Augstsprieguma līdzstrāvas pārvades līniju priekšrocības salīdzinājumā ar maiņstrāvas līnijām

Kļuvušas par tradicionālajām augstsprieguma pārvades līnijām, mūsdienās tās vienmēr darbojas, izmantojot maiņstrāvu. Bet vai esat kādreiz domājuši par priekšrocībām, ko var sniegt augstsprieguma līdzstrāvas pārvades līnija salīdzinājumā ar maiņstrāvas līniju? Jā, mēs runājam par augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC Power Transmission) pārvades līnijām.

Protams, augstsprieguma līdzstrāvas līnijas veidošanai, pirmkārt, pārveidotāji, kas veidotu līdzstrāvu no maiņstrāvas un maiņstrāvu no līdzstrāvas. Šādi invertori un pārveidotāji ir dārgi, kā arī to rezerves daļām ir pārslodzes ierobežojumi, turklāt katrai līnijai iekārtai jābūt unikālai bez pārspīlējumiem. Nelielos attālumos jaudas zudumi pārveidotājos padara šādu pārvades līniju kopumā neekonomisku.

Bet kādās lietojumprogrammās to vēlams izmantot D.C.? Kāpēc augsts maiņstrāvas spriegums dažreiz nav pietiekami efektīvs? Visbeidzot, vai augstsprieguma līdzstrāvas pārvades līnijas jau tiek izmantotas? Mēs centīsimies iegūt atbildes uz šiem jautājumiem.

Lai meklētu piemērus, nav tālu jāiet. Baltijas jūras dzelmē starp divām kaimiņvalstīm Vāciju un Zviedriju ievilkts elektrības kabelis ir 250 metrus garš, un, ja straume būtu mainīga, tad kapacitatīvā pretestība radītu ievērojamus zaudējumus. Vai arī piegādājot elektroenerģiju attālos apgabalos, kad nav iespējams uzstādīt starpiekārtas. Arī šeit augstsprieguma līdzstrāva radīs mazākus zaudējumus.

Ko darīt, ja jāpalielina esošās līnijas jauda, ​​neievietojot papildu? Un gadījumā, ja tiek darbinātas maiņstrāvas sadales sistēmas, kas nav sinhronizētas viena ar otru?

Tikmēr konkrētai jaudai, kas tiek pārraidīta līdzstrāvai, pie augsta sprieguma, nepieciešams mazāks stieples šķērsgriezums, un torņi var būt zemāki. Piemēram, Kanādas Bipole Nelson River Transmission Line savieno sadales tīklu un attālo spēkstaciju.

Maiņstrāvas elektrotīklus var stabilizēt, nepalielinot īssavienojumu risku. Korona izlādes, kas rada zudumus maiņstrāvas līnijās ultraaugsta sprieguma maksimumu dēļ, ar līdzstrāvu ir daudz mazākas, attiecīgi mazāk izdalās kaitīgais ozons. Atkal samazinot elektropārvades līniju būvniecības izmaksas, piemēram, trīs fāzēm ir nepieciešami trīs vadi, bet HVDC - tikai divi. Vēlreiz jāsaka, ka maksimālie ieguvumi no zemūdens kabeļiem ir ne tikai mazāk materiālu, bet arī mazāki kapacitātes zudumi.

Kopš 1997. gadaAAB uzstāda HVDC Light līnijas ar jaudu līdz 1,2 GW pie sprieguma līdz 500 kV. Tādējādi tika izbūvēts 500 MW nominālās jaudas savienojums starp Lielbritānijas un Īrijas tīkliem.

Šis savienojums uzlabo elektroapgādes drošību un uzticamību starp tīkliem. No rietumiem uz austrumiem viens no tīkla kabeļiem ir 262 kilometrus garš, un 71% kabeļa atrodas jūras gultnē.

Vēlreiz atcerieties, ka, ja maiņstrāva tiktu izmantota, lai uzlādētu kabeļa kapacitāti, būtu nevajadzīgi jaudas zudumi, un, tā kā strāva tiek pievadīta pastāvīgi, zudumi ir niecīgi. Turklāt nevajadzētu atstāt novārtā arī maiņstrāvas dielektriskos zudumus.

Kopumā ar līdzstrāvu pa vienu un to pašu vadu var pārvadīt lielāku jaudu, jo sprieguma maksimumi pie tādas pašas jaudas, bet ar maiņstrāvu, ir augstāki, turklāt izolācijai jābūt biezākai, šķērsgriezumam ir lielāks , attālums starp vadītājiem ir lielāks utt. Ņemot vērā visus šos faktorus, līdzstrāvas pārvades līnijas koridors nodrošina blīvāku elektroenerģijas pārvadi.

Ap tiem netiek izveidotas pastāvīgas augstsprieguma līnijas zemas frekvences mainīgs magnētiskais laukskā tas ir raksturīgs maiņstrāvas pārvades līnijām. Daži zinātnieki runā par šī mainīgā magnētiskā lauka kaitējumu cilvēku veselībai, augiem, dzīvniekiem. Savukārt līdzstrāva telpā starp vadītāju un zemi rada tikai nemainīgu (ne mainīgu) elektriskā lauka gradientu, un tas ir droši cilvēku, dzīvnieku un augu veselībai.

Maiņstrāvas sistēmu stabilitāti veicina līdzstrāva.Augsta sprieguma un līdzstrāvas dēļ ir iespējams pārsūtīt jaudu starp maiņstrāvas sistēmām, kas nav sinhronizētas viena ar otru. Tas novērš kaskādes bojājumu izplatīšanos. Nekritisku kļūmju gadījumā enerģija tiek vienkārši pārvietota sistēmā vai iziet no tās.

Tas vēl vairāk veicina augstsprieguma līdzstrāvas tīklu ieviešanu, radot jaunus pamatus.

Siemens pārveidotāju stacija augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC) pārvades līnijai starp Franciju un Spāniju

Mūsdienu HVDC līnijas shēma

Enerģijas plūsmu regulē vadības sistēma vai pārveidošanas stacija. Plūsma nav saistīta ar līnijai pievienoto sistēmu darbības režīmu.

Līdzstrāvas līniju starpsavienojumiem ir patvaļīgi maza pārvades jauda salīdzinājumā ar maiņstrāvas līnijām, un vājo savienojumu problēma ir novērsta. Pašas līnijas var projektēt, ņemot vērā enerģijas plūsmu optimizāciju.

Turklāt pazūd grūtības sinhronizēt vairākas dažādas vadības sistēmas atsevišķu energosistēmu darbībai. Iekļauti ātrie avārijas kontrolieri Līdzstrāvas elektrības vadi palielinot kopējā tīkla uzticamību un stabilitāti. Jaudas plūsmas kontrole var samazināt svārstības paralēlās līnijās.

Šīs priekšrocības atvieglos ātrāku augstsprieguma līdzstrāvas mijiedarbības ieviešanu, lai sadalītu lielas energosistēmas vairākās daļās, kas ir sinhronizētas viena ar otru.

Piemēram, Indijā ir uzbūvētas vairākas reģionālas sistēmas, kuras ir savstarpēji savienotas ar augstsprieguma līdzstrāvas līnijām.Ir arī pārveidotāju ķēde, kuru kontrolē īpašs centrs.

Tas pats ir Ķīnā. 2010. gadā ABB Ķīnā uzbūvēja pasaulē pirmo 800 kV īpaši augsta sprieguma līdzstrāvu Ķīnā.1100 kV Zhongdong — Wannan UHV līdzstrāvas līnija ar 3400 km garumu un 12 GW jaudu tika pabeigta 2018. gadā.

Līdz 2020. gadam ir pabeigti vismaz trīspadsmit būvlaukumi. EHV līdzstrāvas līnijas Ķīnā. HVDC līnijas pārraida lielu enerģijas daudzumu ievērojamos attālumos, un katrai līnijai ir pievienoti vairāki elektroenerģijas piegādātāji.

Augstsprieguma līdzstrāvas pārvades līniju attīstītāji parasti nesniedz plašākai sabiedrībai informāciju par savu projektu izmaksām, jo ​​tas ir komercnoslēpums. Taču projektu specifika veic savas korekcijas, un cena mainās atkarībā no: jaudas, kabeļa garuma, uzstādīšanas metodes, zemes izmaksām utt.

Ekonomiski salīdzinot visus aspektus, tiek pieņemts lēmums par HVDC līnijas izbūves iespējamību. Piemēram, četru līniju elektropārvades līnijas izbūve starp Franciju un Angliju ar jaudu 8 GW kopā ar darbiem krastā prasīja aptuveni miljardu mārciņu.

Nozīmīgu pagātnes augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC) projektu saraksts

1880. gados notika tā sauktais straumju karš starp DC atbalstītājiem, piemēram, Tomasu Edisons un AC atbalstītājiem, piemēram, Nikola Tesla un George Westinghouse. Līdzstrāva darbojās 10 gadus, bet straujā jaudas transformatoru attīstība, kas bija nepieciešami sprieguma palielināšanai un līdz ar to zudumu ierobežošanai, izraisīja maiņstrāvas tīklu izplatību. Tikai līdz ar spēka elektronikas attīstību kļuva iespējama augstsprieguma līdzstrāvas izmantošana.

HVDC tehnoloģija parādījās pagājušā gadsimta trīsdesmitajos gados. To izstrādāja ASEA Zviedrijā un Vācijā. Pirmā HVDC līnija tika uzbūvēta Padomju Savienībā 1951. gadā starp Maskavu un Kašīru. Pēc tam 1954. gadā tika izbūvēta vēl viena līnija starp Gotlandes salu un kontinentālo Zviedriju.

Maskava — Kašira (PSRS) — garums 112 km, spriegums — 200 kV, jauda — 30 MW, izbūves gads — 1951. Tiek uzskatīts par pasaulē pirmo pilnībā statisko elektronisko augstsprieguma līdzstrāvu, kas nodota ekspluatācijā. Līnija pašlaik nepastāv.

Gotland 1 (Zviedrija) — garums 98 km, spriegums — 200 kV, jauda — 20 MW, izbūves gads — 1954. Pasaulē pirmā komerciālā HVDC saite. 1970. gadā to paplašināja ABB, 1986. gadā likvidēja.

Volgograda — Donbass (PSRS) — garums 400 km, spriegums — 800 kV, jauda — 750 MW, izbūves gads — 1965. 1961. gadā tika nodota ekspluatācijā 800 kV līdzstrāvas elektrolīnijas Volgograda — Donbass pirmā kārta, kas tolaik presē tika atzīmēta kā ļoti svarīgs posms padomju elektrotehnikas tehniskajā attīstībā. Šobrīd līnija ir demontēta.

Augstsprieguma taisngriežu pārbaude līdzstrāvas līnijai VEI laboratorijā, 1961.g.

Augstsprieguma līdzstrāvas līnijas diagramma Volgograda — Donbass

Skaties: Elektriskās instalācijas un elektroiekārtu fotogrāfijas PSRS 1959-1962

HVDC starp Jaunzēlandes salām — garums 611 km, spriegums — 270 kV, jauda — 600 MW, izbūves gads — 1965. No 1992. gada rekonstruēta АBB… Spriegums 350 kV.

Kopš 1977. gadalīdz šim visas HVDC sistēmas ir būvētas, izmantojot cietvielu komponentus, vairumā gadījumu tiristorus, kopš deviņdesmito gadu beigām tika izmantoti IGBT pārveidotāji.

IGBT invertori Siemens pārveidotāju stacijā augstsprieguma līdzstrāvas (HVDC) pārvades līnijai starp Franciju un Spāniju

Cahora Bassa (Mozambika — Dienvidāfrika) — garums 1420 km, spriegums 533 kV, jauda — 1920 MW, izbūves gads 1979. Pirmā HVDC ar spriegumu virs 500 kV. ABB remonts 2013-2014g

Ekibastuz — Tambovs (PSRS) — garums 2414 km, spriegums — 750 kV, jauda — 6000 MW. Projekts sākās 1981. gadā. Kad tas tiks nodots ekspluatācijā, tā būs garākā elektropārvades līnija pasaulē. Būvlaukumi tika pamesti ap 1990. gadu Padomju Savienības sabrukuma dēļ, un līnija tā arī netika pabeigta.

Interconnexion France Angleterre (Francija – Lielbritānija) — garums 72 km, spriegums 270 kV, jauda — 2000 MW, izbūves gads 1986. gads.

Gezhouba — Šanhaja (Ķīna) — 1046 km, 500 kV, jauda 1200 MW, 1989.g.

Rihands Deli (Indija) — garums 814 km, spriegums — 500 kV, jauda — 1500 MW, izbūves gads — 1990. gads.

Baltijas kabelis (Vācija - Zviedrija) — garums 252 km, spriegums — 450 kV, jauda — 600 MW, izbūves gads — 1994. gads.

Tien Guan (Ķīna) — garums 960 km, spriegums — 500 kV, jauda — 1800 MW, izbūves gads — 2001. gads.

Talčers Kolārs (Indija) — garums 1450 km, spriegums — 500 kV, jauda — 2500 MW, izbūves gads — 2003. gads.

Trīs aizas — Čandžou (Ķīna) — garums 890 km, spriegums — 500 kV, jauda — 3000 MW, izbūves gads — 2003. 2004. un 2006. g.No "Trīs aizas" HVDC hidroelektrostacijas uz Huidžou un Šanhaju tika uzbūvētas vēl 2 līnijas 940 un 1060 km garumā.

Pasaulē lielākā hidroelektrostacija Trīs aizas ir savienota ar Čandžou, Guandunu un Šanhaju ar augstsprieguma līdzstrāvas līnijām.

Xiangjiaba-Shanghai (Ķīna) — līnija no Fulongas uz Fengxia. Garums 1480 km, spriegums 800 kV, jauda 6400 MW, būvniecības gads 2010. gads.

Junaņa — Guanduna (Ķīna) — garums 1418 km, spriegums — 800 kV, jauda — 5000 MW, izbūves gads — 2010. gads.