РЕВЕРСИВНАЯ ПЕРЕДАЧА ПОСТОЯННОГО ТОКА СО СВЕРХПРОВОДЯЩЕЙ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИЕЙ Российский патент 2015 года по МПК H02J1/00 

Область техники

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроэнергетике.

Уровень техники

Известны схемы построения передач постоянного тока (ППТ), в том числе с кабельными линиями постоянного тока [1, 2, 3]. В качестве прототипа выбрана схема ППТ, применение которой с подводным морским кабелем описано в [4].

Прототип содержит оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной кабельной линией и снабженные датчиками постоянного напряжения на ее концах. В системы управления входят комплекты защит, включая защиту оборудования оконечных подстанций от перенапряжений. Однако в случае использования сверхпроводящего кабеля на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП-кабель), для которого характерны, с одной стороны, недопустимость сколько-нибудь длительного нагрева жил независимо от причины, его вызвавшей (ухудшение охлаждения или увеличение тока), а с другой, - высокая цена, прототип не обеспечивает защиту ВТСП-кабеля при нарушении его рабочего режима.

Сущность изобретения

Технический результат изобретения - снижение риска повреждения ВТСП кабельной линии, работающей в составе реверсивной ППТ, в случае выхода ВТСП кабеля из сверхпроводящего состояния.

Реверсивная ППТ содержит оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией и снабженные датчиками постоянного напряжения на ее концах.

В схему реверсивной ППТ со сверхпроводящим кабелем введен блок сравнения показаний датчиков и двунаправленные коммутаторы между концами линии на подстанциях, при этом блок сравнения подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков, а выходом - к входам систем управления каждой из подстанций и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов.

Это позволяет получить вышеуказанный технический результат.

Осуществление изобретения

Сущность изобретения поясняет схема, изображенная на чертеже.

На чертеже показаны оконечные преобразовательные подстанции 1 и 2 с системами управления 3 и 4. Подстанции 1 и 2 связаны двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией 5. На ее концах установлены датчики 6 и 7 постоянного напряжения. В схему ППТ введен блок 8 сравнения их показаний и двунаправленные коммутаторы 9 и 10, включенные между концами линии 5 на подстанциях 1 и 2. Блок 8 подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков 6 и 7, а выходом - к входам систем управления 3 и 4 подстанций 1 и 2 и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов 9 и 10.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Одна из подстанций 1 или 2 преобразует напряжение своей сети переменного тока в постоянный ток, который передается по линии 5 на другую подстанцию. Датчики 6 и 7 контролируют напряжения на концах двухпроводной линии 5 (между точками a и b со стороны подстанции 1 и между точками c и d со стороны подстанции 2). В рабочем режиме линия 5 находится в сверхпроводящем состоянии и значения напряжений, измеряемых датчиками 6 и 7, практически одинаковы (разность напряжений определяется потерями в переходных кабельных муфтах).

При этом двунаправленные коммутаторы 9 и 10 не включены и не влияют на работу устройства.

Возникновение разности потенциалов ΔU=U₁-U₂, где U₁ - напряжение на одном конце линии 5, a U₂ - напряжение на ее втором конце, означает выход линии 5 из сверхпроводящего состояния. Причиной этого может быть как превышение температуры жилы кабеля сверх 78 K - верхней температуры существования сверхпроводимости, так и превышение плотности тока, выше которой не может существовать сверхпроводимость. В обоих случаях из-за падения напряжения на жилах кабеля возникает разность потенциалов, модуль которой $$\left|\Delta U\right|=\left|U1-U2\right|>0$$ .

Блок 8 сравнивает показания датчиков 6 и 7 в соответствии с выражением $$\left|\Delta U\right|=\left|U1-U2\right|>\delta$$ , где δ - ненулевой порог (уставка), срабатывает и выдает соответствующий сигнал. Этот сигнал воздействует на системы управления 3 и 4, которые снимают импульсы управления с преобразователей обеих подстанций, и включает коммутаторы 9 и 10.

Необходимость включения коммутаторов 9 и 10 вызвана тем, что после снятия импульсов управления преобразователи подстанций 1 и 2 мгновенно не прекращают выдавать и пропускать токи. Включение коммутаторов 9 и 10 одновременно с выдачей системам 3 и 4 сигналов на снятие импульсов управления преобразователями позволяет избежать протекания этих токов по ВТСП кабельной линии. Коммутаторы 9 и 10 могут представлять собой, например, двунаправленные высоковольтные тиристорные вентили, которые, включаясь, замыкают на себя ток от подстанций 1 и 2.

При этом независимо от направления передачи постоянного тока (от подстанции 1 к подстанции 2 или обратно), которое имело место в момент аварии, кабельная линия 5 обесточивается практически мгновенно и независимо от текущей фазы преобразуемого напряжения сети переменного тока.

Использование гальванических развязок для соединения блока 8 с удаленными от него блоками, размещенными на подстанциях 1 и 2, обеспечивает помехозащищенность этих соединений.

Как видно из изложенного, изобретение снижает риск повреждения ВТСП кабельной линии при ее выходе из сверхпроводящего состояния независимо от причины такого выхода.

Источники информации

1. Vassilisios G. Agelidis, Nicolas Flourentzou. Recent Advances in High-Voltage Direct-Current Power Transmission Systems // ABB AB Corporate Research SE-721 78 Vasteras.

2. J.P. Kjergaard and others. The new Storebaelt HVDC project for interconnecting eastern and western Denmark. // CIGRE 2008, B4-104.

3. Ronstrom L. and others. The Estlink HVDC Light Transmission Systems // CIGRE Regional Meeting, 2007, Tallinn, Estonia.

4. Йохен Кройзель. Линия передачи постоянного тока для крупнейшей в мире морской ветровой электростанции // АББ Ревю, №4, 2008, стр.40-43.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение риска повреждения высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) кабельной линии, работающей в составе реверсивной передачи постоянного тока (ППТ), в случае выхода ВТСП кабеля из сверхпроводящего состояния. Оконечные преобразовательные подстанции (1) и (2) с системами управления (3) и (4) связаны двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией (5). На ее концах установлены датчики (6) и (7) постоянного напряжения. В схему ППТ введен блок (8) сравнения их показаний и двунаправленные коммутаторы (9) и (10), включенные между концами линии (5) на подстанциях (1) и (2). Блок (8) подключен с гальванической развязкой входами - к выходам датчиков (6) и (7), а выходом - к входам систем управления (3) и (4) подстанций (1) и (2) и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов (9) и (10). 1 ил.

Реверсивная передача постоянного тока, содержащая оконечные преобразовательные подстанции с системами управления, связанные двухпроводной сверхпроводящей кабельной линией, датчики постоянного напряжения на ее концах и блок сравнения показаний датчиков, при этом между концами линии на подстанциях включены двунаправленные коммутаторы, указанный блок сравнения подключен с гальванической развязкой входами к выходам датчиков, а выходом - к входам систем управления подстанций и к управляющим входам двунаправленных коммутаторов.