СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники, направлена на усовершенствование передающей подстанции системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, и может быть использована для модернизации существующих силовых кабельных линий электропередачи трехфазного переменного тока, а также вновь сооружаемых силовых кабельных линий электропередачи.
Известна передающая подстанция системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, содержащая силовой трехфазный трансформатор, автономные преобразователи переменного напряжения в постоянное с накопительными емкостями, соединенными с высоковольтными проводами, в качестве которых могут быть использованы кабельные линии электропередачи (патент RU №120818, МПК H02J 1/00, 27.09.2012 г.).
Основным недостатком известной передающей подстанции является ненадежность работы системы передачи электроэнергии из-за возможности выхода из строя одной или двух кабельных линий электропередачи, обусловленную отсутствием контроля состояния кабельных линий.
Задачей полезной модели является повышение надежности системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения за счет контроля состояния кабельных линий.
Поставленная задача решается тем, что передающая подстанция системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения, содержащая силовой трехфазный трансформатор, автономные преобразователи переменного напряжения в постоянное с накопительными емкостями, соединенными с высоковольтными проводами, в качестве которых использованы кабельные линии электропередачи, согласно настоящей полезной модели, содержит элементы релейной защиты, переключатели мощности, а также последовательно соединенные переключатель с пятью неподвижными контактами, блок измерителей и анализаторов параметров кабельных линий электропередачи, формирователь сигналов состояний кабельных линий электропередачи и блок управления, при этом входы элементов релейной защиты подключены к выходам вторичных обмоток силового трехфазного трансформатора, а выходы элементов релейной защиты подключены к входам автономных преобразователей переменного напряжения в постоянное, входы переключателей мощностей подключены параллельно через кабельные линии электропередачи к выходам накопительных емкостей автономных преобразователей переменного напряжения в постоянное, выходы переключателя с пятью неподвижными контактами подключены параллельно к кабельным линиям электропередачи, а выходы блока управления подключены к входам переключателей мощности.
На чертеже приведена функциональная блок-схема системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения с предлагаемой передающей подстанцией.
Блокам, устройствам и деталям заявляемой полезной модели присвоены следующие позиции:
1. Электрическая станция.
2. Генератор переменного тока.
3. Передающая подстанция.
4. Силовой трехфазный трансформатор с первичной обмоткой.
5, 6, 7. Вторичные обмотки силового трехфазного трансформатора.
8, 9, 10. Элементы релейной защиты.
11, 12, 13. Автономные преобразователи переменного напряжения в постоянное с накопительными емкостями.
14, 15, 16. Переключатели мощности.
17, 18, 19. Кабельные линии электропередачи постоянного тока.
20. Блок измерителей и анализаторов параметров кабельных линий электропередачи.
21. Переключатель с пятью неподвижными контактами.
22. Формирователь сигналов состояния кабельных линий электропередачи.
23. Блок управления.
24. Приемная подстанция.
25. Потребитель электрической энергии.
Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения содержит электрическую станцию 1 с генератором 2 переменного тока, а также, соединенные между собой высоковольтными проводами, в качестве которых использованы кабельные линии, предлагаемую передающую подстанцию 3 и приемную подстанцию 24 для принятия высокого напряжения постоянного тока, подключенную к потребителю 25. Генератор 2 переменного тока представляет собой блок генераторов трехфазного напряжения переменного тока.
Передающая подстанция 3 содержит силовой трехфазный трансформатор 4 с первичной обмоткой, автономные преобразователи 11, 12, 13 переменного напряжения в постоянное с накопительными емкостями (не показаны).
Отличием предлагаемой передающей подстанции 3 является то, что она дополнительно содержит элементы релейной защиты 8, 9, 10, входы которых подключены к выходам вторичных обмоток 5, 6, 7 силового трехфазного трансформатора 4, а выходы элементов релейной защиты 8, 9, 10 подключены к входам автономных преобразователей 11, 12, 13 через кабельные линии 17, 18, 19 электропередачи к приемной подстанции 24.
Передающая подстанция 3 также дополнительно содержит переключатели мощности 14, 15, 16, входы которых подключены параллельно через кабельные линии 17, 18, 19 электропередачи к выходам накопительных емкостей автономных преобразователей 11, 12, 13 переменного напряжения в постоянное, при этом, например, если в кабельной линии 17 произошла авария, то мощность, передаваемая линией 17, распределяется между кабельными линиями 18 и 19.
Кроме этого, передающая подстанция 3 содержит еще переключатель 21 с пятью неподвижными контактами, блок 20 измерителей и анализаторов параметров кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи, формирователь 22 сигналов состояний кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи и блок 23 управления.
Переключатель 21 с пятью неподвижными контактами подключен параллельно к кабельным линиям 17, 18, 19 на выходе передающей подстанции 3, в котором контакты 0, 0 обозначают, что блок 20 отключен, а неподвижные контакты I, II, III подключены параллельно к оболочкам кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи соответственно.
Вход формирователя 22 сигналов состояний кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи подключен к выходу блока 20 измерителей и анализаторов параметров кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи.
Вход блока 23 управления подключен к выходу формирователя 22 сигналов состояния кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи, а выходы блока 23 управления подключены к входам переключателей мощности 14, 15, 16.
Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения с предлагаемой передающей подстанцией 3 работает следующим образом.
На электростанции 1 блоки генераторов 2 генерируют высокое трехфазное напряжение переменного тока, которое поступает на вход передающей подстанции 3. Далее высокое напряжение переменного тока поступает на первичную обмотку силового трехфазного повышающего трансформатора 4, а затем - на вторичные автономные обмотки 5, 6, 7 трансформатора и проходит через элементы релейной защиты 8, 9, 10, каждый из которых защищает обмотки трансформатора от перегрузок. Далее высокое напряжение переменного тока поступает на автономные преобразователи 11, 12, 13 переменного напряжения, где преобразуется в напряжение постоянного тока, накапливается в накопительных емкостях и передается по кабельным линиям 17, 18, 19 электропередачи, к оболочкам которых подключены параллельно неподвижные контакты переключателя 21 с пятью положениями блока 20 измерителей и анализаторов параметров кабельных линий (к контакту I подключена оболочка кабеля линии 19, к контакту II подключена оболочка кабеля линии 18, к контакту III подключена оболочка кабеля линии 19, а два контакта с индексом 0 - обозначают отключение переключателя 21 от блока 20 измерителей и анализаторов состояния кабелей линий, находящихся под рабочим напряжением).
При включенном любом из трех I, II, III положениях переключателя 21 контролируется и определяется состояние кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи по заданным параметрам.
Такими параметрами могут быть тангенс угла потерь, наличие спектральных составляющих переменного тока, возникающих из-за нелинейности в линиях, наличие воздуха, воды и целый ряд других параметров, определяющих качество изоляции кабеля.
При превышении какого-либо из параметров заданных значений в формирователе 22 сигналов вырабатывается сигнал предупреждения или необходимости отключения контролируемого кабеля из рабочего состояния. Сигнал поступает в блок 23 управления, в котором в зависимости от складывающейся ситуации состояния кабельной линии, осуществляется воздействие на переключатели мощности 14, или 15, или 16. Например, поступает сигнал на отключение кабельной линии 18, в этом случае мощности, передаваемые по кабельной линии 18, перераспределяются по кабельным линиям 17 и 19. Таким образом, суммарная мощность, передаваемая по кабельным линиям, сохраняется и держится определенное время для восстановления кабельной линии 18 в рабочее состояние. При выходе из строя двух линий третья несет мощности всех трех линий, но меньшее время. По истечении заданного времени поврежденная линия восстанавливается или остается одна рабочая линия с номинальной нагрузкой. Электроснабжение прекращается только в том случае, если авария охватывает одновременно все три кабельные линии электропередачи, вероятность такого события на два порядка меньше, чем у одноцепной трехфазной линии переменного тока.
При срабатывании элементов релейной защиты 8, 9, 10 какой-либо кабельной линии 17, 18, 19 электропередачи процедура последовательности операций будет такой же, как описано выше.
Далее высокое напряжение постоянного тока поступает с кабельных линий 17, 18, 19 электропередачи передающей подстанции 3 на вход приемной подстанции 24, которая преобразует полученные потенциалы по напряжению вида тока и частоты, и далее поступает потребителю 25 электрической энергии.
Таким образом, предлагаемая передающая подстанция системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения позволит повысить надежность системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения за счет преобразования переменного напряжения в постоянное и контроля состояния кабельных линий.