Кіріспе
Cahora Bassa HVDC электр беру жүйесі (бұрын Cabora Bassa деп жазылатын) – Мозамбиктегі Cahora Bassa су электр станциясы мен Оңтүстік Африканың Йоханнесбург қаласы арасындағы жеке биполярлы HVDC электр беру желісі.
Cahora Bassa (previously spelled Cabora Bassa) is a separate bipolar HVDC power transmission line between the Cahora Bassa Hydroelectric Generation Station at the Cahora Bassa Dam in Mozambique, and Johannesburg, South Africa.
Тарих
Жүйе 1974 және 1979 жылдар аралығында салынды және 533 киловольт тұрақты ток және 1800 Ампер кернеу деңгейінде 1920 мегаватт қуатты тасымалдай алады. Thyristor клапандары қолданылады, олар көптеген басқа HVDC жүйелерінен өзгеше, клапандық залдарда емес, ашық ауада орнатылған. Клапандар әр екі ұшында тізбектелген сегіз 133 кВ алты импульстік көпірге топтастырылған. Ұзын қуат желісі қол жеткізу қиын аймақтардан өтетіндіктен, көбінесе монополярлық желілер түрінде салынған. Бір желінің істен шығуы жағдайында, қалған полюс арқылы қуатты азайтумен беру және жер арқылы қайтару мүмкін. Кахора Басса Мозамбиктегі азамат соғысы салдарынан 1985 жылдан 1997 жылға дейін қызметтен шығып, қайта іске қосылды. Жоба көптеген технологиялық қиындықтарға тап болды, олардың ең маңыздысы – ірі коммерциялық орналымда қатты күйдегі түзету құрылғыларын енгізу болды. Бұрынғы кезде сынапты доғалық клапандар HVDC үшін де-факто стандарт болып келген. Кахора Басса тиристорлық клапандармен тапсырыс берілген алғашқы HVDC жүйесі болды, бірақ оның іске қосылуы кейінгіге қалды. Бұл сонымен қатар Африкадағы жұмыс істейтін алғашқы HVDC жүйесі және әлемдегі 500 кВ-тан жоғары қуатпен жұмыс істейтін алғашқы жүйе болды. 1988 жылы Лиссабонда өткен Халықаралық төрелік соттағы тыңдауларға әкелген маңызды коммерциялық кедергілер де жеңіліп, жүйе қайта жаңартылып, 1997 жылдың қазан айында коммерциялық пайдалануға қайта берілді. 2006-2009 жылдар аралығында Apollo конвертер станциясындағы тиристорлық клапандар заманауи сумен салқындатылатын тиристорлық клапандармен ауыстырылды.
Құрылыс және меншік
Кахора-Басса электр беру жобасы екі электрмен жабдықтау компаниясының бірлескен кәсіпорны болды: Электрмен жабдықтау комиссиясы (ESCOM, 1987 жылға дейін белгілі), кейін Йоханнесбургтегі Eskom, Оңтүстік Африка, және Hidroelectrica de Cahora Bassa (HCB) – Португалия үкіметіне 15%, ал Мозамбикке 85% тиесілі компания. Жабдықты құрастыру және жеткізуді ZAMCO жүзеге асырды, ол AEG Telefunken JV, Brown Boveri Company және Германияның Siemens AG консорциумынан құралған. Кейін Brown Boveri ABB-нің бір бөлігіне, ал AEG Alstom-ның бір бөлігіне айналды. Коммерциялық келісімдерге сондай-ақ Electricidade de Moçambique (EDM) компаниясы да кірді, ол Eskom арқылы келісім бойынша Кахора-Бассадан электр қуатын алды. Фактыде, Eskom сол кездегі Шығыс Трансваалдан 132 кВ желісі арқылы Мозамбиктің оңтүстік бөлігін (Мапуто) электрмен жабдықтады, ал сатылымдар Eskom-ға HCB-дан жасалған жеткізілімнен есептелді. 1980 жылдары Кахора-Басса желісі қолжетімсіз болған кезде форс-мажор жағдайларына байланысты үшжақты келісім тоқтатылды. Жүйе үш кезеңде іске қосылды: 1977 жылдың наурыз айында төрт алты импульстік көпірмен басталып, 1979 жылдың 15 наурызында сегіз көпірдің толыққанды жұмыс істеуімен аяқталды.
Берілім желісі
Электр желісі гидроэлектр станциясының жанында орналасқан және әдетте түзеткіш ретінде жұмыс істейтін Сонго конвертерлік стансасынан Йоханнесбургке жақын орналасқан Аполлон конвертерлік стансасына дейін созылады, ол әдетте инвертор ретінде жұмыс істейді. Жол бойындағы әрбір өздігінен тұрған болат мұнарада 565 шаршы миллиметр (1120 kcmil) өлшемді төрт кабельден тұратын екі жиынтық және 117 шаршы миллиметр (231 kcmil) жерге қосу сымы орналасқан. Шамамен 7000 мұнара бар, олардың аралықтары орташа есеппен ... құрайды. Ең үлкен аралық күшейтілген мұнараларды пайдалану арқылы қамтамасыз етіледі. Бір полюсті жұмыс үшін жерге қайтару әр стансадағы көмілген графит электродтары арқылы жүзеге асырылады. Тұрақты ток желісінде әр стансада тегістеу реакторлары және импульстік қорғағыш конденсаторлары бар. Аполлон конвертерлік стансасының солтүстік-шығысында HVDC Cahora Bassa желісінің бағаналары бірнеше 400 кВ айнымалы ток желілерін 25°54'58"S 28°16'46"E және 25°54'57"S 28°16'51"E координаталарында өте төмен биіктікте кесіп өтеді, сондықтан желі астындағы аумаққа жүруге тыйым салынған және ол қоршалған. Екі желі тиісінше Зевс және Аполлон деп аталады.
The maximum span is using reinforced towers. Earth return for unipolar operation is provided by buried graphite electrodes at each station. The DC line has smoothing reactors and surge arrester capacitors at each station. Northeast of Apollo Converter Station the poles of HVDC Cahora Bassa undercross several 400 kV AC lines at 25°54'58"S 28°16'46"E respectively 25°54'57"S 28°16'51"E in such a low altitude that the area under the line may not be walked on and is fenced in
The two lines are named as Zeus and Apollo respectively.
Тиристорлық клапандар
Cahora Bassa – тиристорлық клапандармен салынған алғашқы HVDC схемаларының бірі болды. Ерекшелігі, тиристорлық клапандар сыртқы ортада орнатылған. Алғашқы орнату кезінде олар салқындату және электр оқшаулау үшін майға толы болды. Әлемде осылай жабдықталған жалғыз HVDC схемасы – Жапониядағы Shin Shinano жиілік түрлендіргішінің бірінші, қазір тоқтатылған кезеңі еді. Әрбір клапанды бак екі клапанды қамтиды, олар екі DC терминалын бір фазалы, екі орамды конвертерлік трансформаторға жалғайтын қос клапанды құрайды. Әрбір алты импульстік көпірде мұндай үш бак бар, сондықтан әр стансада 24 қос клапан бар. Тиристорлық клапандарды әзірлеу жұмыстары 1960 жылдардың соңында басталды, сол кездегі тиристорлар қазіргі стандарттармен салыстырғанда кішкентай болды және олардың әрқайсысы 1,6 кВ-қа ғана бағаланды. Жобаның бірінші кезеңінде (әр аяғында 4 көпір) әр клапанда 280 мұндай тиристор қатарда және екеуі параллель қосылған – бұл бір HVDC клапанында бұрын қолданылған ең көп сан. 2 және 3-кезеңдерде әрқайсысы 2,4 кВ-қа бағаланған жақсартылған тиристорлар қолданылды және әр клапанға тек 192 тиристор қатарлап қажет болды – қазіргі заманғы стандарттар бойынша әлі де көп сан – екеуі параллель қосылған. Нәтижесінде әрбір конвертерлік стансада барлығы 22 656 тиристор болды.
Басқа жабдықтар
Тиристорлардың өткір тоққа төзімділігі де нашар болғандықтан, схеманың тағы бір ерекшелігі – клапан мен трансформаторлар арасындағы тоқ аударғыштарының болуы болды, бірақ бұл құрылғылар кейіннен Apollo станциясында қолданыстан шығарылды. Әр станцияда 50 Гц желісінің 5, 7, 11 және 13-гармоникасына сәйкес келіңген айнымалы ток сүзгілері орнатылған, Apollo станциясында шамамен 195 MVAr, ал Songo станциясында 210 MVAr. Екі PLC ретранслятор станциясы бар: біреуі Оңтүстік Африкадағы Гамабойда, екіншісі Мозамбиктегі Катопеде.
Соғыс зардаптарын жою
1992 жылы азаматтық соғыс аяқталғаннан кейін он жылдық қақтығыстың көптеген салдарының бірі – HVDC электр беру желілеріне келтірілген зақым болды. Мозамбикте орналасқан 4200 электр беру мұнарасының көбісі ауыстырылуы немесе жөнделуі қажет болды. Бұл жұмыс 1995 жылы басталды және 1997 жылдың соңына дейін аяқталды. Жүйе 1998 жылға қарай толық қуат беру қабілетіне қайта келтірілді. Содан кейін Eskom, Mpumalanga провинциясындағы Arnot электр стансасы арқылы Swaziland елдері арқылы Мозамбикке 400 кВ кернеуде электр қуатын беруді бастады, бұл шарттар бастапқы келісімге ұқсас болды. Бұл инфрақұрылымның басты мақсаты – BHP компаниясына тиесілі Mozal алюминий қорыту зауытына электр қуатын жеткізу. 2 қараша 2007 жылы қол қойылған өзара түсіністік туралы меморандумға сәйкес, 2007 жылдың соңына дейін Мозамбик өзінің аумағында орналасқан, бірақ Португалиямен жасалған келісімдерге байланысты соңғы 30 жыл бойы бақылауда болмаған жобаны басқаруға ие болады. Жаңа келісім бойынша Мозамбикке Cahora Bassa су электр стансасының 85 пайызы тиесілі болады, ал Португалияға тек 15 пайызы ғана қалады. Жобаның қуаты 2000 мегаватт электр энергиясын өндіруге мүмкіндік береді және Оңтүстік Африка энергетикалық жүйесінің негізгі жеткізушілерінің бірі болып табылады. Дегенмен, Мозамбик Португалия үкіметіне азаматтық соғыстан кейінгі қалпына келтіру және бөгетті күтіп ұстау үшін 950 миллион АҚШ долларын төлеуі керек. Азаматтық соғыс беру инфрақұрылымына ауыр зақым келтірді, нәтижесінде Португалия үкіметі оны жөндеу үшін шамамен 2,5 миллиард АҚШ долларын өз қаражатынан жұмсауға мәжбүр болды.
Аполлон станциясының жаңартуы
2006 жылы ABB "Аполлон" станциясындағы тиристорлық клапандарды ауыстыру жөніндегі келісімшартты жеңіп алды. Сыртқы орналастыру қағидасы сақталды, бірақ әрбір жаңа корпус екі клапанның орнына толық алты импульстік көпірді қамтиды, ал жаңа тиристорлық клапандар 125 мм, 8,5 кВ тиристорларын қолдана отырып, дәстүрлі ауа оқшауланған, сумен салқындатылатын конструкцияда жасалған. Әр клапанға 36 тиристор тізбектей жалғанып, параллель қосылыс жоқ, және жаңа клапандарды кейіннен 600 кВ, 3300 А дейін жаңартуға болады. Осымен қатар, айнымалы ток сүзгілері де ауыстырылды.