Меню

Недостатки линий постоянного тока

Основные недостатки высоковольтных передач постоянного тока

Некоторое время назад ЦПС рассмотрела основные достоинства высоковольтных передач постоянного тока. Но у них также есть и недостатки, на которые мы обратим ваше внимание.

Недостаток № 1 – дороговизна

Преобразовательные подстанции, необходимые для присоединения к электрическим сетям переменного тока, очень дорогие.

Преобразовательные подстанции, необходимые для присоединения к электрическим сетям переменного тока, очень дорогие. Они представляет собой намного более сложные объекты, нежели чем подстанции переменного тока не только из-за дополнительного преобразовательного оборудования, но и из-за более сложных систем автоматики и регулирования.

Недостаток № 2 – сложность

В отличие от систем переменного тока, проектирование и эксплуатация многоконцевых передач постоянного тока являются крайне сложными задачами. Управление перетоками мощности в таких системах требует наличия непрерывной коммуникации между оборудованием всех концов, т.к. перетоки мощности должны активно регулироваться системой управления, а не благодаря внутренним свойствами самой ЛЭП.

Недостаток № 3 – снова, дороговизна

Преобразовательные подстанции генерируют высокие гармоники тока и напряжения, при этом сам процесс преобразования сопровождается потреблением реактивной мощности. Поэтому возникает необходимость установки дорогих фильтро-компенсирующих устройств, а также устройств компенсации реактивной мощности.

Недостаток № 4 – короткие замыкания

При близких коротких замыканиях в системах переменного тока, есть и воздействие на передачи постоянного тока. Короткое замыкание на стороне выхода инвертора может привести к полной неработоспособности всей передачи постоянного тока.

Недостаток № 5 – пропускная способность

Количество подстанций в составе современных передач постоянного тока не может превышать 6-8 подстанций.

Количество подстанций в составе современных многоконцевых передач постоянного тока не может превышать 6-8 подстанций. При этом не допускается большое различие в величине их пропускной способности. Чем больше количество подстанций в системе, тем меньше может быть разница между их пропускными способностями. Поэтому практически невозможно построить систему высоковольтных передач постоянного тока, имеющую более пяти подстанций.

Недостаток № 6 – радиопомехи

Высокочастотная составляющая в системах передач постоянного тока может вызвать радиопомехи в линиях связи, расположенных вблизи.

Недостаток № 7 – трудности заземления

Заземление ЛЭП постоянного тока заключается в установке сложного комплекса оборудования, т.к. необходимо создать надежный и постоянный контакт с землей, чтобы обеспечить правильную работу и исключить возможность возникновения опасного «шагового напряжения».

Недостаток № 8 – коррозия металла

Протекание постоянного тока через землю в однополюсной системе может вызвать электрическую коррозию подземных металлических конструкций, в основном трубопроводов.

Выводы

Если использовать новые технологии, то некоторые из вышеперечисленных недостатков можно устранить. А именно можно полностью или частично устранить такие недостатки как масштабные перебои электроснабжения высоковольтных передач постоянного тока вследствие короткого замыкания в системе переменного тока, а так же потребление реактивной мощности, если использовать коммутационные тиристоры.

Ряд исследовательских центров работает над улучшением пропускной способности коммутационных тиристоров, а так же ведутся работы по созданию новых устройств преобразования для систем высоковольтных передач постоянного тока, имеющих высокую пропускную способность.

Наконец, существует целый ряд новых технологий для улучшения заземляющих устройств, снижения влияния электрической коррозии. Разрабатываются и другие технические средства, направленные на улучшение технологий высоковольтных передач постоянного тока.

Источник: Electrical Engineering Portal

Источник



Линии электропередачи постоянного тока

Линии электропередачи постоянного токаПреимущества линий электропередач постоянного тока состоят в следующем:

1. Предел передаваемой мощности по линии не зависит от ее длины и значительно больше, чем у линий электропередач переменного тока;

2. Снимается понятие предела по статической устойчивости, характерные для воздушных линий электропередачи переменного тока;

3. Энергосистемы, связанные воздушные линии электропередачи постоянного тока могут работать несинхронно или с различными частотами;

4. Требуется лишь два провода вместо трех или даже один, если использовать в качестве второго землю.

На рис. 1. приведена схема передачи постоянного тока, осуществленная по биполярной схеме («два полюса — земля»).

На этом рисунке UD и UZ, преобразовательные (выпрямительная и инвекторная) подстанции; L — реактор или фильтр для уменьшения влияния высоких гармоник, пульсации напряжения и аварийных токов; rл -сопротивление линии; G, Т — генераторы и трансформаторы.

Выработка и потребление электроэнергии осуществляется на переменном токе.

Схема передачи постоянного тока в послеаварийном режиме

Рис.1. Схема передачи постоянного тока в послеаварийном режиме

Основные элементы линии постоянного тока:

Читайте также:  Как обжигают дерево электрическим током

1. Управляемые высоковольтные выпрямители из которых собирается схема преобразовательной подстанции.

2. Управляемые высоковольтные инверторы, из них также собирается схема преобразовательной подстанции.

Схема инверторной подстанции принципиально не отличается от схемы выпрямительной подстанции, так как выпрямители обратимы. Единственное отличие состоит в том, что на инверторной подстанции приходится устанавливать компенсирующие устройства, конденсаторы, либо синхронные компенсаторы для выдачи инверторам реактивной мощности, которая составляет около 50. 60% передаваемой активной мощности.

Средние точки обоих преобразовательных подстанций в биполярной передаче заземлены, а полюсы изолированы.

Напряжение полюса UП равно напряжению между полюсом и землей. Например, на передаче энергии Волгоград — Донбасс напряжение полюса относительно земли +400 кВ, а второго — 400 кВ. Напряжение Ud между полюсами 800 кВ. Передача может быть разделена на две независимые полуцепи. В нормальном режиме при равных точках в полуцепях ток через землю близок к нулю. Обе полуцепи передачи могут работать автономно и в случае аварии одного полюса половина мощности может передаваться по другому полюсу с возвратом через землю.

При аварии одного полюса или одной полуцепи вторая полуцепь может работать по униполярной схеме.

Схема передачи постоянного тока в послеаварийном режиме

Рис. 2. Схема передачи постоянного тока в послеаварийном режиме

В униполярной передаче заземлен один из полюсов и имеется один провод, изолированный от земли. Второй провод либо заземлен с двух сторон передачи, либо отсутствует. Такой заземленный второй провод применяется в тех случаях, когда недопустимо применение тока в земле (например, при вводах в крупные города). Как правило, одна цепь униполярной передачи может состоять из одного провода и земли, а биполярная — из двух проводов. Описан опыт длительного пропускания постоянного тока через землю до 1200 А.

Униполярные схемы применяются для передачи небольших мощностей до 100. 200МВт на небольшие расстояния. Большие мощности на большие расстояния целесообразно передавать по биполярным схемам.

Преобразовательные подстанции из-за сложного и дорогостоящего оборудования очень увеличивают стоимость передач постоянного тока. В тоже время сама линия постоянного тока стоит дешевле, чем линия переменного тока, из-за меньшего количества проводов, изоляторов, линейной арматуры и более легких опор.

Пропускная способность мощности линии постоянного тока определяется значением и разностью напряжений по концам линии, ограничивается активными сопротивлениями линиями и концевых устройств, а также мощностью преобразовательных подстанций.

Однако пропускная способность мощности линии постоянного тока значительно больше, чем у линии переменного тока.

Полная мощность биполярной передачи линии Волгоград — Донбасс напряжением Ud = 800 кВ составляет 720 МВт. Введена в эксплуатацию крупнейшая в мире линия Экибастуз — Центр с UП = ±750 кВ, напряжением между полюсами Ud = 1500 кВ и длиной 2500 км. Пропускная способность мощности может быть доведена до 6000 МВт.

Основная область применения линий постоянного тока — передача больших мощностей на дальние расстояния. Однако особые свойства этих линий позволяют с успехом использовать их и в других случаях. Например, линии постоянного тока оказываются эффективными при необходимости пересечения морских проливов, а также связи несинхронных систем или систем, работающих с разной частотой (так называемые вставки постоянного тока).

Наряду с линиями постоянного тока высокого и сверхвысокого напряжения в военном деле применяются и линии постоянного тока малого и среднего напряжения.

Широкое распространение получили следующие напряжения: малые напряжения — 6, 12, 24, 36,48, 60 вольт, средние напряжения — 110, 220, 400 вольт.

Для всех напряжений линии постоянного тока имеют следующие достоинства:

1. Они не требуют расчета устойчивости.

2. Напряжение в таких линиях более равномерно, так как в установившемся режиме они не генерируют реактивной мощности.

3. Конструкции линий постоянного тока проще, чем переменного: меньше число гирлянд изоляторов, меньшая затрата металла.

4. Направление потока мощности можно изменять (реверсивные линии).

1. Необходимость сооружения сложных концевых подстанций с большим числом преобразователей напряжения и вспомогательной аппаратуры. Известно, что выпрямители и инверторы сильно искажают форму кривой напряжения на стороне переменного тока. Поэтому приходится ставить мощные сглаживающие устройства, что значительно снижает надежность.

2. Отбор мощности от линии постоянного тока пока затруднителен.

3. В линиях постоянного тока требуется, чтобы перед включением были примерно одинаковыми полярность и напряжения по обоим концам.

Читайте также:  Снег как проводник тока

Таким образом, возможно сделать вывод, что из-за больших затрат к0 (рис.3) строительство линий электропередач постоянного тока (кривая 2) становится экономически целесообразным только при больших расстояниях равных примерно 1000. 1200 км (точка m).

Зависимость капитальных затрат к от длины линии l для переменного тока - 1 и для постоянного тока - 2

Рис. 3. Зависимость капитальных затрат к от длины линии l для переменного тока — 1 и для постоянного тока — 2

Источник

Передачи постоянного тока. Преимущества и недостатки

date image2015-05-13
views image2412

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Преимущества линий постоянного тока состоят в следующем. Предел передаваемой мощности по линии постоян­ного тока не зависит от ее длины и значительно больше, чем у передачи переменного тока. Снимается понятие пре­дела по статической устойчивости, характерное для ЛЭП переменного тока. Энергосистемы, связанные ЛЭП постоян­ного тока, могут работать несинхронно или с различными частотами. Для ВЛ постоянного тока требуется лишь два провода вместо трех или даже один, если использовать в качестве второго землю.

Рис1. схема передачи постоянного тока: а – нормальный режим, б — послеаварийный режим.

Основные элементы линии постоянного тока — управляемые высоковольтные выпрямители, из которых собираются схемы преобразовательных подстанций. Схема инверторной подстанции принципиально не отличается от схемы выпрямительной подстанции, так как выпрямители обратимы. Единственное отличие состоит в том, что на инверторной подстанции приходится устанавливать компенсирующие устройства, конденсаторы либо синхронные компенсаторы для выдачи инверторам реактивной мощности, которая составляет около 50—60 % передаваемой активной: мощности.

Средние точки обеих преобразовательных подстанций в биполярной передаче заземлены, а полюсы изолированы.

Напряжение полюса Un равно напряжению между полюсом и землей. Например, на передаче Волгоград—Донбасс напряжение одного полюса относительно земли + 400 кВ, а второго -400кВ. Напряжение U’d между полюсами 800 кВ. Передача может быть разделена на две независимые полуцепи. В нормальном режиме при равных токах в полуцепях ток через землю близок к нулю. Обе полуцепи передачи могут работать автономно, и в случае аварии одного полюса половина мощности может передаваться по другому полюсу с возвратом через землю. При аварии одного полюса или одной полуцепи вторая полуцепь может работать по униполярной схеме. В униполярной передаче заземлен один из полюсов и имеется один провод, изолированный от земли. Второй провод либо отсутствует, либо заземлен с двух сторон передачи. Такой заземленный второй провод применяется в тех случаях, когда недопустимо протекание тока в земле (например, при вводах в крупные города). Как правило, одна цепь униполярной передачи может состоять из одного провода и земли, а биполярная — из двух проводов, тогда как одна цепь линии переменного тока состоит из трех проводов.

Униполярные передачи применяются для передачи небольших мощностей до 100—200 МВт на небольшие расстояния, например при пересечении пролива для связи острова с материком. Большие мощности на большие расстояния целесообразно передавать по биполярным передачам. Преобразовательные подстанции из-за сложного и дорогостоящего оборудования очень увеличивают стоимость передач постоянного тока. В то же время сама линия постоянного тока стоит дешевле, чем ЛЭП переменного тока, из-за меньшего количества проводов, изоляторов, линейной арматуры и более легких опор. Поэтому применение ЛЭП постоянного тока экономически оправдано при их очень большой длине, когда удорожание подстанций компенсируется удешевлением линии.

Пропускная способность Рнб ЛЭП постоянного тока определяется значением и разностью напряжений по концам линии, ограничивается активными сопротивлениями линии и концевых устройств, а также мощностью выпрямителей преобразовательных подстанций. Как отмечалось выше, Рнб передачи постоянного тока значительно больше, чем передачи переменного тока. Полная мощность биполярной передачи Волгоград —Донбасс напряжением Ud=800 кВ составляет 720 МВт. На основе опыта эксплуатации передачи Волгоград — Донбасс оказалось возможным перейти к сооружению крупнейшей в мире передачи постоянного тока Экибастуз — Центр с U = ±750 кВ, напряжением между полюсами Ud=1500 кВ и длиной l=2500 км. Пропускная способность цепи постоянного тока напряжением Ud= 1500 кВ может быть доведена до 6000 МВт. Экономическая граница применения передач переменного и посто­янного тока лежит в диапазоне 800—1100 км для передач без промежуточных отборов мощности и 1100—1400 км для передач с промежуточными подстанциями в диапазоне мощностей от 600 до 3000 МВт. Для кабельных линий ввиду высокой стоимости кабеля эта граница резко снижается и составляет 70—80 км.

Читайте также:  Птээп испытания трансформаторов тока

Основная область применения передач постоянного тока— передача больших мощностей на дальние расстояния. Однако особые свойства этих передач позволяют с успехом использовать их и в других случаях. Например, передачи постоянного тока оказываются эффективными при необходимости пересечения морских проливов, а также при связи; несинхронных систем или систем, работающих с разной частотой (так называемые вставки постоянного тока).

Источник

Основные недостатки сетей высокого напряжения постоянного тока

подстанция постоянного тока высокого напряжения

Преимущества высоковольтных сетей постоянного тока многочисленны и хорошо известны, но, как и все на свете, эта система имеет и оборотную сторону.
Ниже описываются восемь основных недостатков систем передачи электроэнергии посредством постоянного тока высокого напряжения:

Недостаток 1 (дороговизна)
Преобразовательные подстанции, необходимые для подсоединения к электрическим сетям переменного тока, очень дороги. Преобразовательные подстанции намного сложнее, чем подстанции для переменного тока высокого напряжения, и не только из-за дополнительного оборудования, выполняющего само преобразование, и в связи с более сложными системами контроля и регулирования.
Затраты на такие подстанции могут быть частично компенсированы меньшими затратами на возведение линий передачи постоянного тока, но для того, чтобы такая компенсация была заметной, требуются линии передачи постоянного тока очень большой протяженности.

Недостаток 2 (сложность)
В отличие от систем постоянного тока, разработка и эксплуатация многотерминальных систем постоянного тока высокого напряжения, довольно сложны.
Управление потоком энергии в таких системах требует непрерывной связи между всеми терминалами, поскольку поток энергии в данном случае должен, фактически, регулироваться системой управления, а не свойствами линии передачи электроэнергии.

Недостаток 3 (и снова, дороговизна)
Преобразовательные подстанции генерируют гармоники тока и напряжения, а сам процесс преобразования сопровождается потреблением реактивной мощности. В результате необходимо устанавливать дорогие устройства фильтрации и компенсации, а также устройства компенсации реактивной мощности.

Недостаток 4 (отказы)
При коротком замыкании в системах переменного тока, подключенных к подстанциям системы высоковольтного постоянного тока, отказ затрагивает также и систему передачи постоянного тока высокого напряжения. Наиболее подвержены этому инверторные подстанции.
При коротком замыкании на стороне выхода инвертора, возможен выход из строя всей системы передачи постоянного тока высокого напряжения. Отказы из-за короткого замыкания на стороне входа выпрямителя обычно связаны с падением напряжения.

Недостаток 5 (возможности)
Количество подстанций внутри современно многотерминальной системы передачи постоянного тока высокого напряжения, не могут превышать 6-8 единиц. При этом не допускается большое различие в их пропускной способности. Чем больше количество подстанций в системе, тем меньше могут быть различия их возможностей.
Тем самым, практически невозможно построить систему передачи постоянного тока высокого напряжения, имеющую более пяти подстанций.

Недостаток 6 (радиопомехи)
Высокочастотная составляющая в системах передачи постоянного тока может вызвать радиопомехи в линиях связи, расположенных поблизости от линии высоковольтной линии передачи прямого тока.
Для предотвращения этого, на линиях передачи постоянного тока высокого напряжения необходимо устанавливать дорогостоящие «активные» фильтры.

Недостаток 7 (сложности с заземлением)
Заземление линии передачи постоянного тока связано со сложной и трудоемкой установкой, поскольку необходимо создавать надежный и постоянный контакт с землей для обеспечения правильной работы, и для устранения возможности возникновения опасного «шагового напряжения».

Недостаток 8
Поток тока через землю в однополюсной системе может вызвать электрическую коррозию подземных металлических конструкций, в основном трубопроводов.

Заключение
Некоторые из перечисленных выше недостатков могут быть устранены за счет использования новых технологий. В частности, такие недостатки, как полный отказ системы передачи постоянного тока высокого напряжения во время короткого замыкания в системе переменного тока, и потребление реактивной мощности могут быть устранены полностью, или по большей части, если использовать коммутационные тиристоры.
Ряд исследовательских центров работает над улучшением пропускной способности коммутационных тиристоров. Также ведутся работы по созданию новых устройств преобразования для систем передачи высоковольтного постоянного тока, имеющих высокую пропускную способность.
Наконец, существует ряд новых технологий, направленных на улучшение заземляющих устройств, обеспечения снижения влияния электрической коррозии, и формирования так называемого «металлического возврата», который будет устранять прохождение тока через землю. Разрабатываются и другие средства, направленные на улучшение технологии постоянного тока высокого напряжения. (Кощеев, 2001)

Источник