Система передачи
Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в повышении надежности электропередачи. Система передачи HVDC содержит на одном конце двухполюсной линии передачи HVDC преобразовательную станцию, предназначенную для соединения упомянутой линии передачи с системой переменного тока. Эта станция имеет два преобразователя и контур нейтрали постоянного тока, являющийся общим для преобразователей. Упомянутый контур нейтрали постоянного тока имеет отдельный соединительный элемент (142, 143) электродной линии, соединяющий с электродными линиями (191, 192). Электродные линии (191, 192) выполнены с такими размерами, чтобы при работе преобразовательной станции в однополюсном режиме сделать возможной передачу фактически полного тока в электродную станцию (190) через оставшуюся одну или несколько электродных линий при отсоединении произвольного числа электродных линий. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область и уровень техники
Настоящее изобретение касается системы передачи HVDC (высокого напряжения на постоянном токе), содержащей на одном конце двухполюсной линии передачи HVDC преобразовательную станцию для соединения упомянутой линии передачи с системой переменного тока, причем упомянутая станция содержит два преобразователя, каждый из которых имеет сторону постоянного тока, соединенную, с одной стороны, с соответствующим из двух полюсов упомянутой линии передачи с высоким потенциалом и, с другой стороны, с шиной нейтрали для этого полюса, контура нейтрали постоянного тока, общего для всех преобразователей, и имеющей нулевой потенциал за счет заземления, и каждый из упомянутых преобразователей имеет сторону переменного тока, соединенную с упомянутой системой переменного тока, причем упомянутый контур нейтрали постоянного тока имеет элемент, соединяющий с электродными линиями, и контур снабжен первыми выключателями постоянного тока, позволяющими размыкать первую токовую цепь от шины нейтрали одного полюса к шине нейтрали другого из полюсов при двухполюсном режиме работы станции для перехода ее к однополюсному режиму работы, причем упомянутая станция также содержит устройство управления, предназначенное для управления упомянутым переходом от двухполюсного к однополюсному режиму работы, путем управления упомянутым первым выключателем постоянного тока размыканием упомянутой первой токовой цепи между упомянутыми двумя шинами и создание токовой цепи с упомянутым соединительным элементом электродной линии для отвода к нему тока от упомянутого одного полюса, причем упомянутая система передачи также содержит электродную станцию для возврата тока через землю от одного из упомянутых полюсов при однополюсном режиме работы преобразовательной подстанции с другим полюсом, причем упомянутая электродная станция соединена с упомянутым контуром нейтрали постоянного тока за счет соединения упомянутых электродных линий с упомянутым соединительным элементом.
Данное изобретение не ограничивается какими-либо конкретными уровнями напряжения между землей и каждым упомянутым полюсом линии передачи HVDC (высокого напряжения на постоянном токе), но особенно применимо для напряжений, свыше 500 кВ, что подразумевает, что упомянутая линия передачи передает значительную мощность, и система передачи, к которой принадлежит преобразовательная станция, требует очень высокого уровня надежности. Изобретение не ограничено какими-либо конкретными уровнями токов через упомянутые полюса упомянутой линии передачи, но упомянутые линии предпочтительно рассчитаны для токов свыше 1 кА.
Общая конструкция системы передачи HVDC этого типа схематически показана на Фиг.1. Показано как устроена преобразовательная станция 1, 2, имеющая на каждом конце линии 3 передачи HVDC, два полюса 4, 5, один с положительной, и один с отрицательной полярностью. Система 6, 6' переменного тока соединена с каждой преобразовательной станцией через трансформаторы 7, 7' для получения соответствующего уровня напряжения в системе постоянного тока. Система переменного тока может быть генерирующей системой в виде электростанции любого типа с генераторами электроэнергии, либо системой или сетью потребления, соединяющей с потребителями электроэнергии, такими как промышленные предприятия или населенные пункты. Каждая преобразовательная станция имеет два преобразователя 8, 9, каждый из которых имеет сторону постоянного тока, соединенную с одной стороны с соответствующим из упомянутых двух полюсов 4, 5, и, с другой стороны, с контуром 10 нейтрали постоянного тока, общим для преобразователей и соединяющим их сторону низкого напряжения с землей для задания определенного некоторого напряжения на каждом полюсе. Каждый преобразователь 8, 9 может быть заменен набором преобразователей, например двумя или тремя, соединенными последовательно для получения высокого напряжения, например 800 кВ, на каждом полюсе. Преобразователи включают в себя некоторое число токовых вентилей в любой известной конфигурации, например 12-импульсной мостовой конфигурации. Преобразователи могут быть преобразователями тока с линейной коммутацией, в которых переключающие элементы, например тиристоры, выключаются при прохождении через ноль переменного тока в упомянутой системе переменного тока. Преобразователи также могут быть преобразователями напряжения с вынужденной коммутацией, в которых упомянутые переключающие элементы являются выключающимися устройствами, управляемыми в соответствии с законом широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Преимуществом системы передачи HVDC по сравнению с системой передачи переменного тока является то, что в линии передачи между двумя преобразовательными станциями на каждом конце таких линий возникают ощутимо меньшие потери, в то время как преобразовательные станции в основном дороже в системе передачи HVDC, чем в системе передачи переменного тока. Поэтому системы передачи HVDC в основном используют для передачи большей мощности, часто порядка нескольких ГВт, на длинные расстояния, например сотни километров. Это означает, что последствия для соединенных систем переменного тока могут быть более серьезными, если оба полюса линии передачи будут расцеплены, т.е. будут отсоединены вследствие, например, короткого замыкания на землю, в одно и то же время. Если упомянутая система переменного тока относится к большой системе, обеспечивающей электроэнергией большой город, такое двухполюсное расцепление может привести к столь большому снижению подачи электроэнергии к упомянутой большой системе, что в этой системе могут возникнуть нестабильности и выход из строя в других ее частях. Последствия для соединяющей системы переменного тока, если расцеплен только один полюс даже наполовину, не столь серьезны по сравнению с расцеплением обоих полюсов. Настоящее изобретение посвящено надежности систем передачи HVDC, тип которых указан во введении, которые близко связаны с функционированием упомянутого контура нейтрали постоянного тока, их упомянутых преобразовательных станций, на Фиг.2 показан традиционный контур нейтрали постоянного тока в известной преобразовательной станции. Контур 10 имеет шину 11 нейтрали, соединенную со стороной низкого напряжения одного преобразователя 8, и шину 12 нейтрали, соединенную со стороной низкого напряжения другого преобразователя 9. Шины нейтрали соединены друг с другом через последовательно соединенные два первых выключателя 13, 14 постоянного тока и разъединитель 15, 16, связанный с каждым из выключателей 13, 14 постоянного тока. Средняя точка 17 этого последовательного соединения между первым выключателем постоянного тока и разъединителем, связанными с одной из шин нейтрали и связанными с другой из шин нейтрали через линии 18, включающие в себя разъединители, соединена с элементом 19, соединенным с двумя электродными линиями 20, 21, идущими от преобразовательной станции к электродной станции 22, функционирование которой будет дополнительно описано ниже. Контур 10 нейтрали постоянного тока также содержит заземляющий переключатель 23, соединенный через линии, включающие в себя разъединители, с точкой 24, 24' между первым выключателем постоянного тока и разъединителем, связанным с каждой из шин 11, 12 нейтрали.
Преобразовательная станция с известным контуром нейтрали постоянного тока, который показан на Фиг.2, функционирует следующим образом. При двухполюсном режиме работы преобразовательной станция предполагается, что в режиме выпрямителя электрический ток протекает через полюс 5 с отрицательной полярностью в преобразователь 9 и через шину 12 нейтрали далее в шину 11 нейтрали, если первые выключатели 13, 14 и разъединители 15, 16 находятся в закрытом состоянии. Далее ток протекает через преобразователь 8 в другой полюс 4 с положительной полярностью линии передачи HVDC, согласно стрелкам 25. При таком сбалансированном двухполюсном режиме работы ток через электродные линии 20, 21 не протекает.
Предположим теперь, что на стороне постоянного тока для полюса 4 произошло короткое замыкание на землю, и Фиг.3 поясняет как будут работать преобразовательная станция и, в особенности, контур нейтрали постоянного тока. Токовые вентили преобразователя 8 будут затем блокироваться парами шунтирования, что означает срабатывание соединенных последовательно токовых вентилей, и в результате сторона переменного тока будет шунтироваться для защиты упомянутой системы 6 переменного тока и соединенного с ней оборудования. Эти пары шунтирования будут образовывать соединение с низким импедансом между полюсом 4 постоянного тока и контуром нейтрали постоянного тока. Также показано, как будет протекать ток при коротком замыкании 26 на землю. Однако важно быстро изолировать короткое замыкание 26 на землю, чтобы поддержать другой полюс 5 в рабочем режиме. Разъединители линии 18 закрывают, чтобы сформировать путь тока к соединительному элементу 19 электродной линии и через электродные линии 20, 21 к электродной станции 22. Постоянный ток полюса 5 одновременно пройдет по двум путям, один - через электродные линии к земле и один - через другой полюс 4 к короткому замыканию на землю. Около половины тока будет проходить по каждому из этих двух путей. Чтобы изолировать короткое замыкание на землю, первый выключатель 13 постоянного тока размыкают, в результате чего весь ток пройдет через электродные линии в электродную станцию. Когда выключатель 13 постоянного тока размыкают, разъединитель 15 на шине нейтрали, также как и разъединитель 27 на полюсе 4, размыкают, чтобы выполнить изолирование аварийного полюса 4.
Если в выключателе 13 постоянного тока не удается сбросить протекающий через него ток до нуля, т.е. направить этот ток в электродные линии, он будет повторно закрыт. Заземляющий переключатель 23 будет замкнут как резервный вариант выключателя 13 постоянного тока с одновременным созданием соединения с низким импедансом между шиной 12 нейтрали и землей. Почти весь ток "здорового" полюса 5 спадает в заземленную сетку станции, и ток через другой полюс 4 таким образом спадет почти до нуля, после чего разъединители 15, 27 могут быть разомкнуты, чтобы выполнить изолирование. Когда полюс 4 изолирован, заземляющий переключатель размыкают, и весь ток будет направлен в электродные линии. Преобразовательная станция и система передачи HVDC будут работать в однополюсном режиме, вследствие чего будет поставлена половина всей мощности двухполюсного режима работы. Как только станет возможно, обычно в пределах приблизительно минуты, будет обеспечено соединение шины 12 нейтрали с полюсом 4 путем замыкания разъединителей и переключателя, отводящего ток, согласно стрелкам 28 для возврата в массу вместо возврата на землю через электродную станцию, если будет необходимо сохранить однополюсный режим работы системы, чтобы не передавать на землю электродной станции слишком большой заряд.
Работа различных компонентов контура нейтрали постоянного тока будет аналогичной, если короткое замыкание на землю произойдет на другом полюсе 5, при этом выключатель 14 и разъединитель 16 будут разомкнуты для протекания тока в электродную станцию и т.д.
Контур нейтрали постоянного тока такой известной преобразовательной станции обеспечивает достаточно приемлемую надежность, но по-прежнему имеет некоторые недостатки. Если один из полюсов расцеплен, полный постоянный ток потечет через электродные линии, как только короткое замыкание на землю на упомянутом полюсе будет изолировано. Каждая из двух электродных линий рассчитана на половину тока, так как отсутствует возможность их отдельного соединения. Это означает, что имеется гарантированная возможность передачи полного тока однополюсного режима работы с возвратом через землю и функционирования обоих электродных линий, что будет равно половине расчетной мощности двухполюсного режима. Однако для однополюсного режима работы с возвратом через землю и функционирования только одной электродной линии, т.е. при разомкнутой цепи на другой линии, можно передавать половину тока однополюсного режима и, соответственно, четверть расчетной мощности двухполюсного режима. Более того, если короткое замыкание на землю происходит на одной из электродных линий, невозможно передать какой-либо ток или мощность для однополюсного режима с возвратом через землю. Как описано выше, работа в однополюсном режиме может осуществляться с возвратом в массу, но последовательность перехода с возврата через землю к возврату в массу занимает порядка минуты. Таким образом, если короткое замыкание на землю происходит на одной из электродных линий, во время этого периода времени мощность вообще не может передаваться. Таким образом, из-за упомянутого короткого замыкания на электродной линии сначала расцепится один из полюсов, а затем через очень короткий промежуток времени расцепится другой полюс, что, возможно, будет трудно обнаружить до тех пор, пока ток протекает через электродные линии, что приведет к значительному нарушению работы в системе переменного тока, соединенной с системой передачи HVDC, из-за двухполюсного расцепления последней. К моменту, когда будет возможен переход от возврата через землю к возврату в массу, избежать значительные проблемы в системе переменного тока будет слишком поздно.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является предложить систему передачи HVDC, указанного во вводной части типа, в которой фактически снижены риски значительных возмущений в соединенной с ней системе переменного тока при однополярном расцеплении системы передачи HVDC.
Эта задача, согласно настоящему изобретению, решается посредством предложения такой системы передачи HVDC с контуром нейтрали постоянного тока, содержащим отдельный упомянутый соединительный элемент электродной линии для каждой из упомянутых электродных линий и средство соединения каждой шины нейтрали с произвольными из упомянутых соединительных элементов электродной линии, а также посредством выполнения с такими размерами упомянутых электродных линий, которые при однополюсном режиме работы преобразовательной станции передают фактически полный ток, т.е. ток той же величины, что и протекающий через упомянутые полюса при двухполюсном режиме работы преобразовательной станции к упомянутой электродной станции через одну или несколько электродных линий, оставшихся при отсоединении произвольного числа электродных линий.
В случае возникновения короткого замыкания на землю в одной электродной линии это короткое замыкание на землю может быть изолировано, и может поддерживаться однополюсный режим работы системы передачи за счет соединения "здоровой" шины нейтрали с другой электродной линией или электродными линиями. Более того, за счет выполнения электродных линий с такими размерами может быть передана фактически вся мощность однополюсного режима, т.е. половина мощности двухполюсного режима, при снижении риска подобного значительного влияния на систему переменного тока, соединенную с системой передачи HVDC, которое приводит к возникновению возмущений, имеющих серьезные последствия в упомянутой системе переменного тока. Другим преимуществом системы передачи, соответствующей настоящему изобретению, является возможность технического обслуживания одной электродной линии, включающей связанное с ней другое оборудование, во время работы как в двухполюсном режиме, так и в однополюсном режиме с возвратом через землю без снижения производительности передачи мощности.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения, в данной системе передачи для упомянутого контура нейтрали постоянного тока имеется две упомянутые электродные линии, выполненные с такими размерами, чтобы позволить каждой линии в отдельности передавать фактически весь упомянутый полный ток. Это простой способ решения задач настоящего изобретения, который особенно соответствует электродным линиям, не простирающимся на большие расстояния.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, в данной системе передачи для упомянутого контура нейтрали постоянного тока имеется, по меньшей мере, три упомянутые электродные линии, и в случае именно трех электродных линий каждая из них выполнена с такими размерами, чтобы позволить каждой линии в отдельности передавать фактически половину упомянутого полного тока. Эти варианты реализации настоящего изобретения предпочтительны, когда электродные линии простираются на большие расстояния, так как экономия материала, около 25% в случае трех таких электродных линий вместо двух, даст в результате ощутимую экономию материальных затрат.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, упомянутое средство соединения содержит, для каждой упомянутой шины нейтрали на первой линии отдельно от упомянутой первой токовой цепи, включающей в себя упомянутый первый выключатель постоянного тока и соединяющей эту шину с одним из соединительных элементов электродной линии, связанным с этой шиной, по меньшей мере, один разъединитель и/или выключатель постоянного тока, и на второй линии, соединяющей две упомянутые первые линии, ближе к соответствующей шине, чем к местоположению упомянутого, по меньшей мере, одного разъединителя и/или выключателя постоянного тока, содержит, по меньшей мере, один разъединитель и/или выключатель постоянного тока. Это означает, что каждая шина нейтрали за счет работы упомянутого выключателя постоянного тока и/или разъединителей может быть соединена с произвольным из упомянутых соединительных элементов электродной линии или обоими/всеми из них с целью отсоединения любой из электродных линий при возникновении короткого замыкания на землю в одной из них, что позволяет изолировать короткое замыкание на землю, либо даже с целью профилактического контроля состояния или выполнения ее технического обслуживания во время работы в однополюсном режиме.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, упомянутая соединяющая вторая линия снабжена выключателем постоянного тока, соединенным последовательно с разъединителем, расположенным с каждой его стороны.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, упомянутое средство соединения содержит для каждой первой линии, соединяющей шину нейтрали с одним из упомянутых соединительных элементов электродной линии, последовательное соединение из выключателя постоянного тока и разъединителя, расположенное ближе к рассматриваемой шине нейтрали, чем точка соединения упомянутой соединяющей второй линии с этой первой линией. Это означает, что между упомянутыми двумя шинами нейтрали помимо упомянутой первой токовой цепи может быть дополнительная токовая цепь, имеющая, по меньшей мере, два выключателя постоянного тока, установленных последовательно, что подразумевает выполнение технического обслуживания упомянутого первого выключателя постоянного тока в упомянутой первой токовой цепи, а также в этой дополнительной токовой цепи при работе преобразовательной станции в двухполюсном режиме. Кроме того, когда упомянутая вторая линия снабжена выключателем постоянного тока, этот выключатель будет также функционировать как резервное средство для двух выключателей постоянного тока упомянутых первых линий.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, упомянутый контур нейтрали постоянного тока содержит дополнительный второй выключатель постоянного тока, соединенный последовательно с упомянутым первым выключателем постоянного тока в упомянутой первой токовой цепи, между упомянутыми двумя шинами нейтрали для двухполюсного режима работы станции. Это означает, что данные два выключателя постоянного тока, соединенные последовательно, будут функционировать как резервное средство друг для друга когда токовая цепь будет разомкнута для отвода тока в электродную станцию, что позволяет избежать замыкания заземляющего переключателя, если один из выключателей не сможет сбросить протекающий через него ток до нуля.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, средняя точка в упомянутой первой токовой цепи между упомянутыми первым и вторым выключателями постоянного тока при помощи первого разъединителя соединена со средней точкой линии, соединяющей упомянутые два полюса линии передачи HVDC, причем упомянутый первый разъединитель выполнен с возможностью его открытия при двухполюсном режиме работы станции, линия, соединяющая упомянутые два полюса, снабжена разъединителем с обоих сторон от упомянутой средней точки, и упомянутое средство управления выполнено с возможностью управление замыканием упомянутого первого разъединителя и замыканием разъединителя, соединяющего с одним из полюсов, для возврата в массу тока от другого полюса при однополюсном режиме работы станции расцепления упомянутого полюса.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, упомянутый контур нейтрали постоянного тока содержит заземляющий переключатель, соединенный с упомянутой токовой цепью между двумя шинами нейтрали в точке между упомянутым первым выключателем постоянного тока и упомянутым дополнительным вторым выключателем постоянного тока. Это сделано для дополнительного резервирования, если как первый, так и второй выключатели постоянного тока выйдут из строя, что, однако, очень маловероятно.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, упомянутое устройство управления выполнено с возможностью управления замыканием упомянутого выключателя постоянного тока и разъединителя в каждой из упомянутых первых линий и упомянутой соединяющей второй линии, и создания второй токовой цепи между двумя шинами нейтрали через упомянутые первые линии и упомянутую соединяющую вторую линию, чтобы сделать возможным техническое обслуживание оборудования, например выключателя постоянного тока, в упомянутой первой токовой цепи при двухполюсном режиме работы станции.
Согласно следующему варианту реализации настоящего изобретения, система передачи выполнена с возможностью соединения системы переменного тока с двухполюсной линией передачи HVDC, обеспечивающей напряжение между каждым из ее полюсов и землей, превышающее 200 кВ, преимущественно превышающее 500 кВ, предпочтительно 600-1500 кВ, и более предпочтительно - 600-1000 кВ. Система передачи HVDC, соответствующая настоящему изобретению, в основном представляет больший интерес при высоком упомянутом напряжении и, следовательно, большей мощности, передаваемой через упомянутую линию передачи HVDC, так как это будет означать, что требования к надежности в такой системе передачи также будут выше.
Дополнительные преимущества, а также являющиеся выгодными отличительные особенности изобретения станут очевидными из следующего описания.
Краткое описание чертежей
Далее со ссылкой на приложенные чертежи приведено конкретное описание системы передачи HVDC, соответствующей вариантам реализации настоящего изобретения.
Из чертежей:
Фиг.1 представляет собой очень схематично показанную общую конструкцию системы передачи HVDC;
Фиг.2 - принципиальная схема, иллюстрирующая конструкцию контура нейтрали постоянного тока, входящего в состав преобразовательной станции в известной системе передачи HVDC;
Фиг.3 - вид контура нейтрали постоянного тока, соответствующего показанному на Фиг.2, используемый для объяснения его функционирования при возникновении короткого замыкания на землю в одном из полюсов;
Фиг.4 - вид, соответствующий Фиг.2, контура нейтрали постоянного тока и соединенной с ним электродной станции в системе передачи HVDC согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения; и
Фиг.5 - вид, соответствующий Фиг.4, для системы передачи HVDC согласно другому варианту реализации настоящего изобретения, немного модифицированный по сравнению с вариантом, показанным на Фиг.4.
Подробное описание вариантов реализации изобретения
Два полюса системы передачи HVDC, соответствующей варианту реализации настоящего изобретения, обозначенные здесь 104 и 105, и две шины нейтрали, контура нейтрали постоянного тока этой системы, обозначены 111 и 112. Эти полюса имеют полярность +800 кВ и -800 кВ соответственно. Шины 111, 112 нейтрали соединены друг с другом через первую токовую цепь 130, в которой первый выключатель 131 постоянного тока и второй выключатель 132 постоянного тока соединены последовательно. С обеих сторон от каждого из этих выключателей постоянного тока установлены разъединители 133-136.
Каждая шина нейтрали дополнительно посредством первой линии 140, 141 соединена с одним из двух отдельных соединительных элементов 142, 143 электродной линии, каждый из которых соединен с отдельной электродной линией 191, 192 и посредством этих линий с электродной станцией 190, которая может находиться в нескольких километрах от преобразовательной станции, к которой принадлежат упомянутые соединительные элементы 142, 143. Каждая из электродных линий 191, 192 выполнена с такими размерами, чтобы они могли по отдельности передавать полный ток, т.е. ток той же величины, что и протекающий через упомянутые полюса при двухполюсном режиме работы преобразовательной станции. Каждая первая линия снабжена выключателем 144, 145 постоянного тока, с обеих сторон каждого из которых установлены разъединители 146-149, находящиеся ближе к рассматриваемой шине нейтрали, чем точка соединения со второй линией 150, соединяющей две первые линии. Эта вторая линия 150 имеет выключатель 151 постоянного тока, с обеих сторон которого установлены разъединители 152, 153. Кроме того, каждая первая линия содержит разъединитель 160, 161, расположенный ближе к соответствующему соединительному элементу электродной линии, чем точка соединения второй линии 150 с упомянутой первой линией.
Заземляющий переключатель 170 соединен с упомянутой первой токовой цепью 130 между двумя выключателями 131, 132 постоянного тока со связанными с ними разъединителями, и при этом первая токовая цепь 130 через разъединитель 180 также соединена со средней точкой линии 181, соединяющей упомянутые два полюса 104, 105 линии передачи HVDC. Этот разъединитель 180 выполнен с возможностью размыкания при двухполюсном режиме работы станции. Линия, соединяющая два полюса, дополнительно снабжена разъединителем 182, 183 с обеих сторон от упомянутой средней точки.
Кроме того, показано, каким образом установлен ряд устройств измерения постоянного тока, предназначенных для наблюдения за функционированием различных частей контура нейтрали постоянного тока, например устройство 210. На чертеже также обозначены поглощающие фильтры 211 и гетеродинные контуры 212 для наблюдения за импедансом электродной линии.
Система передачи HVDC и, в частности контур нейтрали, функционируют следующим образом. Во время работы в двухполюсном режиме системы передачи HVDC, к которой относится преобразовательная станция, ток будет протекать между двумя шинами нейтрали по первой токовой цепи 130 с выключателями 131, 132 постоянного тока, а также замкнутыми разъединителями 133, 136, и, кроме того, через вторую токовую цепь, проходящую через закрытые выключатели 144, 145 постоянного тока и разъединители 146-149, а также закрытый выключатель 151 постоянного тока и разъединители 152, 153 второй линии 150. Разъединители 160, 161 тогда будут открыты, отсоединяя электродную станцию от упомянутых шин нейтрали. Здесь возможно техническое обслуживание всего оборудования этого контура нейтрали постоянного тока без нарушения двухполюсного режима работы. Выключатели постоянного тока в упомянутой первой токовой цепи 130 могут быть разомкнуты и их функционирование может быть проверено, либо вслед за этим может быть проведено техническое обслуживание при протекании тока между двумя шинами нейтрали через вторую токовую цепь, ведущую через вторую линию 150. При протекании тока между двумя шинами нейтрали через упомянутую первую токовую цепь 130 может быть проверено должное функционирование оборудования в этой второй токовой цепи. Также можно проверить оборудование двух электродных линий и в то же время провести техническое обслуживание оборудования одной электродной линии без какого-либо риска возникновения расцепления двух полюсов преобразовательной станции в результате расцепления одного полюса. При проведении технического обслуживания, например, выключателя 131 постоянного тока во время работы преобразовательной станции в двухполюсном режиме два разъединителя 133 и 134 размыкают после размыкания выключателя 131 постоянного тока. Аналогичная операция применима для выключателя 132 постоянного тока.
Теперь предположим, что на полюсе 104, как описано со ссылкой на Фиг.3, возникает короткое замыкание на землю. Выключатель 144 постоянного тока будет разомкнут при выключателе 151 постоянного тока, работающем как резервное средство, если выключатель 144 постоянного тока будет повторно замкнут. Кроме того, первому выключателю 131 постоянного тока будет выдана команда на размыкание, и когда это будет выполнено с целью сброса тока до нуля, один из разъединителей 133 и 134 будет также разомкнут. Однако, если первый выключатель 131 постоянного тока выйдет из строя, второй выключатель 132 постоянного тока будет функционировать как резервное средство и ему будет выдана команда на размыкания. В качестве дополнительного резерва, заземляющий переключатель 170 будет функционировать, как описано выше со ссылкой на Фиг.3.
Разъединители 161, 162 в первой линии 140, 141 замыкают, в результате чего ток из шины 112 нейтрали потечет в соединительные элементы 142, 143 электродной линии и через них в электродную станцию 190. Выключатель 151 постоянного тока для этой цели повторно замыкают, если это необходимо, в качестве резервного средства для выключателя 144 постоянного тока. Однако, если короткое замыкание на землю происходит на первой электродной линии 191 или в связанном с ней оборудовании, соединение между шиной 112 нейтрали и соединительным элементом 142 будет разорвано путем выдачи команды выключателю 151 на размыкание и размыкание какого-либо из разъединителей 161, 152 и 153. Если, с другой стороны, короткое замыкание на землю произойдет в электродной линии 192 или в каком-либо связанном с ней оборудовании, заземляющий переключатель 170 будет замкнут и разъединитель 162 разомкнут, и весь ток из шины 112 нейтрали будет направлен в соединительный элемент 142 электродной линии. При возникновении такого короткого замыкания на землю в одной электродной линии и после ее изолирования весь полный ток, например приблизительно 3 кА, будет протекать в другой электродной линии, и полная мощность однополюсного режима, равная половине мощности двухполюсного режима, будет передаваться благодаря выполнению электродных линий с такими размерами согласно настоящему изобретению.
Как только аварийный участок изолирован, разъединитель 180 и разъединитель 182 будут замкнуты для возврата в массу тока полюса 104 при одновременном разрывании соединений шины 112 нейтрали с электродной станцией 190, чтобы не пропускать слишком большой ток в землю электродной станции.
На Фиг.5 изображена система передачи HVDC, соответствующая второму варианту реализации настоящего изобретения, которая отличается от показанной на Фиг.4 только устройством трех электродных линий и связанного с ними оборудования, соединяющих с электродной станцией, вместо двух таких линий. Итак, третья электродная линия 193 соединена с соединительным элементом 194 электродной линии, контура нейтрали постоянного тока преобразовательной станции, чтобы обеспечить возможное соединение этой линии с любой из двух шин 111, 112 нейтрали. Каждая электродная линия 191-193 выполнена с такими размерами, чтобы сделать возможным передачу половины упомянутого полного тока. Это означает, что в случае возникновения короткого замыкания на землю в любой из электродных линий 191-193 она, при однополюсном режиме работы системы передачи, может быть изолирована, и половина полного тока будет передаваться по каждой из оставшихся двух электродных линий, в результате чего по-прежнему половина мощности двухполюсного режима работы может быть доставлена системой передачи. Выгодность этого варианта реализации настоящего изобретения по сравнению с вариантом реализации, показанным на Фиг.4, возрастает по мере увеличения расстояния между преобразовательной станцией и электродной станцией, так как в этом варианте потребуется меньше материала электродной линии, обычно алюминия, на единицу расстояния между преобразовательной станцией и электродной станцией.
Данное изобретение, разумеется, никоим образом не ограничивается описанным выше вариантом его реализации, и специалисту в данной области техники будут очевидны многие возможные его модификации, не противоречащие основной идее этого изобретения, закрепленной в пунктах приложенной формулы изобретения.
В качестве примера, можно обеспечить наличие более трех электродных линий, соединенных, как показано на Фиг.4 и Фиг.5, например четырех линий, каждая из которых способна передавать третью часть упомянутого полного тока. Кроме того, данное изобретение, разумеется, также охватывает случай, когда упомянутые оставшиеся одна или несколько электродных линий при отсоединении произвольных электродных линий способны передавать больше, чем упомянутый полный ток, или чуть меньше от величины этого полного тока, например 90% или более.
Например, можно обеспечить наличие не двух, а другого числа выключателей постоянного тока, соединенных последовательно в упомянутой первой токовой цепи.
Кроме того, например, представляется возможным наличие более двух соединительных элементов электродной линии для соединения более двух электродных линий и связанного с ними оборудования с шинами нейтрали.
Также необходимо отметить, что данное изобретение не ограничивается конкретным устройством шины нейтрали, показанной на чертежах, и возможны различные другие устройства этой шины.
1. Система передачи HVDC (высокого напряжения на постоянном токе), содержащая на одном конце двухполюсной линии (3) передачи HVDC преобразовательную станцию (2) для соединения упомянутой линии передачи с системой (6) переменного тока, причем упомянутая станция содержит два преобразователя (8, 9), каждый из которых имеет сторону постоянного тока, соединенную с одной стороны с соответствующим из двух полюсов (104, 105) упомянутой линии передачи с высоким потенциалом и с другой стороны с шиной (111, 112) нейтрали для этого полюса контура (10) нейтрали постоянного тока, общего для преобразователей и имеющей нулевой потенциал за счет заземления, и каждый упомянутый преобразователь имеет сторону переменного тока, соединенную с упомянутой системой переменного тока, причем упомянутый контур нейтрали постоянного тока имеет элемент, соединяющий с электродными линиями (191-193), и контур снабжен первыми выключателями постоянного тока, позволяющими размыкать первую токовую цепь (130) от шины нейтрали одного полюса к шине нейтрали другого полюса при двухполюсном режиме работы станции для перехода к ее однополюсному режиму работы, причем упомянутая станция также содержит устройство (200) управления, предназначенное для управления упомянутым переходом от двухполюсного к однополюсному режиму работы путем управления упомянутым первым выключателем (131) постоянного тока на размыкание упомянутой первой токовой цепи между упомянутыми двумя шинами (111, 112) и создание токовой цепи с упомянутым соединительным элементом электродной линии для отвода к нему тока от упомянутого одного полюса, причем упомянутая система передачи также содержит электродную станцию (190) для возврата тока через землю от одного из упомянутых полюсов при однополюсном режиме работы преобразовательной станции с другим полюсом, причем упомянутая электродная станция соединена с упомянутым контуром нейтрали постоянного тока за счет соединения упомянутых электродных линий с упомянутым соединительным элементом, отличающаяся тем, что упомянутый контур нейтрали постоянного тока содержит отдельный упомянутый соединительный элемент (142, 143, 194) электродной линии для каждой из упомянутых электродных линий (191, 193) и средств для соединения каждой шины (111, 112) нейтрали с произвольно выбираемым из упомянутых соединительных элементов электродной линии, а также тем, что упомянутые электродные линии выполняют с такими размерами, чтобы при однополюсном режиме работы преобразовательной станции они могли передавать фактически полный ток, т.е. ток той же величины, что и протекающий через упомянутые полюса при двухполюсном режиме работы преобразовательной станции, в упомянутую электродную станцию (190) через оставшиеся одну или несколько электродных линий при отсоединении произвольной из электродных линий.
2. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что она содержит для упомянутого контура нейтрали постоянного тока две упомянутых электродных линии (191, 192), каждая из которых выполнена с такими размерами, чтобы она могла в отдельности передавать фактически упомянутый полный ток.
3. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что она содержит для упомянутого контура нейтрали постоянного тока, по меньшей мере, три упомянутых электродных линии (191-193).
4. Система передачи по п.3, отличающаяся тем, что она содержит для упомянутого контура нейтрали постоянного тока три упомянутых электродных линии (191-193), каждая из которых выполнена с такими размерами, чтобы она могла передавать фактически половину упомянутого полного тока.
5. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что упомянутое средство соединения содержит для каждой упомянутой шины нейтрали на первой линии (140, 141) отдельно от упомянутой первой токовой цепи, включающей в себя упомянутый первый выключатель постоянного тока и соединяющей эту шину с одним из соединительных элементов (142, 143) электродной линии, связанным с этой шиной, по меньшей мере, один разъединитель (161, 162) и/или выключатель постоянного тока, и на второй линии (150), соединяющей упомянутые две первые линии, ближе к соответствующей шине по сравнению с местоположением упомянутого, по меньшей мере, одного разъединителя и/или выключателя постоянного тока, по меньшей мере, один разъединитель (152, 153) и/или выключатель (151) постоянного тока.
6. Система передачи по п.5, отличающаяся тем, что упомянутая вторая соединяющая линия снабжена выключателем (151) постоянного тока, соединенным последовательно с разъединителем (152, 153), с каждой его стороны.
7. Система передачи по п.5 или 6, отличающаяся тем, что упомянутое средство соединения содержит для каждой первой линии (140, 141), соединяющей шину (111, 112) нейтрали с одним из упомянутых соединительных элементов (142, 143) электродной линии, последовательное соединение из выключателя (144, 145) постоянного тока и разъединителя (146-149) ближе к рассматриваемой шине нейтрали, чем точка соединения упомянутой соединяющей второй линии, с этой первой линией.
8. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что упомянутый контур нейтрали постоянного тока содержит дополнительный второй выключатель (132) постоянного тока, соединенный последовательно с упомянутым первым выключателем (131) постоянного тока в упомянутой первой токовой цепи (130), между упомянутыми двумя шинами нейтрали для двухполюсного режима работы станции.
9. Система передачи по п.8, отличающаяся тем, что средняя точка в упомянутой первой токовой цепи (130) между упомянутым первым (131) и вторым (132) выключателем постоянного тока при помощи первого разъединителя (180) соединена со средней точкой линии (181), соединяющей упомянутые два полюса (104, 105) линии передачи HVDC, причем упомянутый первый разъединитель выполнен с возможностью размыкания при двухполюсном режиме работы станции, тем, что линия, соединяющая упомянутые два полюса снабжена разъединителем (182, 183) с обеих сторон от упомянутой средней точки и тем, что упомянутое средство управления выполнено с возможностью управление замыканием упомянутого первого разъединителя (180) и замыканием разъединителя, соединяющего с одним из полюсов, для твердого возврата тока от другого полюса при однополюсном режиме работы станции после отключения упомянутого одного полюса.
10. Система передачи по п.8 или 9, отличающаяся тем, что упомянутый контур нейтрали постоянного тока содержит заземляющий переключатель (170), соединенный с упомянутой первой токовой цепью (130) между двумя шинами (111, 112) нейтрали в точке между упомянутым первым выключателем (131) постоянного тока и упомянутым дополнительным вторым выключателем (132) постоянного тока.
11. Система передачи по п.7, отличающаяся тем, что упомянутое устройство управления выполнено с возможностью управления замыканием упомянутого выключателя (144, 145, 151) постоянного тока и разъединителя (146-149, 152, 153) в каждой из упомянутых первой линии и упомянутой второй соединяющей линии, и созданием второй токовой цепи между двумя шинами (111, 112) нейтрали через упомянутые первые линии (140, 141) и упомянутую вторую соединяющую линию (150), для обеспечения технического обслуживания оборудования, например, выключателя (131, 132) постоянного тока, в упомянутой первой токовой цепи (130) при двухполюсном режиме работы станции.
12. Система передачи по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью соединения системы переменного тока с двухполюсной линией передачи HVDC, выполненной с возможностью иметь напряжение между каждым из ее полюсов и землей, превышающее 200 кВ, преимущественно превышающее 500 кВ, предпочтительно находящееся в диапазоне 600-1500 кВ, и более предпочтительно - в диапазоне 600-1000 кВ.
