В книге рассматриваются принципы построения электрических схем и установившиеся режимы работы передач постоянного тока. Основное внимание уделено преобразователям (выпрямителям и инверторам) большой мощности и высокого напряжения. Выводятся аналитические выражения, необходимые для расчета одно- и двухмостового преобразователей, определяются условия работы вентилей и главных трансформаторов. Рассматриваются способы демпфирования колебательных процессов, компенсации реактивной мощности и фильтрации гармоник. Определяются основные энергетические показатели и характеристики.
Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих в области создания передач постоянного тока, выпрямительных и инверторных установок большой мощности. Она может быть полезной для студентов старших курсов электротехнических вузов и факультетов.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Промышленное использование современных передач постоянного тока (ППТ), основанных, на применении статических преобразователей, началось с 1950 г. вводом в действие первой ППТ Кашира— Москва с кабельной линией напряжением 200 кв. К настоящему времени в разных странах построены и введены в эксплуатацию более десяти передач постоянного тока, в том числе наиболее крупные по своим параметрам, с воздушными линиями напряжением 800 кв ППТ Волгоград—Донбасс (1965 г.) и Тихоокеанская ППТ в США (1970 г.).
В системе ППТ большую роль играют преобразовательные установки, осуществляющие по концам линии передачи выпрямление и инвертирование тока. По сравнению с другими промышленными выпрямителями и инверторами они имеют самые высокие параметры по напряжению и мощности. Понятно поэтому, что среди многих научно-технических задач, которые решаются При создании передач постоянного тока, важное место занимают вопросы теории преобразования тока, научные основы расчета преобразователей и всей системы ППТ. По этим вопросам за последние десятилетия выполнено много научных работ, результаты которых опубликованы в монографиях [1—27] и статьях. Однако в последнее время ощущается нехватка книг с достаточно полным изложением теории и расчета передач постоянного тока, и прежде всего входящих в их состав мощных высоковольтных преобразовательных установок. Предлагая вниманию читателей настоящую книгу, автор надеется частично восполнить имеющийся пробел.
Книга охватывает основные вопросы, относящиеся к работе ППТ в установившихся (стационарных) режимах. Главное ее содержание— режимы, условия работы оборудования и характеристики одномосто-вого и двухмостового преобразователей, выполненных соответственно по трехфазной мостовой и 12-фазной каскадно-мостовой схеме.
После рассмотрения принципиальных схем и основных свойств ППТ (глава 1) анализируется работа одномостового и двухмостового преобразователей в выпрямительном и инверторном режимах, выводятся формулы для расчета напряжений, токов, углов коммутации, внешних характеристик и др. (главы 2—4).
В пятой и шестой главах рассматриваются электрические воздействия, характеризующие условия работы главных трансформаторов и высоковольтных вентилей в установившихся режимах. Особое
внимание при этом уделено гармоническому составу напряжений и токов и собственным колебательным процессам, возникающим при зажигании и погасании вентилей.
В седьмой главе приводится анализ режимов работы всей системы ППТ: выпрямителя, линии постоянного тока и инвертора; выясняется роль основных регуляторов, воздействующих на углы зажигания вентилей выпрямителя и инвертора.
Следующие две главы относятся к расчету гармоник напряжения и тока на выходе преобразовательных подстанций и вдоль линии постоянного тока. В восьмой главе определяются электрические параметры воздушных и кабельных линий постоянного тока, а в девятой приводятся методы расчета гармоник, рассматриваются способы их ограничения. Материал восьмой главы необходим для определения гармоник на стороне постоянного тока, а также для моделирования линии и исследования переходных процессов в системе ППТ.
В десятой главе описываются различные способы компенсации реактивной мощности, потребляемой преобразователями, анализируются условия работы конденсаторных батарей-фильтров на стороне переменного тока преобразовательных подстанций.
Заканчивается книга одиннадцатой главой, в которой приводятся достаточно полные схемы четырех ППТ с разным выполнением линий постоянного тока и преобразовательных подстанций, выясняются типичные схемные решения, применяемые на современных передачах постоянного тока.
Рассматривая в книге различные электромагнитные процессы, происходящие в сложной системе ППТ, автор старался пояснить их физическую сущность и иллюстрировать наглядным графическим материалом. Математическое описание процессов, как правило, содержит обоснованные исходные уравнения и условия и конечные результаты в виде аналитических выражений (формул), необходимых для выполнения инженерных расчетов. Промежуточные математические выводы обычно не приводятся.
В приложениях помещены таблицы, которые дают возможность достаточно быстро рассчитать электрические параметры линий постоянного тока с учетом влияния земли, i гармоники выпрямленного напряжения и гармоники переменного тока преобразователей.
Автор выражает надежду, что книга окажется полезной специалистам в области разработки, проектирования и эксплуатации передач постоянного тока и более широкому кругу специалистов по силовой преобразовательной технике.
Автор считает своим долгом выразить благодарность ст. научному сотруднику Р. А. Альтшулю, выполнившему ряд расчетов, Л. Н. Горбачевой, И. М. Антоновой и другим сотрудникам Научно-исследовательского института постоянного тока, оказавшим помощь при оформлении материалов книги.
Замечания по книге и отзывы на нее просьба направлять по адресу: 192041, Ленинград, Марсово поле, д. 1, Ленинградское отделение издательства «Энергия».
Автор
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие.......................V .... 3
Глава первая. Принципиальные схемы передач постоянного тока 5
1-1. Скелетная схема и принцип действия ППТ..........
1-2. Вентили — необходимые элементы преобразовательных подстанций ...........................
1-3. Вентильный мост — основной агрегат преобразовательной под-
8 10 11
станции ......
1-4. Каскадное включение мостов.............
1-5. Схемы ППТ с униполярной и биполярной линиями......11
1-6. Передачи постоянного тока с промежуточными подстанциями 14 1-7. Преимущества и недостатки ППТ, области применения .... 16 Глава вторая. Работа одномостового преобразователя в выпрямительном режиме.................18
2-1. Эквивалентная схема одномостового преобразователя.....—
2-2. Работа преобразователя в режиме попеременного горения по два
и три вентиля (режим 2—3).................22
2-3. Работа преобразователя в режиме горения по три вентиля (режим 3)..........................25
2-4. Работа преобразователя в режиме попеременного горения по три
и четыре вентиля (режим 3—4)...............27
2-5. Выпрямленное напряжение.................29
2-6. Семейство внешних характеристик выпрямителя.......36
Глава третья. Работа одномостового преобразователя в инвертор-ном режиме...................41
3-1. Эквивалентная схема одномостового инвертора........—
3-2. Процесс коммутации тока. Углы опережения и погасания ... 43 3-3. Распространение формул, выведенных для выпрямительного режима, на инверторный режим. Формула для расчета угла коммутации ..........................46
3-4. Уравнения для расчета угла погасания в разных диапазонах изменения угла опережения.................47
3-5. Выпрямленное напряжение ................50
3-6. Семейство внешних характеристик инвертора.........51
Глава четвертая. Работа двухмостового преобразователя в выпрямительном и инверторном режимах .... 56
4-1. Эквивалентная схема двухмостового преобразователя.....58
4-2. Работа преобразователя в режиме 4—5............61
4-3. Взаимное влияние мостов при работе преобразователя в режиме
4—5 ...........................64
4-4. Работа двухмостового выпрямителя в режиме 5........65
4-5. Угол погасания и внешние характеристики инвертора при работе
в режиме 4—5.......................67
4-6. Работа преобразователя в режиме 5—6 ............72
301
56
4-7. Угол погасания и внешние характеристики инвертора при работе _>
в режиме 5—6....................... ?!
4-8. Влияние коэффициента А на работу двухмостового'преобразова- :
теля........................... gfl
Глава пятая. Токи и напряжения главных трансформаторов. Переменный ток и мощность на входе одно- и двухмостовых преобразователей ................ 8J
5-1. Ток вторичной обмотки трансформатора, соединенной звездой -*
5-2. Ток вторичной обмотки трансформатора, соединенной треугольником ..........................
5-3. Переменный ток на входе одномостового преобразователя . . .
5-4. Переменный ток на входе двухмостового преобразователя . . .
5-5. Рациональный метод расчета гармоник переменного тока ....
5-6. Напряжение обмоток трансформатора............10G
5-7. Мощность на входе преобразователя и ее составляющие. Коэффи- V циент мощности......................1QJJ
5-8. Подпор постоянного напряжения на вторичных обмотках транс- ; • форматоров.........................1ft
Глава шестая. Анодный ток и анодное напряжение вентиля. Колебательные процессы и их демпфирование . . . . 11]
6-1. Анодный ток........................—
6-2. Анодное напряжение.................... Ill
6-3. Собственные колебания, возникающие при погасании вентиля, и
их влияние на анодное напряжение.......,..-.... 121
6-4. Демпфирование собственных колебаний, возникающих при погасании вентиля.......................13(
6-5. Колебательные процессы, возникающие при зажигании вентиля,
и их влияние на анодный ток................13f
6-6. Влияние анодных реакторов на режимы работы преобразователя 14'
Глава седьмая Режимы работы и к. п. д. передачи постоянного
тока..................... 1$
7-1. Схема ППТ........................-
7-2. Основные режимы работы ППТ...............151
7-3. Коэффициент полезного действия ППТ............15)
Глава восьмая. Электрические параметры и эквивалентные схемы
воздушных и кабельных линий постоянного тока 165
8-1. Распространение тока в земле................1®
8-2. Параметры униполярной воздушной линии..........16!
8-3. Параметры биполярной воздушной линии..........171
8-4. Эквивалентная схема биполярной воздушной линии......17)
8-5. Параметры и эквивалентная схема биполярной кабельной линии 181 8-6. Выбор числа звеньев искусственной линии.........,19
Глава девятая. Гармоники напряжения и тока на выходе преобра- ~ зовательных подстанций и в линии ППТ.....19'
9-1. Метод расчета гармоник выпрямленного тока.........19)
9-2. Определение внутренней индуктивности преобразователя . . . ИХ
9-3. Гармоники выпрямленного напряжения...........2(Х
9-4. Учет колебательных составляющих выпрямленного напряжения
при расчете гармоник...................2(Н
9-5. Расчет гармоник тока и напряжения по концам линии ..... 21|
9-6. Гармоники тока в линии...................221
9-7. Неканонические и нескомпенсированные гармоники......22J
9-8. Способы уменьшения гармоник тока в линии ППТ...../.22;
302
Глава десятая. Компенсация реактивной мощности. Фильтры на
стороне переменного тока ........... 230
10-1. Реактивная мощность, потребляемая преобразовательной подстанцией .........................231
10-2. Шунтовые конденсаторные батареи-фильтры. Синхронные компенсаторы ........................236
10-3. Сериесные конденсаторные батареи.............243
10-4. Преобразователи с искусственной коммутацией.......248
Глава одиннадцат а--я. Типичные схемы передач постоянного
/ тока.................253
11-1. ППТ о. Сардиния—Италия с униполярной линией 200 кв . . . —
11-2. ППТ в Новой Зеландии с биполярной воздушно-кабельной линией 500 кв.......................258
11-3. ППТ Волгоград—Донбасс с биполярной воздушной линией
800 кв.......................... 262
11-4. Глубокий кабельный ввод в Лондон на постоянном токе .... 272
Приложение 1. Таблица для расчета гармоник переменного тока . . 276 Приложение 2. Таблицы интегралов Карсона для расчета параметров
линий постоянного тока с учетом земли......281
Приложение 3. Таблица для расчета постоянной составляющей и
гармоник выпрямленного напряжения ...... 288
Список литературы.........................295
Цена: 150руб.
