اجزای خط انتقال HVDC

اجزای خط انتقال HVDC:
شکل زیر نمودار تک خطی خط انتقال HVDC را نشان می دهد. در ادامه، در مورد عملکرد هر بخش صحبت خواهیم کرد.

اجزای این سیستم عبارتند از:

• ترانسفورماتور مبدل.
• مبدل ها.
• فیلترها.
• راکتور صاف کننده.
• الکترودهای زمین و خط الکترود.
• خطوط انتقال یا کابل DC.
• منبع توان راکتیو.
• پست برق AC.

ترانسفورماتور مبدل:
ترانسفورماتور مبدل (Converter Transformer) نسبت به ترانسفورماتور معمولی مورد استفاده در خط انتقال HVAC تفاوت دارد. این ترانسفورماتور به تجهیزات الکترونیک قدرت متصل شده و برای مقاومت در برابر فشار ولتاژ DC و جریان های هارمونیک طراحی شده است.

در ترانسفورماتور مبدل، محتوای هارمونیکی در مقایسه با ترانسفورماتور معمولی بیشتر است. از این رو، باعث شار نشتی بیشتری شده و نقطه داغ در سیم پیچ تشکیل می دهد. بنابراین، این ترانسفورماتورها برای جلوگیری از تأثیر نقطه داغ به تجهیزات خنک کننده اضافه نیاز دارند.

ترانسفورماتور افزاینده برای افزایش سطح ولتاژ ابتدای خط استفاده می شود و ترانسفورماتور کاهنده برای کاهش سطح ولتاژ در انتهای خط به کار می رود. پیکربندی های مختلفی بر اساس کاربرهای متفاوت وجود دارد، یعنی از دو واحد ترانسفورماتور سه فاز یا سه واحد تک فاز می توان استفاده کرد.

مبدل ها:
انرژی الکتریکی به فرم AC تولید و استفاده می شود. از این رو، مبدل ها در هر دو انتهای خط انتقال استفاده می شوند.

از یکسوساز برای تبدیل AC به DC در ابتدای خط استفاده می شود. همچنین، اینورتر برای تبدیل DC به AC در انتهای خط به کار برده می شود. اندازه این مبدل ها بسیار بزرگ است و به طور کلی در یک ساختمان جداگانه معروف به «اتاق شیر» (Valve Hall) قرار دارند.

در ساخت خطوط HVDC، از تریستورها به عنوان سوئیچ الکترونیک قدرت در مبدل ها استفاده می شد. این مبدل ها به عنوان مبدل های کموتاسیون خط شناخته می شوند. در مبدل تریستوری، شیرهای تریستوری به صورت جفت گروه بندی می شوند.

هر مبدل از شش یا دوازده شیر تشکیل شده است. برای ارتباطات مخابراتی نیز به ولتاژ سیستم AC نیاز است. اما امروزه، مبدل های منبع ولتاژ معرفی شده اند.

این نوع مبدل ها به جای تریستور از IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گِیت عایق شده) استفاده می کنند. این مبدل ها برای برقراری ارتباطات مخابراتی به ولتاژ AC نیاز ندارند.

فیلترها:
مبدل ها از سوئیچ های الکترونیک قدرت استفاده می کنند. به دلیل سوئیچینگ مبدل ها در هر دو انتهای یک خط انتقال، هارمونیک ها تولید می شوند. این هارمونیک ها به سیستم AC منتقل می شوند و این می تواند به گرمای بیش از حد تجهیزات منجر شود.

بنابراین، کاهش یا حذف هارمونیک ها ضروری است. از فیلترها برای کاهش هارمونیک استفاده می شود.

این فیلترها در دو طرف AC و DC به کار می روند. فیلتر مورد استفاده در سیستم AC به عنوان فیلتر AC و فیلتر مورد استفاده در سیستم DC به عنوان فیلتر DC شناخته می شود. این مجموعه، از خازن ها و سلف های سری تشکیل شده و برای از بین بردن فرکانس های هارمونیک مورد انتظار تنظیم شده است.

فیلترهای AC امپدانس کمتری دارند و از اجزای پسیو استفاده و توان راکتیو لازم برای کارکرد مبدل را تأمین می کنند. فیلترهای DC نسبت به فیلترهای AC کوچک تر و ارزان تر هستند. شدت هارمونیک ها در مبدل های منبع ولتاژ در مقایسه با مبدل های کموتاسیون خط کمتر است.

راکتور صاف کننده:
راکتور صاف کننده به صورت سری با مبدل در سمت DC متصل شده و از آن برای ایجاد جریان های بدون ریپل و کاهش هارمونیک در سیستم DC استفاده می شود. همچنین با محدود کردن جریان خطا، برای اهداف محافظتی نیز به کار برده می شود. راکتور صاف کننده را می توان در طرف خط یا طرف خنثی نیز متصل کرد.

راکتورهای صاف کننده برای تنظیم جریان DC نیز به کار می روند. اگر تغییر ناگهانی در جریان DC رخ دهد، راکتور با آن مخالفت می کند و اجازه می دهد جریان DC با یک مقدار ثابت برقرار شود.

از این رو، با جلوگیری از تغییرات ناگهانی، استرس روی شیر مبدل را کاهش می دهند. راکتور صاف کننده راکتوری است که اندوکتانس بالایی دارد و با روغن خنک می شود.

الکترودهای زمین و الکترود خط:
نقطه میانی مبدل از طریق الکترود زمین در دو طرف خط انتقال زمین می شود. این الکترودها در فاصله بسیار دور (5 تا 20 کیلومتر) از پست قرار گرفته اند.

از الکترود خط نیز برای ایجاد ارتباط با الکترودهای زمین استفاده می شود. برای کاهش خورندگی گالوانیکی از تشک زمین شبکه فلزی نیز استفاده می شود.

خطوط انتقال و کابل های انتقال DC:
با توجه به نوع سیستم HVDC، تعدادی هادی انتخاب می شوند و برای انتقال توان HVDC از ابتدا به انتهای خط به کار می روند. در سیستم DC به دلیل عدم وجود فرکانس، هیچ گونه اثر پوستی مشاهده نمی شود. در مقایسه با سیستم HVAC اندازه هادی برای توان مشابه کوچک تر است.

منبع توان راکتیو:
برای عملکرد مبدل به توان راکتیو نیاز است. این توان را می توان از طریق بانک خازنی، کندانسور سنکرون یا ایستگاه تولید مناسب در نزدیکی مبدل تأمین کرد. در مورد مبدل کموتاسیون خط، توان راکتیو مورد نیاز بین 40 تا 60 درصد از توان نامی آن است.

این تقاضا را می توان با ترانسفورماتور مبدل که دارای تپ چنجر یا لغزنده زیر بار (On Load) با محدوده مناسبی باشد، کاهش داد.

فیلتر هارمونیک مقداری از توان راکتیو را تأمین می کند. در مورد مبدل منبع ولتاژ، می توان توان راکتیو یا اکتیو را تولید یا جذب کرد. از این رو، به منبع توان راکتیو اضافه نیازی نیست.

پست AC:
پست مبدل شامل تجهیزات حفاظتی مختلفی مانند قطع کننده مدار (مدارشکن)، سوئیچ زمین، سوئیچ ایزولاسیون و برقگیر است.

از مدارشکن برای محافظت از مبدل ها در برابر گرمای بیش از حد استفاده می شود. صاعقه گیر برای محافظت از پست مبدل در برابر صاعقه روی سیستم AC به کار می رود.

پست AC همچنین از یک ترانسفورماتور ابزار دقیق برای اندازه گیری و همچنین اهداف کنترل و حفاظت تشکیل شده است.