Передачи постоянного тока. Преимущества и недостатки.

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 U_n 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 Р_нб 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 U_d=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 U_d=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.

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).