Gleichstromleitungen

Die Vorteile von Gleichstromübertragungsleitungen sind folgende:

1. Die Grenze der übertragenen Leistung entlang der Leitung hängt nicht von ihrer Länge ab und ist viel größer als die von Wechselstromleitungen;

2. Das Konzept einer statischen Stabilitätsgrenze, die für Wechselstrom-Freileitungen charakteristisch ist, wird abgeschafft;

3. Elektrische Anlagen, die über Freileitungen mit Gleichstrom verbunden sind, können asynchron oder mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden;

4. Anstelle von drei sind nur zwei Drähte erforderlich, oder sogar einer, wenn Sie die Erde als zweiten verwenden.

In Abb. 1. vorgestellte bipolare Gleichstromübertragungsschaltung („Zwei Pole – Masse“).

In dieser Abbildung sind UD und UZ Umspannwerke (Gleichrichter und Wechselrichter); L – Drossel oder Filter zur Reduzierung des Einflusses hoher Oberschwingungen, Spannungswelligkeiten und Notströmen; rl ist der Leitungswiderstand; G, T – Generatoren und Transformatoren.

Die Stromerzeugung und der Stromverbrauch erfolgen mit Wechselstrom.

Feige. 1. Gleichstromübertragungskreis im Notbetrieb

Die Hauptelemente der Dauerlinie:

1.Gesteuerte Hochspannungsgleichrichter, aus denen der Umspannwerkskreis zusammengestellt wird.

2. Gesteuerte Hochspannungswechselrichter, aus denen auch der Stromkreis der Umspannstation zusammengestellt wird.

Das Schema der Wechselrichter-Umspannstation unterscheidet sich nicht grundsätzlich vom Schema der Gleichrichter-Umspannstation, da die Gleichrichter reversibel sind. Der einzige Unterschied besteht darin, dass an der Wechselrichterstation Kompensationsgeräte, Kondensatoren oder Synchronkompensatoren installiert werden müssen, um den Wechselrichtern Blindleistung bereitzustellen, die etwa 50 ... 60 % der übertragenen Wirkleistung beträgt.

Die Mittelpunkte der beiden Konverterstationen bei bipolarer Übertragung sind geerdet und die Pole sind isoliert.

Die Polspannung UP ist gleich der Pol-Erde-Spannung. Beispielsweise beträgt bei der Stromübertragung Wolgograd-Donbass die Spannung des Pols zur Erde +400 kV und die Spannung des zweiten Pols 400 kV. Spannung Ud zwischen den Polen 800 kV. Die Übertragung kann in zwei unabhängige Halbkreise aufgeteilt werden. Im Normalmodus mit gleichen Punkten in Halbkreisen ist der Strom durch die Erde nahe Null. Beide Übertragungshalbkreise können autonom arbeiten und bei Ausfall eines Pols kann die Hälfte der Leistung über den anderen Pol mit Rückführung über die Erde übertragen werden.

Im Falle eines einpoligen oder einpoligen Fehlers kann der zweite Halbkreis auf einem einpoligen Stromkreis betrieben werden.

Reis. 2. Gleichstromübertragungsschema im Notbetrieb

Bei der einpoligen Übertragung ist ein Pol geerdet und es gibt einen von der Erde isolierten Draht. Das zweite Kabel ist entweder auf beiden Seiten der Übertragung geerdet oder fehlt.Ein solcher geerdeter zweiter Draht wird in Fällen verwendet, in denen die Verwendung von Strom im Boden nicht akzeptabel ist (z. B. beim Betreten großer Städte). In der Regel kann ein unipolarer Übertragungskreis aus einer Ader und Masse bestehen, ein bipolarer aus zwei Adern. Die Erfahrung der langfristigen Übertragung von Gleichstrom durch das Erdreich bis 1200 A.

Unipolare Schaltungen dienen der Übertragung kleiner Leistungen bis 100 … 200 MW über kurze Distanzen. Für die Übertragung großer Leistungen über große Entfernungen empfiehlt sich die Verwendung bipolarer Schaltungen.

Konverterstationen erhöhen aufgrund der komplexen und teuren Ausrüstung die Kosten der Gleichstromübertragung erheblich. Gleichzeitig ist die Gleichstromleitung selbst aufgrund weniger Drähte, Isolatoren, Armaturen und leichterer Stützen billiger als Wechselstrom.

Die Energieübertragungskapazität der Festleitung wird durch den Wert und die Spannungsdifferenz an den Enden der Leitung bestimmt, sie wird durch die Wirkwiderstände der Leitungen und Endgeräte sowie durch die Leistung der Umspannwerke begrenzt.

Die Belastbarkeit der Gleichstromleitung ist wesentlich höher als die der Wechselstromleitung.

Die Gesamtleistung der bipolaren Übertragung der Wolgograd-Donbass-Leitung mit der Spannung Ud = 800 kV beträgt 720 MW. Die weltweit größte Leitung Ekibastuz – Zentrum wurde mit UP = ± 750 kV, Spannung zwischen den Polen Ud = 1500 kV und einer Länge von 2500 km in Betrieb genommen. Die Leistungskapazität kann auf 6000 MW erhöht werden.

Das Hauptanwendungsgebiet von Gleichstromleitungen ist die Übertragung großer Leistungen über große Entfernungen. Die besonderen Eigenschaften dieser Leitungen ermöglichen jedoch auch den erfolgreichen Einsatz in anderen Fällen.Gleichstromleitungen sind beispielsweise dann wirksam, wenn es darum geht, Meerengen zu überqueren, sowie um asynchrone Systeme oder Systeme mit unterschiedlichen Frequenzen (sogenannte Gleichstromverbindungen) zu verbinden.

Neben Hoch- und Höchstspannungs-Gleichstromleitungen werden im militärischen Bereich auch Nieder- und Mittelspannungs-Gleichstromleitungen eingesetzt.

Die folgenden Spannungen sind üblich: Niederspannung – 6, 12, 24, 36,48, 60 Volt, Mittelspannung – 110, 220, 400 Volt.

Für alle Spannungen bieten Gleichstromleitungen folgende Vorteile:

1. Sie erfordern keine Stabilitätsberechnung.

2. Die Spannung in solchen Leitungen ist gleichmäßiger, da sie im stationären Zustand keine Blindleistung erzeugen.

3. Der Aufbau von Gleichstromleitungen ist einfacher als der von Wechselstromleitungen: weniger Isolatorstränge, weniger Metallverbrauch.

4. Die Richtung des Kraftflusses kann umgekehrt werden (umkehrbare Leitungen).

Nachteile:

1. Die Notwendigkeit, komplexe Umspannwerke mit einer großen Anzahl von Spannungswandlern und Hilfsgeräten zu bauen. Es ist bekannt, dass Gleichrichter und Wechselrichter die Spannungswellenform auf der Wechselstromseite erheblich verzerren. Daher ist es notwendig, leistungsstarke Glättungsgeräte zu installieren, was die Zuverlässigkeit erheblich verringert.

2. Die Auswahl der Stromversorgung über die Gleichstromleitung ist immer noch schwierig.

3. Bei Gleichstromleitungen ist es erforderlich, dass vor dem Einschalten die Polarität und die Spannung an beiden Enden annähernd gleich sind.

Daraus lässt sich schließen, dass aufgrund der hohen Kosten von k0 (Abb.3) wird der Bau von Stromleitungen mit Gleichstrom (Kurve 2) erst bei großen Entfernungen von etwa 1000 ... 1200 km (Punkt m) wirtschaftlich sinnvoll.

Reis. 3. Die Abhängigkeit der Kapitalkosten k von der Leitungslänge l für Wechselstrom — 1 und für Gleichstrom — 2

I. I. Meshteryakov