एचवीडीसी कनवर्टर स्टेशन

मैनिटोबा, कनाडा में डोरसी स्टेशन

एचवीडीसी कनवर्टर स्टेशन (या बस कनवर्टर स्टेशन) विशेष प्रकार का विद्युत सबस्टेशन है जो उच्च वोल्टेज प्रत्यक्ष धारा (एचवीडीसी) ट्रांसमिशन लाइन के लिए टर्मिनल उपकरण बनाता है। यह दिष्ट धारा को प्रत्यावर्ती धारा या विपरीत धारा में परिवर्तित करता है। विद्युत् इन्वर्टर के अतिरिक्त, स्टेशन में सामान्यतः सम्मिलित होते हैं:

• तीन चरण प्रत्यावर्ती धारा स्विच गियर
• ट्रांसफॉर्मर
• प्रतिक्रियाशील शक्ति के लिए कैपेसिटर या सिंक्रोनस कंडेनसर
• हार्मोनिक नियंत्रण के लिए इलेक्ट्रॉनिक फिल्टर
• प्रत्यक्ष धारा स्विच गियर।

अवयव

कन्वर्टर

Main article: एचवीडीसी कनवर्टर

हेंडे कन्वर्टर स्टेशन पर वाल्व हॉल, कनाडा में नेल्सन रिवर डीसी ट्रांसमिशन प्रणाली का भाग।

कनवर्टर वाल्व हॉल नामक भवन में स्थापित किया जाता है। प्रारंभिक एचवीडीसी प्रणालियों ने पारा-चाप वाल्व का उपयोग किया जाता था, किंतु 1970 दशक के मध्य से थाइरिस्टर्स जैसे ठोस अवस्था वाले उपकरणों का उपयोग किया जाने लगा। थाइरिस्टर या मरकरी-आर्क वाल्व का उपयोग करने वाले कन्वर्टर्स को लाइन कम्यूटेटेड कन्वर्टर्स के रूप में जाना जाता है। थाइरिस्टर-आधारित कन्वर्टर्स में, कई थाइरिस्टर वाल्व बनाने के लिए थाइरिस्टर श्रृंखला में जुड़े होते हैं, और प्रत्येक कनवर्टर में सामान्य रूप से छह या बारह थाइरिस्टर वाल्व होते हैं। थाइरिस्टर वाल्व सामान्यतः जोड़े या चार के समूह में समूहीकृत होते हैं और फर्श पर इंसुलेटर पर खड़े हो सकते हैं या छत से इंसुलेटर से लटक सकते हैं।

लाइन कम्यूटेटेड कन्वर्टर्स को कम्यूटेशन के लिए एसी नेटवर्क से वोल्टेज की आवश्यकता होती है, किंतु 1990 दशक के उत्तरार्ध से, एचवीडीसी के लिए वोल्टेज स्रोत कन्वर्टर्स का उपयोग प्रारंभ हो गया है। वोल्टेज सोर्स कन्वर्टर्स थाइरिस्टर्स के अतिरिक्त इंसुलेटेड-गेट बाइपोलर का उपयोग करते हैं, और ये डीएनर्जेटिक एसी प्रणाली को शक्ति प्रदान कर सकते हैं।

एचवीडीसी के लिए उपयोग किए जाने वाले लगभग सभी कन्वर्टर्स आंतरिक रूप से किसी भी दिशा में विद्युत् रूपांतरण को रेक्टिफिकेशन कहा जाता है और एसी से डीसी में विद्युत् रूपांतरण को व्युत्क्रमण कहा जाता है।

डीसी उपकरण

बाल्टिक केबल एचवीडीसी लिंक पर एचवीडीसी केबल टर्मिनेशन और डीसी स्मूथिंग रि्टर।

दिष्टधारा उपकरण में प्रायः कुंडल (जिसे रिएक्टर कहा जाता है) सम्मिलित होता है जो प्रत्यक्ष धारा को सुचारू बनाने में सहायता करने के लिए डीसी लाइन के साथ श्रृंखला में अधिष्ठापन जोड़ता है। इंडक्शन सामान्यतः 0.1 हेनरी (यूनिट) और 1 H के मध्य होता है। स्मूथिंग रि्टर में या तो एयर-कोर या आयरन-कोर हो सकता है। आयरन-कोर कॉइल्स तेल से भरे उच्च वोल्टेज ट्रांसफार्मर के जैसे दिखते हैं। एयर-कोर स्मूथिंग कॉइल उच्च वोल्टेज ट्रांसमिशन लाइनों में वाहक आवृत्ति चोक कॉइल के समान होते हैं, किंतु अधिक बड़े होते हैं और इंसुलेटर द्वारा समर्थित होते हैं। एयर कॉइल्स में आयरन-कोर कॉइल्स की तुलना में कम ध्वनिक शोर उत्पन्न करने का लाभ होता है, बिखरे हुए तेल के संभावित पर्यावरणीय संकट को समाप्त करते हैं, और वे क्षणिक उच्च धारा शार्ट परिपथ स्थितियों के अंतर्गत संतृप्त नहीं होते हैं। प्लांट के इस भाग में डायरेक्ट धारा और वोल्टेज मापने के उपकरण भी होंगे।

उच्च आवृत्ति हस्तक्षेप को समाप्त करने के लिए विशेष डायरेक्ट धारा फिल्टर का उपयोग किया जाता है। यदि ट्रांसमिशन लाइन संचार और नियंत्रण के लिए विद्युत्-लाइन संचार तकनीकों का उपयोग करेगी, या यदि ओवरहेड लाइन जनसंख्या वाले क्षेत्रों से होकर निकलेगी तो ऐसे फिल्टर की आवश्यकता होती है। ये फिल्टर निष्क्रिय एलसी परिपथ फिल्टर या सक्रिय फिल्टर हो सकते हैं, जिसमें ट्रांसफॉर्मर और सुरक्षा कैपेसिटर के माध्यम से एम्पलीफायर सम्मिलित होता है, जो लाइन पर हस्तक्षेप सिग्नल को चरण से बाहर संकेत देता है, जिससे इसे निरस्त कर दिया जाता है। ऐसी प्रणाली का उपयोग बाल्टिक केबल एचवीडीसी परियोजना पर किया गया था।

कनवर्टर ट्रांसफॉर्मर

एकल-चरण, तीन-घूर्णन कनवर्टर ट्रांसफार्मर।

कनवर्टर ट्रांसफॉर्मर एसी आपूर्ति नेटवर्क के वोल्टेज को बढ़ाते हैं। ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग के स्टार-से-डेल्टा या वाई-डेल्टा ट्रांसफार्मर का उपयोग करके, कनवर्टर एसी आपूर्ति में प्रत्येक चक्र के लिए 12 पल्स के साथ कार्य कर सकता है, जो कई हार्मोनिक धारा घटकों को समाप्त करता है। ट्रांसफॉर्मर वाइंडिंग्स का इन्सुलेशन विशेष रूप से पृथ्वी पर बड़ी डीसी क्षमता का सामना करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। कनवर्टर ट्रांसफार्मर को इकाई के रूप में 300 मेगा वोल्ट एम्पीयर (मेगावाट) जितना बड़ा बनाया जा सकता है। बड़े ट्रांसफॉर्मर को परिवहन करना अव्यावहारिक है, इसलिए जब बड़ी रेटिंग की आवश्यकता होती है, तो कई व्यक्तिगत ट्रांसफार्मर जुड़े होते हैं। या तो दो तीन-चरण इकाइयाँ या तीन एकल-चरण इकाइयों का उपयोग किया जा सकता है। पश्चात वाले संस्करण में केवल ट्रांसफार्मर का उपयोग किया जाता है, जिससे अतिरिक्त ट्रांसफार्मर की आपूर्ति अधिक उपयोगी हो जाती है।

कनवर्टर ट्रांसफॉर्मर प्रति चक्र कनवर्टर के चार चरणों में उच्च प्रवाह विद्युत् चरणों के साथ कार्य करते हैं, और इसलिए सामान्य तीन चरण विद्युत् ट्रांसफार्मर की तुलना में अधिक ध्वनिक शोर उत्पन्न करते हैं। एचवीडीसी कनवर्टर स्टेशन की साइटिंग में इस प्रभाव पर विचार किया जाना चाहिए। शोर कम करने वाले उपकरण लगाए जा सकते हैं।

प्रतिक्रियाशील शक्ति

जब लाइन कम्यूटेटेड कन्वर्टर्स का उपयोग किया जाता है, तो कनवर्टर स्टेशन को प्रतिक्रियाशील शक्ति के रूप में अपनी विद्युत् रेटिंग के 40% और 60% के मध्य की आवश्यकता होगी। यह स्विच्ड कैपेसिटर या सिंक्रोनस कंडेनसर के बैंकों द्वारा प्रदान किया जा सकता है, या यदि उपयुक्त विद्युत् उत्पादन स्टेशन स्टेटिक इन्वर्टर प्लांट के निकट स्थित है, तो विद्युत् स्टेशन में जनरेटर द्वारा प्रदान किया जा सकता है। प्रतिक्रियाशील विद्युत् की आवश्यकता को कम किया जा सकता है, यदि कनवर्टर ट्रांसफार्मर में एसी वोल्टेज नियंत्रण के लिए पर्याप्त रेंज के साथ ऑन-लोड टैप परिवर्तक हों। प्रतिक्रियाशील शक्ति की कुछ आवश्यकता को हार्मोनिक फ़िल्टर घटकों में आपूर्ति की जा सकती है।

वोल्टेज स्रोत वाले कन्वर्टर प्रतिक्रियाशील और साथ ही वास्तविक शक्ति उत्पन्न या अवशोषित कर सकते हैं, और अतिरिक्त प्रतिक्रियाशील विद्युत् उपकरण का सामान्यतः आवश्यकता नहीं होती है।

हार्मोनिक फिल्टर

हार्मोनिक तरंगों के उन्मूलन और लाइन कम्यूटेटेड कनवर्टर स्टेशनों पर प्रतिक्रियाशील शक्ति के उत्पादन के लिए हार्मोनिक फिल्टर आवश्यक हैं। छह पल्स लाइन कम्यूटेटेड कन्वर्टर्स वाले संयंत्रों में, जटिल हार्मोनिक फिल्टर आवश्यक हैं क्योंकि एसी पक्ष पर ऑर्डर 6n + 1 और 6n - 1 के विषम संख्या वाले हार्मोनिक्स और डीसी पक्ष पर ऑर्डर 6n के हार्मोनिक्स भी उत्पादित होते हैं। 12 पल्स कनवर्टर स्टेशनों पर, केवल 12n + 1 और 12n - 1 (एसी क्ष पर) या 12n (डीसी की ओर) क्रम के हार्मोनिक वोल्टेज या धाराएं परिणामित होती हैं। फ़िल्टर अपेक्षित हार्मोनिक आवृत्तियों के अनुरूप होते हैं और इसमें कैपेसिटर और इंडक्टर्स के श्रृंखला संयोजन होते हैं।

वोल्टेज सोर्स कन्वर्टर्स सामान्यतः लाइन कम्यूटेटेड कन्वर्टर्स की तुलना में कम तीव्रता वाले हार्मोनिक्स का उत्पादन करते हैं। परिणामस्वरूप, हार्मोनिक फिल्टर सामान्यतः छोटे होते हैं या पूर्ण रूप से छोड़े जा सकते हैं।

हार्मोनिक फिल्टर के अतिरिक्त, 30 kHz से 500 kHz की सीमा में विद्युत्-लाइन वाहक उपकरण की आवृत्ति सीमा में असत्य संकेतों को समाप्त करने के लिए उपकरण भी प्रदान किए जाते है। ये फिल्टर सामान्यतः स्थैतिक इन्वर्टर ट्रांसफार्मर के प्रत्यावर्ती धारा टर्मिनल के निकट होते हैं। उनमें कॉइल होती है जो अनुनाद परिपथ बनाने के लिए समानांतर संधारित्र के साथ लोड धारा को प्रवाहित करता है।

विशेष स्थितियों में, प्रतिक्रियाशील शक्ति उत्पन्न करने के लिए विशेष रूप से मशीनों का उपयोग करना संभव हो सकता है। इसका अनुभव वोल्गा हाइड्रोइलेक्ट्रिक स्टेशन पर स्थित एचवीडीसी वोल्गोग्राड-डोनबास के टर्मिनल पर होता है।

एसी स्विचगियर

कनवर्टर स्टेशन का तीन-चरण प्रत्यावर्ती धारा स्विच गियर एसी सबस्टेशन के समान है। इसमें कनवर्टर ट्रांसफार्मर की ओवरधारा सुरक्षा के लिए परिपथ वियोजक, नियंत्रण, माप और सुरक्षा के लिए आइसोलेटिंग स्विच, ग्राउंडिंग स्विच और उपकरण ट्रांसफार्मर सम्मिलित होंगे। एसी प्रणाली पर विद्युत् गिरने से एसी उपकरण की सुरक्षा के लिए स्टेशन में लाइटनिंग अरेस्टर भी होंगे।

अन्य

आवश्यक क्षेत्र

कनवर्टर स्टेशन के लिए आवश्यक क्षेत्र पारंपरिक ट्रांसफॉर्मर से अधिक बड़ा है, उदाहरण के लिए 600 मेगावाट की ट्रांसमिशन रेटिंग और 400 kV का ट्रांसमिशन वोल्टेज लगभग 300 x 300 मीटर (1000 x 1000 फीट) है। निम्न-वोल्टेज संयंत्रों को कुछ सीमा तक कम भूमि क्षेत्र की आवश्यकता हो सकती है, क्योंकि बाहरी उच्च-वोल्टेज उपकरण के निकट कम वायु स्थान निकासी की आवश्यकता होगी।

स्थान कारक

कन्वर्टर स्टेशन ध्वनिक शोर उत्पन्न करते हैं। कनवर्टर स्टेशन गंभीर स्तर के रेडियो-आवृत्ति हस्तक्षेप उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए इन उत्सर्जनों को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन सुविधाओं को सम्मिलित किया जाता है। दीवारें शोर से सुरक्षा प्रदान कर सकती हैं। सभी एसी सबस्टेशनों के जैसे, उपकरण से तेल गिरने की स्थिति में भूजल को दूषित होने का अवरोध किया जाना चाहिए। ओवरहेड ट्रांसमिशन लाइनों के लिए पर्याप्त क्षेत्र की आवश्यकता हो सकती है, किंतु भूमिगत केबल का उपयोग करने पर इसे कम किया जा सकता है।

यह भी देखें

• एचवीडीसी परियोजनाओं की सूची
• रोटरी कनवर्टर संयंत्र
• हाई-वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर फायर बैरियर्स