СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

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.
Передающая подстанция формирует положительные заряды электричества и передает их на принимающую подстанцию, которая преобразует полученные положительные заряды электричества в переменный трехфазный ток стандартной частоты и подает его потребителям.
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.
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, а также упрощение передающей и принимающей подстанций за счет сокращения оборудования.
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, 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», при этом 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, причем 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, 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, при этом 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.
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.
В предлагаемой системе передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения 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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная блок-схема предлагаемой системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения.
Блокам, устройствам и деталям заявляемой полезной модели присвоены следующие позиции:
1. Трехфазный генератор переменного тока.
2. Передающая подстанция
3. Силовой трансформатор трехфазного переменного напряжения.
4. Первый автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
5. Второй автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
6. Третий автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
7. Первый высоковольтный провод линии электропередачи.
8. Второй высоковольтный провод линии электропередачи.
9. Третий высоковольтный провод линии электропередачи.
10. Принимающая подстанция.
11. Первый высоковольтный автономный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
12. Второй высоковольтный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
13. Третий высоковольтный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
14. Потребитель переменного тока.
15. Воздушная линия электропередачи трехфазного переменного тока.
Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения содержит генератор переменного тока, соединенные между собой высоковольтными проводами, передающую подстанцию 2 и принимающую подстанцию 10. Передающая подстанция 2 содержит повышающий трансформатор, первичная обмотка которого соединена с генератором переменного тока и выпрямительные устройства, входы которых соединены с вторичной обмоткой повышающего трансформатора. Принимающая подстанция 10 содержит высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем 14 переменного тока.
Отличием предлагаемой системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения от прототипа является то, что передающая подстанция 2 и принимающая подстанция 10 соединены между собой первым 7, вторым 8 и третьим 9 высоковольтными проводами, которые представляют собой существующую конфигурацию воздушных линий 15 электропередачи трехфазного переменного тока
В передающей подстанции 2 выпрямительные устройства представляют собой первый 4, второй 5 и третий 6 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 (фазы А, В и С) генератора 1 переменного тока. Повышающий трансформатор выполнен в виде силового трансформатора 3 трехфазного переменного напряжения, в котором фазы первичной обмотки соединены между собой по схеме «треугольник», а фазы вторичной обмотки - по схеме «звезда».
Соответствующая фаза (А, В или С) вторичной обмотки соединена, соответственно с соответствующим началом «а», «b», «с» соответствующей фазы, соответственно, первого 4, второго 5 и третьего 6 автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное.
Концы фаз А, В и С, соответственно «х», «y», «z» первого 4, второго 5 и третьего 6 автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка «N» которой занулена.
Положительный потенциал первого 4, второго 5 и третьего 6 автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное подключен, соответственно, к первому 7, второму 8 и третьему 9 высоковольтным проводам.
Отрицательные потенциалы первого 4, второго 5 и третьего 6 автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка «Z» которой заземлена.
В принимающей подстанции 10 высоковольтные преобразователи представляют собой первый 11, второй 12 и третий 13 автономные однофазные высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток.
Начала «а», «b», «с», соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток, соответствующих фаз А, В и С соединены с потребителем 14 переменного тока.
Концы фаз «х», «y», «z», соответственно первого 11, второго 12 и третьего 13 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток, соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка «n» которой занулена.
Положительный потенциал первого 11, второго 12 и третьего 13 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток подключен, соответственно, к первому 7, второму 8 и третьему 9 высоковольтным проводам. Отрицательные потенциалы первого 11, второго 12 и третьего 13 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка «z» которой заземлена.
Работа системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения.
Электрическая станция может иметь N паровых турбин, приводящих в движение N трехфазных генераторов переменного тока. Для упрощения системы рассматривается система передачи электроэнергии только с одного трехфазного генератора переменного тока, т.к. передача электроэнергии с других генераторов будет аналогична.
Напряжение с трехфазного генератора 1 переменного тока подается на передающую подстанцию 2, которая содержит повышающий трансформатор 3 и три однофазных преобразователя 4, 5 и 6 - по одному на каждую фазу переменного тока. Трансформатор 3 повышает входное напряжение до уровня, необходимого для нормальной работы однофазных преобразователей 4, 5 и 6. Первичная обмотка трансформатора 3 соединена по схеме «треугольник», а вторичная - по схеме «звезда». Входные и выходные электроды однофазных преобразователей 4, 5 и 6 также соединены между собой по схеме «звезда». Входные электроды однофазных преобразователей 4, 5 и 6 соединены в одной точке и занулены. Выходные электроды положительного потенциала однофазных преобразователей 4, 5 и 6 соединены, соответственно, с высоковольтными проводами 7, 8 и 9 существующей воздушной линии электропередачи 15. Выходные электроды отрицательного потенциала однофазных преобразователей 4, 5 и 6 соединены в одной точке и заземлены. Переменное напряжение с вторичной обмотки трансформатора 3 подается на однофазные преобразователи 4, 5 и 6 и выпрямляется. Далее, уже выпрямленное постоянное напряжение посредством существующей воздушной линии электропередачи 15, передается на принимающую подстанцию 10, содержащую высоковольтные преобразователи 11, 12 и 13 постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем 14 переменного тока.
В нормальном режиме по каждому из трех проводов 7, 8 и 9 воздушной линии электропередачи 15 протекает одинаковый ток, при этом суммарная мощность, передаваемая потребителю 14, максимальна. В случае обрыва одного или двух проводов воздушной линии электропередачи 15, передача мощности осуществляется по оставшимся в работе проводам сколько угодно длительное время. Аналогичная ситуация наблюдается при отказе одного или двух однофазных преобразователей передающей подстанции 2.
Таким образом, принцип действия предлагаемой системы передачи электроэнергии состоит в формировании передающей подстанцией 3 положительных зарядов электричества в трех высоковольтных проводах и передачи их по высоковольтным проводам 7, 8, 9 на принимающую подстанцию 10, которая преобразует, полученные положительные заряды, в переменный ток, и подает его потребителю 14.
Паровая турбина, установленная в здании электрической станции (на чертеже условно не показаны), приводит в движение генератор 1, который вырабатывает трехфазный переменный ток, подаваемый на первичную обмотку силового трансформатора 3 трехфазного переменного напряжения, передающей подстанции 2, на вторичной обмотке которого создается трехфазный ток высокого напряжения, поступающий на входы автономных однофазных преобразователей, соответственно 4 (фазы А), 5 (фазы В) и 6 (фазы С) переменного напряжения в постоянное, которые являются первым, вторым и третьим автономными источниками постоянного тока с одинаковыми значениями напряжений постоянного тока. Полученный постоянный ток высокого напряжения поступает по высоковольтным проводам 7, 8 и 9, на входы высоковольтных преобразователей 11, 12 и 13 постоянного тока в переменный ток.
Использование предлагаемой полезной модели позволит, по сравнению с прототипом, повысить надежность системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, повысить ее экономичность за счет передачи постоянного тока большой мощности по существующим линиям электропередачи трехфазного переменного тока, а также упростить передающую и принимающую подстанции за счет сокращения оборудования.