформа­ции в пределах 15 %. Волжская преобразователь­ная подстанция совмещена с Волжской ГЭС, и зал вентилей находится в теле плотины ГЭС, рядом с машинным залом. Преобразовательный блок Волжской подстанции состоит из двух ге­нераторов, группы однофазных трансформато­ров и двух шестифазных вентильных мостов. Фильтры высших гармоник на подстанции не предусмотрены.

На Михайловской подстанции вентили раз­мещены в вентильном зале. Компенсация реактивной мощности и высших гармоник осуществ­ляется фильтрами (5, 7, 11-й гармоник), включенными на шины 220 кВ. Передача работа­ет в реверсивном режиме и обеспечивает обмен мощностью между двумя самобалансирующимися энергосистемами Средней Волги и Юга. Возможна работа одной полуцепью с возвратом тока через землю.

(* Указаны линейные напряжения в группе транс­форматоров.)

Электропередача постоянного тока Экибастуз—Центр. Предполагалось, что крупнейшая в мире электропередача мощностью 6000 МВт, напряжением ± 750 кВ, но схеме два полюса—земля и протяженностью более 2400 км свяжет восточные районы страны с европейской частью России. Ввод в эксплуатацию ее планировалось осуществить в 1992—1995 гг.

В состав электропередачи Экибастуз—Центр входили биполярная воздушная линия с прово­дами 5хАСО-1200 в полюсе идвс концевые пре­образовательные подстанции: одна в районе Экибастузских ГРЭС, другая в узле нагрузок Объединенной энергосистемы Центра в районе г- Тамбова-

Главное назначение электропередачи — транспорт энергии Экибастузских ГРЭС в энер­госистему Центра. Предусмотрен реверс потока мощности. На зажимах отправной подстанции в Экибастузе в полюсе ВЛ обеспечивался ра­бочий ток 4000 А и напряжение 750 кВ по отно­шению к земле. Средняя точка преобразователей обеих подстанций глухо заземлялась на вынос­ное рабочее заземление.

Важнейшая особенность главной схемы электропередачи — параллельное соединение ветвей преобразователей: каждая ветвь, состоя­щая из двух каскадно включенных шестифазных мостов (но 750 МВт, 375 кВ и 2000 А), соединен­ных каждый со своим трансформатором, пред­ставляет собой единичный агрегат, вес оборудо­вание которого включается или отключается од­новременно-Основной агрегат подстанции — двухмосто­вой преобразователь, оснащенный высоковольт­ными тиристорными вентилями (ВТВ) (Р.А. Лытаев и др., ВЭИ), устройствами демпфирования, высокочастотными реакторами, разрядниками. Вентиль ВТВ имеет модульную конструкцию, световую систему управления, водяное охлажде­ние. Он содержит 128 модулей, в каждом модуле включено последовательно четыре тиристора таблеточного типа. имеющих двустороннее ох­лаждение деионизованной водой. Световые им­пульсы управления поступают к тиристорам по световодам.

После распада Советского Союза сооруже­ние электропередачи Экибастуз—Центр было прекращено.

Вставка постоянного тока Россия—Финлян­дия в г. Выборге введена в эксплуатацию в 1981 т. Через эту вставку из России в Финляндию пере­дается энергия 4 ТВТ • ч в год, что составляет 10 % от выработки электроэнергии в Финляндии. Вставка представляет собой преобразователь­ную подстанцию в г. Выборге, которая присоеди­нена с нашей стороны через двухцепную линию переменного тока 330 кВ к системе Ленэнерго (подстанция Восточная) и с финской стороны через двухцепную линию переменного тока 400 кВ к системе Иматран Войма (подстанция Юлликкяля), которая входит в энергообъедине­ние скандинавских стран Могс1еЭ, С сооружением вставки постоянного тока Россия—Финляндия ЕЭС России оказалась соединенной с энергосис­темами стран Западной Европы.

Главная схема Выборгской преобразова­тельной подстанции состоит из трех одинаковых 12-фазных комплектных высоковольтных преоб­разовательных устройств, каждое из которых со­стоит из четырех мостов на 2100 А, 170 кВ, 355 МВт. В преобразовательных мостах в на­стоящее время используются тиристоры типа Т173-125 с диаметром шайбы 80 мм. В плече вен­тиля ВТВ включены 64 тиристора последова­тельно. В одном модуле четыре тиристора. Мощ­ность одного тиристора 470 кВт.

Преобразовательные мосты питаются от од­нофазных четырехобмоточных трансформато­ров, вентильные обмотки которых соединены в звезду и треугольник, а обмотка НН 35 кВ служит для подсоединения фильтров высших гармоник.

Гибкие электропередачи переменного тока. Гибкими называют электропередачи, содержа­щие управляемые устройства силовой электрони­ки. В энергосистемах уже давно применяются электронные устройства автоматического управ­ления, защиты и противоаварийной автоматики энергосистем. Однако современные электронные устройства управления энергосистемой вступают в противоречие с механическими и инерционны­ми объектами управления. Поэтому давно роди­лась мысль ввести силовые электронные устрой­ства в энергосистему. В этом случае электронные устройства будут управлять быстродействующи­ми электронными силовыми объектами, и проти­воречие, упомянутое выше, исчезнет.

Идея использования преобразовательной техники для регулирования реактивной мощно­сти принадлежит проф. МЭИ В.А. Веникову, который высказал ее 40 лет назад. В результате развития этой идеи были разработаны схемы статических компенсаторов прямой и косвенной компенсации (СТК), в которых реактивная мощность изменялась за счет изменения тока, проходящего через реактивный элемент, регули­руемый с помощью тиристоров.

К первому поколению гибких электропере­дач можно отнести электропередачи и вставки постоянного тока, которые являются регулируе­мыми элементами энергосистемы, позволяют демпфировать качания мощности и повышают устойчивость параллельных электропередач пе­ременного тока.

В 1984 г. вице-президент американского НИИ электроэнергетики (ЭПРИ) г-н Хингорани высказал мысль, являющуюся развитием пред­ложения проф. В.А. Веникова: использовать со­временную высоковольтную преобразователь­ную технику для электропередач переменного тока с целью коренного улучшения их характе­ристик так, чтобы вместо воздействия на элек­тромеханические процессы в синхронных маши­нах воздействовать на электронные устройства, включенные непосредственно в линию пере­дачи. Это предложение послужило основой раз­вития техники гибких электропередач.

Исследования показали, что с помощью электронных устройств гибких электропередач можно решить следующие задачи:

1) увеличить пропускную способность линий;

2) обеспечить принудительное распределе­ние мощности по замкнутой сети в соответствии с требованиями диспетчера;

3) повысить устойчивость электропередач за счет плавного продольного и поперечного ре­гулирования реактивной мощности и реактивно­го сопротивления линии.

Проф. О.А. Маевским (1978 г.) показано, что, используя запираемые тиристоры вместо СТК, можно получить новое качество преобразова­тельных схем: способность не только потреб­лять, но и выдавать реактивную мощность в сеть.

Дата добавления: 2014-12-25