ПУТЬ ВОЗВРАТА МЕЖДУ ПЕРВОЙ ПОДСТАНЦИЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВТОРОЙ ПОДСТАНЦИЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПУТИ ВОЗВРАТА МЕЖДУ ПЕРВОЙ ПОДСТАНЦИЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ И ВТОРОЙ ПОДСТАНЦИЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
RETURN PATH BETWEEN FIRST HIGH-VOLTAGE DC SUBSTATION AND SECOND HIGH-VOLTAGE DC SUBSTATION AND METHOD TO FORM RETURN PATH BETWEEN FIRST HIGH-VOLTAGE DC SUBSTATION AND SECOND HIGH-VOLTAGE DC SUBSTATION

Область техники
Настоящее изобретение относится к заземлению (замыканию через землю) между первой и второй подстанциями сети или линии электропередачи постоянным током высокого напряжения (ПТВН).
Предпосылки изобретения
В системах ПТВН-электропередачи всегда требуется наличие цепи. Этого можно достичь несколькими различными путями. Первым путем является биполярная компоновка. В этом случае цепь обычно содержит две полностью изолированные линии, по одной в каждом направлении. В случае отказа одной линии важно иметь возможность использовать систему в униполярном режиме. В этом случае промышленная практика предусматривает использование возврата через землю с электродами заземления на обоих концах. Электрод заземления используется также при несбалансированной работе в биполярной компоновке. В связи с проблемами, связанными с возвратом через землю, обычно ограничивается время, на которое допускается возврат через землю.
Вторым путем создания цепи является униполярная компоновка. В этом случае цепь является полностью изолированной в одном направлении и при низком потенциале для возврата. В некоторых случаях был принят возврат через землю. Обычно непрерывный возврат через землю заменяется возвратом по линии при низком потенциале.
В зависимости от положения электрод заземления может содержать наземный (заземленный) электрод или морской (заводненный) электрод. Обычно путь возврата через землю содержит заземленный электрод на обеих подстанциях и путь тока, содержащий почву и/или воду. Главной целью в случае таких электродов является достижение достаточно низкого сопротивления и достижение достаточно большой площади соединения между электродами и почвой. Таким образом, заземленный электрод обычно содержит большое количество заглубленных электродов, причем каждый заглубленный электрод запитывается от отдельного питающего заглубленный электрод кабеля. Обычно электроды размещаются в земле на глубине не более 80 м.
Общеизвестно, что для того, чтобы найти подходящий участок для заделки электрода, следует начать от одной подстанции и искать подходящее состояние почвы по направлению к другой подстанции. Основополагающее предположение состоит в том, что проводимость будет возрастать тем больше, чем ближе друг к другу будут размещены электроды.
В связи с электродами заземления сообщается о двух различных видах проблем. Первый относится к контакту между электродом и грунтом вокруг электрода. В настоящее время ее решают за счет мер по должному конструированию электрода в сочетании с локальными измерениями удельного сопротивления земли вокруг электрода. Вторая проблема связана с токами, покидающими землю и поднимающимися в трансформаторы, трубопроводы и т.п., находящиеся между двумя подстанциями. В некоторых случаях этот ток попадает в трансформаторы и на определенном расстоянии протекает в силовых линиях. Это приводит к насыщению трансформатора и считается серьезной проблемой при возврате через землю.
Из патента США №6245989 уже известен заземленный электрод для системы электропередачи постоянным током высокого напряжения. Задачей этого электрода является улучшение скорости растворения питающих элементов.
В работе «Calculation of electric field and potential distributions into soil and air media for a ground electrode of HVDC system», IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.18, No.3, July 2003, p.867-873 описано, что в системе ПТВН-электропередачи с путем возврата через землю ток, попавший в почву, циркулирует между заземленными электродами через кору Земли и мантию Земли.
В WO 95/00984 A1 раскрыт способ электропередачи постоянным током высокого напряжения через грунт, при котором в качестве проводника используют слой земной коры, обладающий высокой проводимостью, и при котором обратная проводимость происходит по кабелю.
В WO 98/56073 А2 описан заземляющий стержень и способ установки заземляющего стержня, причем этот заземляющий стержень используют как средство заземления для электрического соединения электрического оборудования, молниеотводов или коммуникационного оборудования с землей с целью их защиты от удара молнии или других ненормально высоких электрических напряжений.
Сущность изобретения
Главной задачей настоящего изобретения является поиск путей улучшения проводимости пути возврата через землю между первой и второй ПТВН-подстанциями.
Эта задача решается согласно изобретению с помощью пути возврата, содержащего первый и второй заземленные электроды, характеризующегося признаками, указанными в независимом пункте 1 формулы изобретения, или с помощью способа, характеризующегося стадиями, указанными в независимом пункте 4 формулы изобретения. Предпочтительные варианты реализации описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению путь возврата между первой и второй ПТВН-подстанциями содержит первую часть, содержащую низкоомную зону сквозь кору Земли в окрестностях первой ПТВН-подстанции, вторую часть, содержащую мантию Земли, и третью часть, содержащую вторую низкоомную зону сквозь кору Земли в окрестностях второй ПТВН-подстанции. Низкоомная зона содержит разлом или другие эквивалентные геологические структуры в коре Земли.
Изобретение предусматривает использование геологических и геофизических методов для характеризации земной коры и мантии в отношении удельного сопротивления. С использованием этих методов выявляются участки, подходящие для размещения электродов. Эти участки характеризуются возможностью прохождения тока вертикально вниз до 50 км для достижения высокопроводящих объемов Земли.
Земная мантия является электропроводной и покрыта корой. Кора включает в себя океанический (примерно 10 км) и континентальный (30-50 км) слои и подразделяется на различные континентальные плиты. Старейшие пласты континентальной коры можно найти по всему миру. На этих участках в изобилии имеются обладающие высоким электрическим сопротивлением (высокоомные) скальные породы. В кристаллических скальных породах могут быть обнаружены хрупкие разломы. Можно предполагать, что длина разлома связана с глубиной, на которую он распространяется. Поэтому зона разлома длиной 50 км может простираться до мантии. Такие зоны обычно являются водоносными и низкоомными.
Для того чтобы определить местонахождение электропроводящих структур в коренной подстилающей породе, применяются различные методы:
- электромагнитный
- по удельному сопротивлению постоянному току
- магнитометрия, гравиметрия … (косвенно).
Эти методы имеют различную разрешающую способность, глубину исследования и стоимость выполнения исследований.
Один метод основывается на электромагнитных измерениях распределения электрического удельного сопротивления по вертикальному профилю, простирающемуся на всем протяжении до мантии. Второй метод основывается на гравиметрических измерениях на том же самом участке. Два эти метода являются взаимно дополняющими друг друга, и совместно они улучшают геологическую интерпретацию.
Еще одним методом является аэроразведка. При аэроэлектромагнитных измерениях охватываются большие территории. Глубина этих исследований достигает примерно 50-100 метров. Аэромагнитные измерения также охватывают большие территории и дают ценную информацию о геологических структурах.
Наземные магнитные измерения дают подробную информацию и могут быть сопоставлены с аэромагнитными измерениями. Водоносные разломы проявляются в виде низких значений магнитных измерений. Детальные измерения удельного сопротивления постоянному току могут выявить разломы, составляющие 50-80 метров в ширину и обладающие проводимостью, в 10-50 раз превышающей проводимость вмещающей породы.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными для специалиста в данной области техники из следующего подробного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - схематическое изображение строения Земли, и
Фиг.2 - разрез через кору и мантию Земли с путем возврата согласно изобретению.
Описание предпочтительных вариантов реализации
На фиг.1 показан разрез Земли. Земля состоит из ядра 1 и находящейся над ним мантии 2. Поверх мантии Земля состоит из коры 3. Кора содержит континентальные плиты и содержит предпочтительно коренную подстилающую породу. В различных местах в коре имеются низкоомные зоны, которые проникают в кору. Эти низкоомные зоны содержат хрупкие разломы или геологические деформации, в особенности в кристаллических горных породах. Эти разломы могут простираться вниз вплоть до мантии. Поскольку такие зоны обычно являются водоносными и низкоомными, они являются идеальными местами для размещения заземленных электродов.
На фиг.2 показана система ПТВН-электропередачи. Система содержит первую ПТВН-подстанцию 5 и вторую ПТВН-подстанцию 6. Подстанции опираются на земную кору 3, которая составляет примерно 50 км в толщину и лежит на земной мантии 2. Мантия обладает очень низким удельным сопротивлением. С использованием, по меньшей мере, одного геологического метода определяют местонахождение первой низкоомной зоны 4а в коре в окрестностях первой ПТВН-подстанции. С использованием таких же геологических методов определяют местонахождение второй низкоомной зоны 4b в коре в окрестностях второй ПТВН-подстанции. Первый электрод 7 размещают в первой низкоомной зоне, а второй электрод 8 размещают во второй низкоомной зоне. Поэтому путь возврата между первой ПТВН-подстанцией и второй ПТВН-подстанцией образуется первым путем 11 тока, содержащим соединительный проводник 9, первый электрод 7 и первую низкоомную зону 4а, вторым путем 13, содержащим мантию 2, и третьим путем 12, содержащим вторую низкоомную зону 4b, второй электрод 8 и второй соединительный проводник 10.
Хотя они и выгодны, объем изобретения не ограничивается представленными вариантами реализации, но содержит также варианты реализации, очевидные для специалистов в данной области техники. Месторасположение низкоомной зоны не должно быть локализовано между двумя подстанциями, но скорее в окрестностях подстанции. Поэтому наиболее подходящий путь возврата может содержать низкоомные зоны в коре, которые располагаются в окрестностях первой подстанции, но и в любом направлении от направления ко второй подстанции.