Линии электропередач постоянного тока

В условиях динамично развивающегося промышленно-производственного комплекса, требования к схемам электроснабжения производств в отношении повышения пропускной способности линий электропередач повышаются. Как следствие, повышается и нагрузка на межсистемные линии электропередач, питающие промышленные регионы.

Одним из перспективных направлений в развитии электроэнергетики, является применение постоянного тока для передачи мощностей на дальние расстояния. Процессы, происходящие в таких сетях, несколько отличаются от процессов в сетях переменного тока. Это объясняется тем, что мощность передаваемая цепями постоянного тока носит чисто активный характер, индуктивность и емкость в таких цепях не существуют.

На передачу активной мощности не оказывают влияние волновые процессы, имеющие место в сетях переменного напряжения. Для перетока мощностей по сетям постоянного тока необходима только разница напряжений по концам линий.

При расчетах их сечения, значение имеет только температура нагрева провода, зависящая от омического сопротивления материала проводника.

Поэтому, пропускная способность линии, работающей на постоянном напряжении, при одинаковом сечении и классе напряжения выше, чем у линий переменного напряжения.

Передача электроэнергии на дальние расстояния в сетях переменного тока сопровождается изменением фазы токов и напряжений по концам линии.

В сетях постоянного тока понятия сдвига фаз не существует, а следовательно не существует и понятий статической и динамической устойчивости системы. Благодаря этим свойствам, данные ЛЭП идеально подходят для передачи мощностей на большие расстояния.

Для электрических сетей переменного тока емкостный эффект оказывает значительное влияние на режимы работы линий и связанного с ними оборудования. Зарядная мощность ВЛ повышает напряжение в сети, влияет на загрузку генераторов по реактивной мощности и загрузку синхронных компенсаторов стекающей к шинам реактивной мощностью.

Для компенсации реактивной мощности, генерируемой линиями электропередач, применяют шунтирующие реакторы, что влечет за собой дополнительные расходы на капиталовложения, потери и обслуживание. Кроме того, зарядная мощность кабельных линий существенно ограничивает их допустимую длину, что иногда доставляет неудобства при проектировании.

Применение постоянного тока позволяет избежать проблем, вызванных явлениями в реактивных элементах сети. Однако все преимущества применения линий электропередачи постоянного напряжения перекрываются дороговизной оборудования подстанций постоянного тока.

Для связи двух энергосистем переменного напряжения, по средствам ЛЭП постоянного тока, необходимо применение выпрямителей и инверторов. В качестве выпрямителей применяют трехфазные мостовые схемы с управляемыми тиристорами, в качестве полупроводниковых элементов. В плечах каждой фазы установлены по одной группе, содержащей до сотни тиристоров.

В зависимости от управляющего сигнала, тиристоры могут пропускать электрический ток в ту или другую сторону. Благодаря этому свойству выпрямители могут работать в качестве инверторов, при смене режима работы энергосистемы. Также, с помощью управляющего сигнала можно регулировать выходное напряжение и мощность.

Сложность и высокая стоимость выпрямительного оборудования приводит к тому, что применение передачи постоянного тока (ППТ) становится рентабельным только при очень больших расстояниях электропередачи.

Так подсчитано, что эффективной ППТ, становится при длинах линий 800-1100 км, для линий без ответвлений, и 1100-1400 для линий с ответвлениями в диапазоне мощностей от 600 до 3000 МВт. Длина кабельных линий для ППТрентабельна при длинах более 70–80 км. Эти цифры справедливы для электропередач от удаленных энергоисточников.

При построении энергосистемы экономический эффект от применения ППТ появляется уже при 700-800 км. Не всегда проектировщиками принимается к реализации вариант, имеющий меньшие капиталовложения. Так, например, электроснабжение островов невозможно осуществить воздушными линиями электропередач.

Для этого применяется более дорогой, но вместе с тем и единственный вариант электроснабжения – это кабель. Причем для довольно больших расстояний и мощностей, как было указано выше, более экономичным вариантом становится передача электроэнергии на постоянном токе.

Преимущества ППТ

Подводя итог вышесказанному, отметим основные преимущества электропередач постоянного тока:

• отсутствие влияния электромагнитных процессов на величину передаваемой мощности;
  
• возможность обмена мощностями несинхронно работающих энергосистем;
  
• безынерционное управление напряжением и мощностью на выходе подстанций;
  
• возможность применения длинных кабельных линий;
  
• ограничение токов подпитки места к.з. от смежных энергосистем, связанных линиями постоянного тока.