Система передачи постоянного тока реки Нельсон , также известная как двухполюсник Манитобы , представляет собой систему передачи электроэнергии из трех высоковольтных линий постоянного тока в Манитобе , Канада, эксплуатируемую компанией Manitoba Hydro в рамках проекта гидроэлектростанции реки Нельсон . В настоящее время она занесена в список основных вех IEEE [1] в области электротехники . Несколько рекордов были побиты последовательными фазами проекта, включая самые большие (и последние) ртутно-дуговые вентили , самое высокое напряжение передачи постоянного тока и первое использование тиристорных вентилей с водяным охлаждением в HVDC.
Система передает электроэнергию, вырабатываемую несколькими гидроэлектростанциями вдоль реки Нельсон в Северной Манитобе , через пустыню в населенные районы на юге.
Он включает в себя две выпрямительные станции, преобразовательную станцию Radisson около Гиллама в точке с координатами 56°21′41″N 94°36′48″W / 56.36139°N 94.61333°W / 56.36139; -94.61333 (преобразовательная станция Radisson) и преобразовательную станцию Henday около Сандэнса в точке с координатами 56°30′14″N 94°08′24″W / 56.50389°N 94.14000°W / 56.50389; -94.14000 (преобразовательная станция Henday) , одна инверторная станция , преобразовательная станция Dorsey в Россере , расположенная в 26 километрах (16 милях) к северо-западу от Виннипега в точке с координатами 49°59′34″N 97°25′42″W / 49.99278°N 97.42833°W / 49.99278; -97.42833 (преобразовательная станция Dorsey) ), и два набора высоковольтных линий электропередачи постоянного тока. Каждая линия электропередачи HVDC имеет два параллельных воздушных проводника для передачи положительного и отрицательного питания.
Третья линия, Bipole 3, была завершена в 2018 году и пролегала от новой преобразовательной станции Keewatinoow вдоль западного берега озера Манитоба до новой преобразовательной станции Riel на восточной стороне Виннипега.
Нет промежуточных коммутационных станций или ответвлений. Все три биполярные системы имеют обширные заземляющие обратные электроды, позволяющие использовать их в монополярном режиме.
Строительство в 1966 году электростанции Kettle Rapids мощностью 1272 МВт потребовало длинной линии электропередачи для ее соединения с центрами нагрузки в южной части Манитобы. Правительство Канады согласилось профинансировать установку линии HVDC, которая должна была быть погашена компанией Manitoba Hydro , когда рост нагрузки позволит коммунальному предприятию взять на себя долг, причитающийся за линию. Поставка электроэнергии постоянного тока началась 17 июня 1972 года.
Один блок генераторной станции Кеттл был завершен до того, как были завершены преобразователи постоянного тока. [2] Зимой 1970 года двухполюсные линии были запитаны переменным током, что обеспечило полезную подачу энергии в систему Манитобы; был установлен шунтирующий реактор для предотвращения избыточного повышения напряжения из-за эффекта Ферранти .
В то время Bipole I использовала самое высокое в мире рабочее напряжение для доставки наибольшего количества электроэнергии из удаленного места в город и использовала самые большие ртутные дуговые вентили, когда-либо разработанные для такого применения. Линия потребовала строительства более 3900 опор с растяжками и 96 самонесущих опор на различных рельефах. Вечная мерзлота в некоторых районах привела к просадке фундамента до 3 футов (1 м).
Кредит правительства Канады был погашен, когда Manitoba Hydro выкупила линию и непогашенный долг в 1992 году. [3] В 1997 году торнадо повредило 19 опор линий постоянного тока. Во время ремонта некоторым крупным клиентам было рекомендовано сократить нагрузку, но импорт по линиям 500 кВ от соседних коммунальных предприятий в Соединенных Штатах предотвратил серьезные перебои с электроснабжением.
Третья такая линия, названная Bipole 3, была предложена для прохождения вдоль западной стороны Манитобы. 26 октября 2009 года Канадская федерация налогоплательщиков вместе с экспертами по инженерии и экологии опубликовала анализ, который, по их утверждению, опровергает каждое из утверждений правительства о том, почему линия должна быть построена по западной стороне провинции. [4] Линия была построена на западном маршруте и завершена в 2018 году.
В настоящее время система передачи состоит из трех биполярных линий передачи с преобразовательными станциями и заземляющими обратными электродами для обеспечения монопольной работы.
Биполь 1 проходит 895 километров (556 миль) от Рэдиссона до Дорси. Первоначально он был рассчитан на максимальную разность потенциалов ±450 киловольт и максимальную мощность 1620 мегаватт . [5] Это приводит к электрическому току 1800 ампер .
Биполь 1 состоит из шести 6-импульсных групп преобразователей на каждом конце (три последовательно на полюс), каждая из которых изначально рассчитана на 150 кВ постоянного тока, 1800 А. [6] Каждая группа преобразователей может быть шунтирована на стороне постоянного тока с помощью вакуумного переключателя. Последующие модернизации увеличили номинальный ток до 2000 А, а номинальное напряжение большинства оборудования до 166 кВ на мост (т. е. всего 500 кВ), хотя по состоянию на январь 2013 года Manitoba Hydro все еще сообщает, что линия работает на +463 кВ/−450 кВ.
Когда он был построен между мартом 1971 и октябрем 1977 года, ртутные дуговые вентили использовались для выпрямления переменного тока . Эти вентили , поставленные English Electric , [7] имели по шесть анодных колонн параллельно и были самыми мощными ртутными дуговыми вентилями, когда-либо построенными. Каждый из них имел вес 10 200 кг (22 500 фунтов), длину 4,57 метра (15,0 футов), ширину 2,44 метра (8,0 футов) и высоту 3,96 метра (13,0 футов). Между 1992 и 1993 годами ртутные дуговые вентили полюса 1 были заменены твердотельными тиристорами от GEC Alsthom, что увеличило максимальную мощность и напряжение линии до ее нынешних уровней. Ртутные дуговые вентили полюса 2 были позже заменены Siemens . [8] К концу 2004 года последние ртутные дуговые вентили на полюсе 2 были заменены тиристорами.
В обоих местах, Radisson и Dorsey, тиристоры расположены в том же зале, где изначально стояли ртутные дуговые вентили. В обоих местах зал имеет высоту 18,29 метра (60,0 футов), ширину 22,86 метра (75,0 футов) и длину 44,2 метра (145 футов).
Линия электропередачи Bipole 2 протянулась на 937 километров (582 мили) от Хендая до Дорси. Bipole 2 может передавать максимальную мощность 1800 МВт при потенциале ±500 кВ. Bipole 2 состоит из четырех 12-импульсных групп преобразователей на каждом конце (по две последовательно на полюс) и была введена в эксплуатацию в два этапа. После первого этапа в 1978 году максимальная мощность составляла 900 МВт при 250 кВ, которая увеличилась до нынешнего значения, когда она была завершена в 1985 году. [9]
Биполюс 2 пересекает реку Нельсон в точке с координатами 56.459811 с.ш., 94.143273 з.д. Имеется резервный переход через реку Нельсон в точке с координатами 56.441383 с.ш., 94.176114 з.д. Непосредственное переключение линии на резервный переход невозможно.
В отличие от Bipole 1, Bipole 2 всегда был оснащен тиристорами. Тиристоры, поставленные немецким консорциумом HVDC ( Siemens , AEG и Brown Boveri ) , впервые в проекте HVDC использовали водяное охлаждение [10] . До этого времени относительно немногие схемы HVDC с использованием тиристоров использовали либо воздушное охлаждение, либо, как в проекте Cahora Bassa , поставленном тем же консорциумом, масляное охлаждение. Тиристоры были расположены в напольных вертикальных стеках по четыре в каждом ( quadrivalves ). Каждый набор содержал 96 тиристорных уровней последовательно, два параллельно. Они были расположены в 16 тиристорных модулях, соединенных последовательно с 8 реакторными модулями.
В 1996 году экстремальный ветер повредил оба биполя 1 и 2 и грозил обесточить Виннипег. Энергия поддерживалась за счет импорта из Миннесоты, пока ремонтировались два существующих биполя. Чтобы избежать повторения этого события и еще больше повысить надежность электроснабжения, Manitoba Hydro исследовала маршруты дальше на запад для своей линии биполя 3. Планы также включают дополнительную преобразовательную станцию и линии питания вокруг города. Строительство биполя 3 началось в 2012 году. Линия была завершена и введена в эксплуатацию в июле 2018 года. [11]
Основными элементами системы Bipole III являются:
Линия использует стальные башни с растяжками на северных участках линии и самонесущие стальные решетчатые башни в южной части. В среднем на километр будет около двух конструкций. Каждая башня несет связанный проводник для каждого полюса. Каждый проводник полюса сделан из трех субпроводников, эквивалентных 1590 MCM ACSR . Проводники поддерживаются закаленными стеклянными или фарфоровыми изоляторами напряжения с максимальным зазором до уровня земли 34 метра, с минимальным 13,2 метра в середине пролета и максимальным провисанием проводника. Верх башен несет оптический заземляющий кабель, обеспечивающий заземляющее соединение для башен и оптические волокна для управления и связи системы. [12]
Обычно ширина полосы отвода для линии постоянного тока высокого напряжения составляет 66 метров, при этом 45 метров расчищаются непосредственно под линией.
Система способна передавать 2000 мегаватт электроэнергии со станций реки Нельсон на потребители на юге.
Хотя обычно каждая из линий работает как биполярная система, если полюс отключается для технического обслуживания или из-за неисправности, заземляющий электрод используется для поддержания работы с частичной мощностью.
Биполюса 1 и 2 имеют общий заземляющий электрод кольцевого типа диаметром 305 метров (1001 фут), расположенный в 21,9 километрах (13,6 мили) от преобразовательной установки Дорси в точке с координатами 50°10′29″N 97°24′08″W / 50.17472°N 97.40222°W / 50.17472; -97.40222 (заземляющий обратный электрод преобразовательной станции Дорси) . Электрод Дорси соединен с преобразовательной установкой двумя воздушными линиями на деревянных столбах, одна для биполя 1 и одна для биполя 2.
В Рэдиссоне Bipole 1 использует заземляющий электрод того же размера и типа, что и Дорси, но всего в 11,2 километрах (7,0 миль) от станции в точке с координатами 56°21′22″ с. ш. 94°45′17″ з. д. / 56,35611° с. ш. 94,75472° з. д. / 56,35611; -94,75472 (заземляющий обратный электрод преобразовательной станции Рэдиссон) .
Биполь 2 использует заземляющий электрод диаметром 548 метров (1798 футов), расположенный в 11,2 километрах (7,0 миль) от преобразовательной станции Хендай 56°26′2″ с.ш. 94°13′22″ з.д. / 56,43389° с.ш. 94,22278° з.д. / 56,43389; -94,22278 (заземляющий обратный электрод преобразовательной станции Хендай) .
Bipole 3 имеет заземляющий электродный участок около преобразовательной станции Keewatinoow в точке с координатами 56°34′56″N 93°57′02″W / 56.58222°N 93.95056°W / 56.58222; -93.95056 (заземляющий электрод Keewatinoow) , соединенный 30-километровой электродной линией. На южной преобразовательной станции Riel электродная линия проходит примерно 26 км до заземляющего электродного участка в точке с координатами 49°56′12″N 96°43′01″W / 49.93667°N 96.71694°W / 49.93667; -96,71694 (заземляющий электрод Хейзелридж) недалеко от Хейзелриджа, Манитоба .
