Канаданың Манитоба провинциясындағы қуатты электр желісі – Nelson River DC. Гидроэлектростанциялардан энергияны тасымалдайды, рекордтық технологиялар қолданылған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр қуатын беру жүйесі
Electric power transmission system
Нельсон өзенінің тұрақты ток беру жүйесі, сондай-ақ Манитоба биполі деп аталады, бұл Манитобадағы (Канада) үш жоғары кернеулі, бірқалыпты ток желілерінің электр қуатын беру жүйесі, оны Нельсон өзенінің гидроэлектрлік жобасының бөлігі ретінде Манитоба Гидро компаниясы басқарады. Ол қазір IEEE Milestones тізімінде тіркелген. Жобаның бірнеше кезеңдері бірнеше рекордтарды жаңартты, соның ішінде ең үлкен (және соңғы) сынап аркасы клапандары, ең жоғары тұрақты ток беру кернеуі және HVDC-де сумен салқындатылған тиристорлы клапандарды алғаш рет пайдалану. Бұл жүйе солтүстік Манитобадағы Нельсон өзенінің бойында орналасқан бірнеше гидроэлектр станцияларынан өндірілген электр қуатын оңтүстіктегі елді мекендерге шөл дала арқылы жеткізеді. Ол екі түзету станциясын – Гиллам маңындағы Радисон конвертер станциясын және Сандэнс маңындағы Хендей конвертер станциясын, бір инвертер станциясын – Виннипегтің солтүстік-батысында орналасқан Россердегі Дорси конвертер станциясын, және екі жоғары кернеулі бірқалыпты ток тарату желісін қамтиды. Әрбір HVDC беру желісі оң және теріс қоректенуді тасымалдау үшін екі параллельді жоғары кернеулі сымды қамтиды. Үшінші желі, Биполь 3, 2018 жылы аяқталды, ол Манитоба көлінің батыс жағындағы жаңа Киватиноу конвертерлік станциясынан Виннипегтің шығыс жағындағы жаңа Риел конвертерлік станциясына дейін созылады. Орталық ауыстыру станциялары немесе қосымша нүктелер жоқ. Үш біполярлы жүйеде де монополярлы режимде пайдалануға мүмкіндік беретін кең жерге оралатын электродтар бар.
The Nelson River DC Transmission System, also known as the Manitoba Bipole, is an electric power transmission system of three high voltage, direct current lines in Manitoba, Canada, operated by Manitoba Hydro as part of the Nelson River Hydroelectric Project. It is now recorded on the list of IEEE Milestones in electrical engineering. Several records have been broken by successive phases of the project, including the largest (and last) mercury arc valves, the highest DC transmission voltage and the first use of water cooled thyristor valves in HVDC. The system transfers electric power generated by several hydroelectric power stations along the Nelson River in Northern Manitoba across the wilderness to the populated areas in the south. It includes two rectifier stations, Radisson Converter Station near Gillam at and Henday Converter Station near Sundance at , one inverter station, Dorsey Converter Station at Rosser located north west of Winnipeg at ), and two sets of high voltage direct current transmission lines. Each HVDC transmission line has two parallel overhead conductors to carry the positive and negative feeds. A third line, Bipole 3, was completed in 2018, running from the new Keewatinoow Converter Station along the west side of Lake Manitoba to the new Riel Converter station on the east side of Winnipeg. There are no intermediate switching stations or taps. All three bipolar systems have extensive ground return electrodes to allow use in monopolar mode.
Тарих
1966 жылы 1272 МВт Kettle Rapids электр станциясының құрылысы Манитобаның оңтүстік бөлігіндегі тұтыну орталықтарына қосылу үшін ұзақ тарату желісін қажет етті. Канада үкіметі HVDC желісін орнатуды қаржыландыруға келісті, оны Manitoba Hydro компаниясы жүктеме өсімі желіге байланысты қарызды өтеуге мүмкіндік берген кезде төлейтін болды. Тұрақты ток электр қуатын жеткізу 1972 жылдың 17 маусымында басталды. Kettle электр станциясының бір бөлігі тұрақты ток түрлендіргіштері аяқталмас бұрын құрылысын аяқтады. 1970 жылғы қыста екі полюсті желілер айнымалы токпен қуаттандырылды, бұл Манитоба жүйесіне пайдалы энергияны қосты; Ферранти эффектісінен туындаған артық кернеудің өсуін болдырмау үшін шунт реакторы орнатылды. Сол кезде Bipole I әлемдегі ең жоғары жұмыс кернеуін пайдаланып, алыс орналасқан жерден қалаға ең көп қуатты жеткізді және осындай қолдану үшін жасалған ең ірі сынаптық доға клапандарын қолданды. Желінің құрылысына 3900-нен астам тіреу мұнаралары және 96 өздігінен тұрған мұнаралар қажет болды. Кейбір аймақтарда мәңгілік тоңның болуы іргетастың 1 метрге дейін шөгуіне әкелді. Канада үкіметі берген несие 1992 жылы Manitoba Hydro компаниясы желіні және қалған қарызды сатып алғанда өтелді. 1997 жылы торнадо DC желісінің 19 мұнарасына зақым келтірді. Жөндеу жұмыстары кезінде ірі тұтынушылардың кейбіреулеріне жүктемені азайту туралы ұсыныс жасалды, бірақ АҚШ-тағы көршілес энергетикалық компаниялардан 500 кВ желілері арқылы импорт электр қуатының үзілісіне жол бермеді. Манитобаның батыс жағымен өтетін үшінші желі, Bipole 3 деп аталатын, ұсынылды. 2009 жылдың 26 қазанында Канадалық салық төлеушілер федерациясы инженерлік және экологиялық сарапшылармен бірлесіп, желінің провинцияның батыс жағында салынуының қажеттілігін дәлелдеген үкіметтің барлық аргументтерін жоққа шығарған талдау жариялады. Желі батыс бағытымен салынды және 2018 жылы аяқталды.
Construction in 1966 of the 1,272 MW Kettle Rapids generating station required a long transmission line to connect it to load centers in the southern part of Manitoba. The Government of Canada agreed to finance installation of an HVDC line to be repaid by Manitoba Hydro when the load growth permitted the utility to assume the debt due to the line. Delivery of direct current electric power began on June 17, 1972. One unit of the Kettle generating station was completed before the direct current converters were completed. For the winter of 1970 the bipole lines were energized with alternating current, contributing a useful amount of energy to the Manitoba system; a shunt reactor was installed to prevent excess voltage rise due to the Ferranti effect. At that time, Bipole I used the world's highest operating voltage to deliver the largest amount of power from a remote site to a city, and employed the largest mercury arc valves ever developed for such an application. The line required construction of over 3,900 guyed towers and 96 self supporting towers across varied terrain. Permafrost in some areas led to foundation settling of up to 3 feet (1 m). The loan by the Government of Canada was discharged when Manitoba Hydro bought the line and outstanding debt in 1992. In 1997 a tornado damaged 19 towers of the DC lines. During repairs, some major customers were advised to curtail load, but imports over the 500 kV lines from adjacent utilities in the United States prevented serious interruption of power. A third such line, called Bipole 3 was proposed, to run along the west side of Manitoba. On October 26, 2009, the Canadian Taxpayers Federation, along with engineering and environmental experts, released an analysis which they claimed refuted each of the government's claims for why the line must be built down the west side of the province. The line was constructed on the western route and completed in 2018.
Жүйелік компоненттер
Қазіргі уақытта беру жүйесі үш екіполюстік беру желісінен, олардың түрлендіргіш станцияларынан және монополярлық жұмыс істеуді қамтамасыз ету үшін жерге қайтару электродтарынан тұрады.
The transmission system is currently composed of three bipole transmission lines with their converter stations and ground return electrodes to enable monopole operation.
Биполь 1
Биполь 1 Радиссоннан Дорсиге дейін созылады. Ол бастапқыда ±450 киловольт максималды потенциалдық айырмашылықпен және 1620 мегаватт максималды қуатымен жұмыс істеуге есептелген. Бұл нәтижесінде 1800 амперлік электр тогы тудырады. Биполь 1 әр аяқтамасында алты импульстік түрлендіргіш топтарынан (әр полюске үштен) тұрады, олардың әрқайсысы бастапқыда 150 кВ DC, 1800 А-ға номиналды. Әр түрлендіргіш тобын тұрақты ток жағынан вакуумдық ажыратқышпен біріктіруге болады. Кейінгі жаңартулар ток номиналын 2000 А-ға және көптеген құралдардың кернеу номиналын бір көпірге 166 кВ-қа (яғни, барлығы 500 кВ) дейін арттырды, бірақ 2013 жылғы қаңтарда Manitoba Hydro желі +463 кВ / -450 кВ кернеумен жұмыс істейтінін хабарлады. 1971 жылғы наурыздан 1977 жылғы қазанға дейін салынған кезде, айнымалы токты түзету үшін сынаптық доға клапандары қолданылды. Бұл клапандар English Electric компаниясымен жеткізілді, әрқайсысында параллель алты анодтық бағана болды және олар жасалған ең қуатты сынаптық доға клапандары еді. Олардың әрқайсысы салмағы , ұзындығы , ені және биіктігі шамамен болды. 1992 және 1993 жылдар аралығында 1-полюстің сынаптық доға клапандары GEC Alsthom компаниясының қатты күйдегі тиристорларымен ауыстырылды, бұл желідегі максималды қуат пен кернеуді қазіргі деңгейге дейін арттырды. 2-полюстің сынаптық доға клапандары кейінірек Siemens компаниясымен ауыстырылды. 2004 жылдың соңына дейін 2-полюстегі соңғы сынаптық доға клапандары тиристорлармен ауыстырылды. Радиссон мен Дорсиде тиристорлар бастапқыда сынаптық доға клапандары орналасқан залдарда орналасқан. Екі жерде де залдың биіктігі , ені және ұзындығы - .
Bipole 1 runs from Radisson to Dorsey. It was originally rated to run at a maximum potential difference of ±450 kilovolts and a maximum power of 1620 megawatts. This results in an electric current of 1800 Amperes. Bipole 1 consists of six, 6 pulse converter groups at each end (three in series per pole), each originally rated at 150 kV DC, 1800 A. Each converter group can be bridged at the DC side with a vacuum switch. Subsequent upgrades have increased the current rating to 2000 A and the voltage rating of most equipment to 166 kV per bridge (i. e., 500 kV total), although as of January 2013 Manitoba Hydro still report that the line is operated at +463 kV/−450 kV. When it was built between March 1971 and October 1977, mercury arc valves were used to rectify the alternating current. These valves, supplied by English Electric, each had six anode columns in parallel and were the most powerful mercury arc valves ever built. Each of them had a weight of , a length of , a width of and a height of Between 1992 and 1993 the mercury arc valves of Pole 1 were replaced with solid state thyristors from GEC Alsthom, increasing the maximum power and voltage of the line to its current levels. The mercury arc valves of Pole 2 were replaced later by Siemens. By the end of 2004 the last of the mercury arc valves in Pole 2 had been replaced by thyristors. At both Radisson and Dorsey, the thyristors are situated in the same hall where the mercury arc valves originally stood. At both locations, the hall has a height of , a width of and a length of .
Биполяр 2
Биполь 2 желісі Хендейден Дорсиге дейін созылады. Биполь 2 ±500 кВ потенциалмен 1800 МВт ең жоғары қуатты жеткізе алады. Биполь 2 екі ұшында төрт 12 импульстік түрлендіргіш топтан тұрады (әр полюске екі қатардан) және екі кезеңде пайдалануға берілді. 1978 жылы бірінші кезең аяқталғаннан кейін максималды қуат 250 кВ кернеуде 900 МВт болды, ол 1985 жылы толық аяқталғаннан кейін қазіргі деңгейге жетті. Биполь 2 Нельсон өзенін 56.459811 N 94.143273 W координаталарында кесіп өтеді. Нельсон өзенінде 56.441383 N 94.176114 W координаталарында қосымша кесіп өту орны бар. Желіні тікелей қосымша кесіп өту орнына ауыстыру мүмкін емес. Биполь 1-ден айырмашылығы, Биполь 2 әрқашан тиристорлармен жабдықталған. Неміс HVDC консорциумы (Siemens, AEG және Brown Boveri) ұсынған тиристорлар HVDC жобасында алғаш рет сумен салқындату жүйесін қолданды. Осыған дейін тиристорларды пайдаланған HVDC схемаларының көпшілігі ауамен немесе, осы консорциум ұсынған Cahora Bassa жобасындағыдай, маймен салқындатуды қолданған. Тиристорлар төрттен (төрт клапанды) тұратын тік қабаттарға орналастырылды. Әр жиынтықта 96 тиристор деңгейі қатарластырылған, олардың екеуі параллель жалғанған. Бұл деңгейлер 8 реакторлық модульмен сериялы түрде байланысқан 16 тиристорлық модульде орналастырылған.
The Bipole 2 transmission line runs from Henday to Dorsey. Bipole 2 can transfer a maximum power of 1800 MW at a potential of ±500 kV. Bipole 2 consists of four 12 pulse converter groups at each end (two in series per pole) and was put into service in two stages. After the first stage in 1978 the maximum power was 900 MW at 250 kV, which increased to its present figure when it was completed in 1985. Bipole 2 crosses Nelson River at 56.459811 N 94.143273 W. There is a backup crossing of Nelson River at 56.441383 N 94.176114 W. It is not possible to directly switch the line to the backup crossing. Unlike Bipole 1, Bipole 2 has always been equipped with thyristors. The thyristors, supplied by the German HVDC consortium (Siemens, AEG and Brown Boveri) used water cooling for the first time in an HVDC project. Until that time, the relatively few HVDC schemes using thyristors had used either air cooling or, as on the Cahora Bassa project supplied by the same consortium, oil cooling. The thyristors were arranged in floor mounted vertical stacks of four each (quadrivalves). Each set contained 96 thyristor levels in series, with two in parallel. These were arranged in 16 thyristor modules connected in series with 8 reactor modules.
Жерге қайтару электроды
Әдетте әрбір желі биполярлы жүйе ретінде жұмыс істесе де, егер полюс техникалық қызмет көрсету немесе ақау үшін тоқтатылса, топыраққа қайтару электроды ішінара қуатты жұмыс істеу үшін қолданылады. 1 және 2-бипольдер Дорси конвертер зауытында орналасқан, диаметрі бар сақина тәрізді жер электродын бөліседі. Дорси электроды конвертер зауытымен екі ағаш бағанадағы әуе желісі арқылы байланысады, біреуі 1-бипольге, екіншісі 2-бипольге арналған. Radisson-да 1-биполь Дорсимен бірдей өлшемдегі және типтегі жер электродын пайдаланады, бірақ станциядан шақырымдай қашықта. 2-биполь Henday конвертерлік станциясынан диаметрі бар жер электродын пайдаланады, ал 3-биполь Keewatinoow конвертерлік станциясына жақын жерде орналасқан жер электродымен, 30 шақырым электрод желісі арқылы қосылған. Оңтүстік Riel конвертерлік станциясында электрод желісі шамамен 26 шақырымға дейін Манитобаның Hazelridge қаласының жанындағы жерге тұйықтау электродына дейін созылады.
Although normally each of the lines run as bipolar systems, if a pole is shut down for maintenance or a fault, the ground return electrode is used to maintain partial capacity operation. Bipoles 1 and 2 share a ground electrode of ring type, in diameter, from the Dorsey Converter Plant at The Dorsey electrode is connected with the converter plant by two overhead lines on wooden poles, one for Bipole 1 and one for Bipole 2. At Radisson, Bipole 1 uses a ground electrode of the same size and type as Dorsey, but only away from the station at
Bipole 2 uses a ground electrode in diameter, and from the Henday Converter Station
Bipole 3 has a ground electrode site near the Keewatinoow Converter Station at connected by a 30 km electrode line. At the southern Riel Converter Station, the electrode line runs about 26 km to a grounding electrode site at near Hazelridge, Manitoba.