Юный техник, 2000 № 05

Всех этих негативных явлений принципиально не может быть при передаче энергии постоянным током. Поэтому с середины века вернулись к разработкам и сооружению передач постоянного тока (ППТ). Их принципиальная блок-схема представлена на рисунке 2.

Как видим, она отличается от рассмотренной выше тем, что повышенное трансформатором 2 напряжение выпрямляется преобразователем 3 и полученный постоянный ток, пройдя по линии 4, преобразуется в переменный в преобразователе (инверторе) 5 и после понижающего трансформатора 6 поступает в приемную энергосистему 7. При таком способе можно не считаться с индуктивностью проводов линии 4, а характерные для переменного тока пределы устойчивой работы передачи отсутствуют.

При использовании кабеля исчезают диэлектрические потери в его изоляции и паразитные зарядные токи — ведь полярность напряжения постоянна, а не меняется сто раз в секунду, как в ЛЭП переменного тока.

Однако эти великолепные достоинства, как и любые иные, даром не даются. Необходимы довольно дорогие и сложные преобразователи. Первая промышленная кабельная ППТ была сооружена между Швецией и о. Готланд (100 км, 100 кВ, 20 МВт) в 1954 году (рис. 3).

Кабель, проложенный по дну моря, соединял выпрямительную и инверторную подстанции, а обратным проводом служило море. Заземлитель на материке постоянно работал в режиме анода, т. е. ток стекал с него в море. Он был выполнен из магнетитовых стержней, заложенных в пористые глиняные трубы для защиты от механических повреждений и опущенных в специальный бассейн, отгороженный от открытого моря особой дамбой, обеспечивающей свободный водообмен. (Так, между прочим, защищается и рыба, которая обычно «притягивается» положительным электродом и глушится при номинальном токе в 200 А уже на расстоянии двух метров от электрода.)

Расход магнетита на 1000 ампер-часов составляет 40 г. Электроды на другом полюсе все время работают в режиме катода, и их материал не расходуется. Они выполнены из двух параллельных медных шин сечением по 120 мм² каждая. Поле же катода на рыб не влияет.

В настоящее время в мире работает свыше 30 кабельных и воздушных ППТ общей мощностью более 20 000 МВт и длиной свыше 12 000 км. Многие из них реверсивные, т. е. могут менять направление транспортируемой энергии. Для России, где 85 % энергоресурсов расположено за Уралом, а 80 % населения проживает в европейской части, проблема транспорта электроэнергии очень актуальна. Одна из реверсивных ППТ построена между Волжской ГЭС и украинским поселком Михайловка, недалеко от города Кадиевка (720 МВт, 800 кВ, около 500 км). На рисунке 4 показана двухпроводная опора этой линии.

Рис. 4

В качестве преобразователей (рис. 2 и 3) в ней применены комплексы мощных тиристоров. Эти полупроводниковые управляемые выпрямители имеют вид «таблеток», торцы которых являются анодом и катодом, между которыми расположен управляющий электрод. Из таких «таблеток», соединенных последовательно между собой, собираются преобразовательные мосты, обеспечивающие выпрямление и инвертирование большого тока высокого напряжения.

Объяснять, как работает выпрямитель, не надо — это знают все. Другое дело — инвертор, реализующий обратную операцию. Вот грубая аналогия этого процесса.

Вообразим, что через длинный туннель (аналог линии) в загон (аналог трехфазного трансформатора) через три выхода (аналоги трех тиристорных блоков) непрерывно вливается стадо баранов (аналог постоянного тока), задние напирают и остановить этот поток невозможно. Сначала открывают первый вход — тиристорный блок фазы «А», и животные (ток) идут в него. Но вот рядом открывают второй вход — тиристорный блок фазы «В», а в первом входе появляется пес, лающий на баранов (аналог полуволны синусоиды, направленной против тока), и, естественно, весь поток переходит во вторую дверь — в тиристорный блок, соединенный с фазой «В», а первая дверь — тиристорный блок фазы «А» — закрывается.

Вскоре таким же образом ток переходит на фазу «С», и далее процесс повторяется. Таким образом, ток в линии не меняется, остается постоянным, а в фазах трансформатора возникает переменный, инвертированный. Весь этот сложный процесс (имеются в виду не бараны, а электроны) управляется и регулируется сложной электронной аппаратурой, выполняющей и функции защиты.

В электропередачах невозможно «складировать» электроэнергию, она должна потребляться в момент ее производства. При нарушении этого баланса возникают опасные для оборудования режимы, поэтому регулирование и защита ППТ должны действовать с большой быстротой.

На рисунках 5 и 6 представлены плечи преобразовательных мостов ППТ Волгоград — Донбасс собранные из тиристорных модулей. Каждый мост рассчитан на 100 кВ выходного напряжения. Те из них, которые находятся на повышенном потенциале относительно земли (рис. 6), изолированы дополнительными изоляторами. Охлаждаются тиристоры преобразователей деионизированной водой — на фото видны полиэтиленовые трубопроводы для ее подачи на высокий потенциал, а также желтые блочки управления тиристорными ячейками, находящимися внутри модуля, делители напряжения, вспомогательные реакторы и другое оборудование. Модульная конструкция тиристорных блоков позволяет существенно упростить их эксплуатацию и ремонт.

Эта ППТ должна была стать прообразом будущих сверхмощных передач Экибастуз — Центр, Ачинск — Урал и других, но перестройки и реформы нарушили эти грандиозные планы, надолго затормозив развитие прогрессивных технологий. После преодоления кризисных явлений в экономике нам придется догонять промышленные страны в области ППТ. Возможно, некоторые из нынешних читателей «ЮТ» заинтересуются в будущем решением этих проблем.

Рис. 5

Рис. 6

А теперь вопросы для внимательных читателей:

Ждем ответов.

Георгий ЧЕРНИКОВ

УДИВИТЕЛЬНО, НО ФАКТ!

А какую гармонию видите вы?

Что это — игра слов или же отражение явления, которое ныне специалисты называют «цветным слухом» или синестезией.

В переводе с греческого этот термин звучит еще как «соощущение».