Преобразовательная станция HVDC

Станция Дорси в Манитобе , Канада.

( Преобразовательная станция HVDC или просто преобразовательная станция ) — это специализированный тип подстанции , которая образует оконечное оборудование для линии передачи постоянного тока высокого напряжения (HVDC). Он преобразует постоянный ток в переменный или наоборот. Помимо преобразователя , станция обычно содержит:

• распределительное устройство трехфазного переменного тока
• трансформаторы
• конденсаторы или синхронные конденсаторы для реактивной мощности
• фильтры для подавления гармоник и
• распределительное устройство постоянного тока.

Компоненты

Конвертер

Основная статья: преобразователь HVDC

Клапанный цех преобразовательной станции Хендей, часть системы передачи постоянного тока Нельсон-Ривер в Канаде .

Преобразователь обычно устанавливается в здании, называемом вентильным залом . В ранних системах HVDC использовались ртутно-дуговые клапаны твердотельные устройства, такие как тиристоры , но с середины 1970-х годов стали использоваться . Преобразователи, использующие тиристоры или ртутно-дуговые вентили, известны как преобразователи с линейной коммутацией . В преобразователях на основе тиристоров множество тиристоров соединены последовательно, образуя тиристорный вентиль, и каждый преобразователь обычно состоит из шести или двенадцати тиристорных вентилей. Тиристорные вентили обычно группируются парами или группами по четыре человека и могут стоять на изоляторах на полу или свисать на изоляторах с потолка.

Преобразователям с линейной коммутацией для коммутации требуется напряжение от сети переменного тока, но с конца 1990-х годов преобразователи с источником напряжения начали использоваться для HVDC. В преобразователях напряжения вместо тиристоров используются биполярные транзисторы с изолированным затвором , которые могут обеспечивать питание обесточенной системы переменного тока.

Почти все преобразователи, используемые для HVDC, по своей природе способны работать с преобразованием мощности в любом направлении. Преобразование мощности из переменного тока в постоянный называется выпрямлением , а преобразование из постоянного тока в переменный — инверсией .

Оборудование постоянного тока

Заделка кабеля HVDC и сглаживающий реактор постоянного тока на линии HVDC Baltic Cable .

Оборудование постоянного тока часто включает в себя катушку (называемую реактором ), которая добавляет индуктивность последовательно с линией постоянного тока, чтобы помочь сгладить постоянный ток. Индуктивность обычно составляет от 0,1 до 1 Гн. Сглаживающий реактор может иметь либо воздушный, либо железный сердечник. Катушки с железным сердечником выглядят как масляные трансформаторы высокого напряжения. Сглаживающие катушки с воздушным сердечником напоминают дроссельные катушки несущей частоты в линиях электропередачи высокого напряжения, но значительно больше их и поддерживаются изоляторами . Преимущество воздушных катушек заключается в том, что они создают меньше акустического шума, чем катушки с железным сердечником, они устраняют потенциальную опасность для окружающей среды, связанную с разливом масла, и не насыщаются в условиях кратковременного сильноточного повреждения . В этой части завода также будут размещены приборы для измерения постоянного тока и напряжения.

Для устранения высокочастотных помех используются специальные фильтры постоянного тока. Такие фильтры необходимы, если в линии электропередачи для связи и управления будут использоваться методы связи по линиям электропередачи или если воздушная линия будет проходить через населенные пункты. Эти фильтры могут быть пассивными LC- фильтрами или активными фильтрами, состоящими из усилителя, соединенного через трансформаторы и защитные конденсаторы, который выдает сигнал, противофазный сигналу помех в линии, тем самым подавляя его. Такая система использовалась в проекте Baltic Cable HVDC.

Преобразователь трансформатор

Однофазный трехобмоточный преобразовательный трансформатор.

Преобразовательные трансформаторы повышают напряжение сети переменного тока. Используя соединение обмоток трансформатора «звезда-треугольник» или « звезда-треугольник », преобразователь может работать с 12 импульсами за каждый цикл питания переменного тока, что устраняет многочисленные гармонические составляющие тока. Изоляция обмоток трансформатора должна быть специально разработана, чтобы выдерживать большой потенциал постоянного тока относительно земли. мощностью до 300 мегавольт-ампер ( МВА Преобразовательные трансформаторы могут быть изготовлены в виде единого блока ). Трансформаторы большей мощности перевозить нецелесообразно, поэтому, когда требуются большие мощности, несколько отдельных трансформаторов соединяют вместе. Можно использовать либо два трехфазных блока, либо три однофазных блока. В последнем варианте используется только один тип трансформатора, что делает поставку запасного трансформатора более экономичной.

Трансформаторы преобразователя работают с ступенями мощности с высоким потоком в четырех ступенях преобразователя за цикл и поэтому производят больше акустического шума, чем обычные трехфазные силовые трансформаторы. Этот эффект следует учитывать при выборе места для преобразовательной станции HVDC. Могут быть установлены шумопоглощающие кожухи.

Реактивная мощность

При использовании преобразователей с линейной коммутацией преобразовательной подстанции потребуется от 40% до 60% ее номинальной мощности в качестве реактивной мощности. Это может быть обеспечено батареями переключаемых конденсаторов или синхронными конденсаторами , или, если подходящая электростанция расположена рядом со статической инверторной установкой, генераторами на электростанции. Потребность в реактивной мощности можно снизить, если преобразовательные трансформаторы будут иметь переключатели ответвлений под нагрузкой с достаточным диапазоном отводов для управления напряжением переменного тока. Часть необходимой реактивной мощности может быть обеспечена с помощью компонентов фильтра гармоник.

Преобразователи напряжения могут генерировать или поглощать как реактивную, так и активную мощность, при этом дополнительное оборудование для реактивной мощности обычно не требуется.

Гармонические фильтры

Фильтры гармоник необходимы для устранения гармонических волн и производства реактивной мощности на линейных преобразовательных станциях. нечетные гармоники порядков 6 n + 1 и 6 n - 1 На станциях с шестью импульсными коммутируемыми преобразователями необходимы сложные фильтры гармоник, поскольку на стороне переменного тока образуются - четные гармоники порядка 6 n , а на стороне постоянного тока . На 12 импульсных преобразовательных станциях в результате получаются только гармонические напряжения или токи порядка 12 n + 1 и 12 n - 1 (на стороне переменного тока) или 12 n (на стороне постоянного тока). Фильтры настраиваются на ожидаемые частоты гармоник и состоят из последовательных комбинаций конденсаторов и катушек индуктивности.

Преобразователи с источником напряжения обычно производят гармоники меньшей интенсивности, чем преобразователи с сетевой коммутацией. В результате фильтры гармоник обычно имеют меньшие размеры или могут вообще отсутствовать.

Помимо фильтров гармоник, также предусмотрено оборудование для устранения побочных сигналов в диапазоне частот несущего оборудования линий электропередачи от 30 до 500 кГц. Эти фильтры обычно располагаются рядом с клеммой переменного тока статического инверторного трансформатора. Они состоят из катушки, пропускающей ток нагрузки, и параллельного конденсатора, образующего резонансный контур.

В особых случаях возможно использование исключительно машин для выработки реактивной мощности. Это реализуется на терминале ВПТ Волгоград-Донбасс, расположенном на Волжской ГЭС .

распределительное устройство переменного тока

Распредустройство трехфазного переменного тока преобразовательной подстанции аналогично распределительному устройству подстанции переменного тока. Он будет содержать автоматические выключатели для защиты от сверхтоков преобразовательных трансформаторов, разъединители, заземлители и измерительные трансформаторы для управления, измерения и защиты. На станции также будут установлены грозовые разрядники для защиты оборудования переменного тока от грозовых перенапряжений в системе переменного тока.

Другие

Требуемая площадь

Площадь, необходимая для преобразовательной подстанции, намного больше, чем у обычного трансформатора, например, площадка с мощностью передачи 600 мегаватт и напряжением передачи 400 кВ составляет примерно 300 х 300 метров (1000 х 1000 футов). Для установок с более низким напряжением может потребоваться несколько меньшая площадь земли, поскольку потребуется меньше воздушного пространства вокруг наружного высоковольтного оборудования.

Факторы местоположения

Преобразовательные станции создают акустический шум. Преобразовательные станции могут создавать серьезные радиочастотные помехи, поэтому предусмотрите конструктивные особенности для контроля этих излучений. Стены могут обеспечивать защиту от шума. Как и на всех подстанциях переменного тока, масло из оборудования должно быть защищено от загрязнения грунтовых вод в случае разлива. Для воздушных линий электропередачи может потребоваться значительная площадь, но ее можно уменьшить, если использовать подземный кабель.

См. также

• Список проектов HVDC
• Роторно-конвертерный завод
• Противопожарные барьеры для высоковольтных трансформаторов