Кіріспе

Подстанцияның түрі

Жоғары кернеулі тұрақты ток (ЖҚТ) конвертерлік станциясы (немесе жай ғана конвертерлік станция) – жоғары кернеулі тұрақты ток (ЖҚТ) беру желісінің терминалдық жабдығын құрайтын арнайы подстанция түрі. Ол тұрақты токты айнымалы токқа немесе керісінше түрлендіреді. Конвертерден басқа, станцияда әдетте:
үш фазалы айнымалы токқа арналған коммутациялық жабдық,
трансформаторлар,
реактивті қуат үшін конденсаторлар немесе синхронды конденсаторлар,
гармоникаларды басуға арналған сүзгілер, және
тұрақты токқа арналған коммутациялық жабдық болады.

Ауыстырғыш

Конвертер әдетте клапан залы деп аталатын ғимаратқа орнатылады. Алғашқы HVDC жүйелері сынаптық аркалық клапандарды пайдаланды, бірақ 1970 жылдардың ортасынан бастап тиристорлар сияқты қатты күйдегі құрылғылар қолданыла бастады. Тиристорларды немесе сынаптық аркалық клапандарды пайдаланатын конвертерлер желілік коммутациялық конвертерлер деп аталады. Тиристорлық конвертерлерде көптеген тиристорлар тізбектеліп, тиристорлық клапанды құрайды, ал әр конвертер әдетте алты немесе он екі тиристорлық клапаннан тұрады. Тиристорлық клапандар көбінесе жұптармен немесе төрттік топтармен топтастырылады және едендегі изоляторлардың үстіне орналастырылуы немесе төбедегі изоляторлардан ілінуі мүмкін. Желілік коммутациялық конвертерлер коммутация үшін айнымалы ток желісінен кернеуді қажет етеді, бірақ 1990 жылдардың соңынан бері кернеу көзді конвертерлер HVDC үшін қолданыла бастады. Кернеу көзді конвертерлер тиристорлардың орнына оқшауланған қақпалы биполярлық транзисторларды пайдаланады және олар тоқтандырылмаған айнымалы ток жүйесіне қуат бере алады. HVDC үшін қолданылатын конвертерлердің басым көпшілігі қуатты екі бағытта да түрлендіруге қабілетті. Айнымалы тоқты тұрақты токқа түрлендіру оңдау деп, ал тұрақты тоқты айнымалы токқа түрлендіру кері айналдыру деп аталады.

Ағымдағы ток жабдықтары

Бірқалыпты ток жабдықтарында көбінесе DC желісімен тізбектей индуктивтілік қосылатын катушка (реактор деп аталады) болады, ол бірқалыпты токты тегістеуге көмектеседі. Индуктивтілік әдетте 0,1 Гн және 1 Гн аралығында болады. Тегістеу реакторының ауалық немесе темір өзекшесі болуы мүмкін. Темір өзекшелі катушкалар майға толы жоғары кернеулі трансформаторларға ұқсайды. Ауалық өзекшелі тегістеу катушкалары жоғары кернеулі беру желілеріндегі тасымалдаушы жиіліктік тұнқыштарға ұқсас, бірақ олардан әлдеқайда үлкен және оқшаулағыштармен бекітіледі. Ауа катушкалары темір өзекшелі катушкаларға қарағанда аз дыбыстық шу шығарады, майдың төгілуінен туындаған қоршаған ортаға қауіптілікті жояды және өткінші жоғары ток ақаулары кезінде қанықпайды. Бұл қондырғының бөлігінде бірқалыпты ток пен кернеуді өлшеуге арналған құралдар да болады. Жоғары жиілікті кедергілерді жою үшін арнайы бірқалыпты ток сүзгілері қолданылады. Мұндай сүзгілер қажет, егер беру желісі байланыс және басқару үшін электр желісі арқылы байланыс техникасын пайдаланса немесе әуе желісі халық қоныстанған аймақтардан өтетін болса. Бұл сүзгілер пассивті LC сүзгілері немесе трансформаторлар мен қорғау конденсаторлары арқылы қосылған күшейткіштен тұратын белсенді сүзгілер болуы мүмкін, ол желідегі кедергі сигналына қарсы фазада сигнал береді, осылайша оны жояды. Мұндай жүйе Балтық кабельдік HVDC жобасында қолданылған.

Конвертерлік трансформатор

Конвертерлік трансформаторлар АЖ желісінің кернеуін көтереді. Трансформатор орамдарының жұлдыз-дельта немесе "wye delta" қосылысын пайдалана отырып, конвертер АЖ-ның әрбір цикліне 12 импульспен жұмыс істей алады, бұл көптеген гармоникалық ток компоненттерін жояды. Трансформатор орамдарының изоляциясы жерге үлкен тұрақты ток потенциалына төтеп беру үшін арнайы жобаланған болуы керек. Конвертерлік трансформаторлар бір құрылым ретінде 300 мегавольт-амперге (МВА) дейін жасалуы мүмкін. Ірі трансформаторларды тасымалдау қиындық тудырады, сондықтан жоғары қуат талап етілгенде бірнеше жеке трансформаторлар біріктіріледі. Екі үш фазалық немесе үш бір фазалық құрылғы қолданылуы мүмкін. Соңғы нұсқада тек бір типті трансформатор пайдаланылады, бұл қосалқы трансформаторды қамтамасыз етуді тиімді етеді. Конвертерлік трансформаторлар цикл бойына конвертердің төрт сатысындағы жоғары магниттік ағыс қуатымен жұмыс істейді, сондықтан олар әдеттегі үш фазалық қуат трансформаторларына қарағанда көбірек дыбыс шығарады. Бұл әсерді Жоғары Жылдамдықты Тұрақты Ток (HVDC) конвертерлік станциясын орналастыру кезінде ескеру қажет. Дыбысты азайтуға арналған жабындар қолданылуы мүмкін.

Реактивті қуат

Желілік коммутациялық түрлендіргіштер қолданылғанда, түрлендіргіш станциясының қуат номиналының 40% - 60% аралығында реактивті қуат қажет болады. Бұл реактивті қуатты қосу-ажырату конденсаторлар тобы немесе синхронды конденсаторлар арқылы қамтамасыз етуге болады, ал егер статикалық инверторлық орналымға жақын орналасқан қуатты өндіретін станция болса, онда оның генераторлары арқылы да қамтамасыз етуге болады. Түрлендіргіш трансформаторларындағы жүктеме кезіндегі кернеуді реттеуге жеткілікті диапазонмен жабдықталған крандар арқылы реактивті қуатқа деген қажеттілікті азайтуға болады. Реактивті қуаттың бір бөлігін гармоникалық сүзгі компоненттері арқылы қамтамасыз етуге болады. Кернеу көзді түрлендіргіштер реактивті де, активті қуатты да өндіре немесе сіңіре алады, сондықтан қосымша реактивті қуат жабдықтары қажет емес.

Гармоникалық сүзгілер

Гармоникалық сүзгілер гармоникалық толқындарды жою және желілік коммутациялық конвертерлік станцияларда реактивті қуатты өндіру үшін қажет. Алты импульстік желілік коммутациялық конвертерлері бар объектілерде күрделі гармоникалық сүзгілер қажет, себебі айнымалы ток жағында тақ ретті гармоникалар, ал тұрақты ток жағында жұп ретті гармоникалар пайда болады. 12 импульстік конвертерлік станцияларда тек гармоникалық кернеулер немесе токтар (айнымалы ток жағында) немесе (тұрақты ток жағында) пайда болады. Сүзгілер күтілетін гармоникалық жиіліктерге келтіріледі және конденсаторлар мен индукторлардың тізбектік комбинацияларынан тұрады. Кернеу көзінен қуат алатын конвертерлер, әдетте, желілік коммутациялық конвертерлерге қарағанда нашар гармоникалар тудырады. Осының салдарынан гармоникалық сүзгілер көбінесе кішірек болады немесе тіпті толығымен алынып тасталуы мүмкін. Гармоникалық сүзгілерден өзге, 30 кГц-тен 500 кГц-ге дейінгі жиілік диапазонындағы электр желісі арқылы сигнал беру жабдықтарының бөгде сигналдарын жоюға арналған жабдықтар да қарастырылады. Бұл сүзгілер әдетте статикалық инвертор трансформаторының айнымалы ток терминалына жақын орналасады. Олар жүктеме тогын өткізетін катушкадан және резонанстық тізбек құру үшін оған параллель қосылған конденсатордан тұрады. Ерекше жағдайларда реактивті қуатты өндіру үшін тек машиналарды қолдануға болады. Бұл Волга су электр станциясында орналасқан HVDC Volgograd Donbass терминалында іске асырылған.

Ауа-күйі ауыспалы құрылғылар

Конвертерлік станцияның үш фазалы ауыспалы ток ажыратқыш жабдығы АЖ қосалқы станциясының жабдығына ұқсас. Онда конвертер трансформаторларын артық токтан қорғауға арналған автоматты ажыратқыштар, ажыратқыштар, жерге қосу ажыратқыштары және басқару, өлшеу және қорғауға арналған аспаптық трансформаторлар болады. Станцияда сондай-ақ АЖ жабдығын АЖ жүйесіндегі найзағай импульстарынан қорғау үшін найзағайдан қорғайтын құрылғылар да орнатылады.

Қажетті аумақ

Конвертерлік станцияға қажетті аумақ, мысалы, 600 мегаватт қуатты және 400 кВ кернеулі желіге арналған станция шамамен 300 x 300 метр (1000 x 1000 фут) жерді алып жатады, бұл әдеттегі трансформатордан әлдеқайда үлкен. Төмен кернеулі станцияларға сыртқы жоғары кернеулі жабдықтардың айналасында аз ауа кеңістігі қажет болғандықтан, көбірек жер қажет болмауы мүмкін.

Орналасу факторлары

Конвертерлік станциялар акустикалық шу тудырады. Конвертерлік станциялар радиожиіліктік кедергілердің жоғары деңгейін шығаруы мүмкін, сондықтан осы шығарылымдарды бақылауға арналған конструкциялық ерекшеліктер қарастырылуы тиіс. Қабырғалар шудан қорғауды қамтамасыз етеді. Барлық айныма ток подстанцияларындағы сияқты, жабдықтағы майдың топырақ асты суларын ластауына жол бермеу қажет. Ауа желілері үшін кең аумақ қажет болуы мүмкін, бірақ жер асты кабелін пайдаланғанда бұл аумақты азайтуға болады.