СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Полезная модель относится к области электротехники, направлена на совершенствование передающей и принимающей подстанций, предназначена для передачи постоянного тока, и может найти применение при модернизации существующих силовых кабельных линий электропередачи трехфазного переменного тока, а также для вновь сооружаемых силовых кабельных линий электропередачи (ЛЭП).
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 воздушной ЛЭП, поэтому надежность системы передачи зависит от надежности одного провода воздушной ЛЭП, вероятность обрыва которой или замыкания накоротко, достаточно велика.
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 и экономичности системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения за счет передачи постоянного тока большой мощности по существующей силовой кабельной линии электропередачи трехфазного переменного тока, вероятность обрыва которой или замыкания накоротко невелика, 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 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 силовым электрическим кабелем с первой, второй и третьей жилами существующей конфигурации силовой кабельной линии электропередачи трехфазного переменного тока, в передающую подстанцию дополнительно введены первый, второй и третий сглаживающие реакторы, 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 «a», «b», «c» соответствующей фазы, соответственно, первого, второго и третьего автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное, соответствующие концы фаз «x», «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 сглаживающим реакторам, в свою очередь подключенным, соответственно, к первой, второй и третьей жилам силового электрического кабеля, 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 «a», «b», «c» соответствующих фаз которых соединены с потребителем переменного тока, а соответствующие концы фаз «x», «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 первой, второй и третьей жилам силового электрического кабеля, 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 силовой кабельной линии электропередачи с сохранением ее 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, соответственно, с первым, вторым и третьим сглаживающим реактором, соединенным в свою очередь с соответствующей жилой трехжильного силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии электропередачи.
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 соответствующей жилой трехжильного силового электрического кабеля.
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 высоковольтный автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
5. Второй высоковольтный автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
6. Третий высоковольтный автономный однофазный преобразователь переменного напряжения в постоянное.
7. Первый сглаживающий реактор.
8. Второй сглаживающий реактор.
9. Третий сглаживающий реактор.
10. Первая жила силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии электропередачи.
11. Вторая жила силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии электропередачи.
12. Третья жила силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии электропередачи.
13. Принимающая подстанция.
14. Первый высоковольтный автономный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
15. Второй высоковольтный автономный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
16. Третий высоковольтный автономный однофазный преобразователь постоянного тока в переменный ток.
17. Потребитель переменного тока.
18. Существующая силовая кабельная линия электропередачи трехфазного переменного тока.
Система передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения содержит генератор переменного тока, соединенные между собой передающую подстанцию 2 и принимающую подстанцию 13. 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 13 содержит высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем 17 переменного тока.
Отличием предлагаемой системы передачи электроэнергии постоянным током высокого напряжения от прототипа является то, что передающая подстанция 2 и принимающая подстанция 13 соединены между собой силовым электрическим кабелем с первой 10, второй 11 и третьей 12 жилами существующей конфигурации силовой кабельной линии 18 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 «a», «b», «c» соответствующей фазы, соответственно, первого 4, второго 5 и третьего 6 автономных однофазных преобразователей переменного напряжения в постоянное.
Концы фаз А, В и С, соответственно «x», «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 сглаживающим реакторам, предназначенным для снижения пульсаций выпрямленного тока, и в свою очередь подключенным, соответственно, к первой 10, второй 11 и третьей 12 жилам силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии 18 электропередачи.
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 13 высоковольтные преобразователи представляют собой первый 14, второй 15 и третий 16 автономные однофазные высоковольтные преобразователи постоянного тока в переменный ток.
Начала «a», «b», «c», соответственно первого 14, второго 15 и третьего 16 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток, соответствующих фаз А, В и С соединены с потребителем 17 переменного тока.
Концы фаз «x», «y», «z», соответственно первого 14, второго 15 и третьего 16 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток, соединены между собой по схеме «звезда», средняя точка «n» которой занулена.
Положительный потенциал первого 14, второго 15 и третьего 16 автономных однофазных высоковольтных преобразователей постоянного тока в переменный ток подключен, соответственно, к первой 10, второй 11 и третьей 12 жилам силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии 18 электропередачи.
Отрицательные потенциалы первого 14, второго 15 и третьего 16 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, соответственно А, В и С, переменного тока. Трансформатор 3 повышает входное напряжение до уровня, необходимого для нормальной работы однофазных преобразователей 4, 5 и 6, которые являются первым, вторым и третьим автономными источниками постоянного тока с одинаковыми значениями напряжений постоянного тока. 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 первым 7, вторым 8 и третьим 9 сглаживающими реакторами, предназначенным для снижения пульсаций выпрямленного тока, и в свою очередь соединенным, соответственно, с первой 10, второй 11 и третьей 12 жилами силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии 18 электропередачи.
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. Сглаживающие реакторы 7, 8 и 9 снижают пульсации выпрямленного тока и обеспечивают заданную скорость изменения тока линии при коротких замыканиях в линии и нарушениях работы автономных преобразователей. Кроме того, эти реакторы предназначены для защиты преобразователей от волн перенапряжений, которые могут прийти с линии электропередачи.
Далее, уже выпрямленное постоянное напряжение посредством существующей силовой кабельной линии 18 электропередачи, передается на принимающую подстанцию 13, содержащую высоковольтные преобразователи 14, 15 и 16 постоянного тока в переменный ток, соединенные с потребителем 17 переменного тока.
В нормальном режиме по каждой из трех жил 10, 11 и 12 силового электрического кабеля существующей силовой кабельной линии 18 электропередачи протекает одинаковый ток, при этом суммарная мощность, передаваемая потребителю 17, максимальна. В случае отказа одного или двух однофазных преобразователей передающей подстанции 2 передача мощности осуществляется по оставшимся в работе жилам силового электрического кабеля сколько угодно длительное время.
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 силовым кабельным линиям электропередачи трехфазного переменного тока, а также упростить передающую и принимающую подстанции за счет сокращения оборудования.