Кіріспе

Оңтүстік-батыс АҚШ-тағы 27-ші жол электр беру желісі, сондай-ақ Intermountain немесе Southern Transmission System (STS) деп аталады, – Юта штатының Дельта қаласының жанындағы Intermountain электр стансасынан Оңтүстік-батыс АҚШ-тағы Калифорния штатының Адельанто қаласындағы Адельанто конвертерлік станциясына дейін созылатын жоғары кернеулі тұрақты ток (HVDC) электр беру желісі. Оны Швецияда орналасқан Asea компаниясы орнатып, 1986 жылдың шілдесінде пайдалануға берді. Жүйе Юта штатындағы электр стансасында өндірілген қуатты Оңтүстік Калифорнияның әртүрлі аймақтарына жеткізуге арналған. Желінің иесі және операторы – Intermountain Power Agency, ол алты Лос-Анджелес аймағының қалаларынан құралған кооператив, ең ірі мүшесі – Лос-Анджелес су және электр энергиясы департаменті (LADWP) және 29 кішкентай Юта муниципалитеті. 27-ші жол 488 миль (785 км) ұзындықтағы әуе электр желісінен тұрады және ±500 киловольт (кВ) кернеуде 2400 мегаватт (МВт) қуатты беруге қабілетті, бұл электр стансасының 1900 МВт-қа дейінгі жұмыс қуатынан жоғары. Соның салдарынан максималды ток 4800 амперге жетеді. Ұзындығын ескере отырып, тұрақты ток (DC) көбінесе қолданылатын айнымалы токқа (AC) қарағанда артықшылықты, себебі ол электр энергиясын кедергіге мінімалды шығынмен алысқа жеткізуге мүмкіндік береді және аралық станциялардың қажеттілігін жояды. Желі биполярлы, яғни үш өткізгіш орнына екі қарама-қарсы полярлы өткізгішке ие. Бүкіл желі бойындағы екі өткізгіш үш кабельден тұрады; бұл электромагниттік кедергілердің әсерін азайту және электр желісінің тиімділігін арттыру үшін жасалған. Желінің әр шетіндегі конвертерлік станциялар бір жағынан айнымалы токты тұрақты токқа, ал екінші жағынан кері түрлендіреді. Әр терминалда сонымен қатар арнайы жерге қосылған жерге түсуі бар, ол конвертерлерден қашықтағы жерге электр тогын жіберуге арналған; бұл негізгі желі мен жабдықты ақаулардан қорғауға көмектеседі және жүйенің жартылай қуатпен жұмыс істеуіне мүмкіндік береді. 27-ші жолдың бөліктерімен 500 кВ желілерді қоса алғанда, көптеген басқа да айнымалы ток желілері параллель түрде жүреді. Желіні Interstate 15 тас жолынан да көруге болады, ол оны бірнеше рет кесіп өтеді. Intermountain электр стансасын сутекті отынмен жұмыс істейтін станцияға қайта жарақтандыру жобасы аясында HVDC желісінің конвертерлік станциялары жаңа станциялармен алмастырылады. Станциялардың 2026 жылдың маусым айына дейін іске қосылуы күтілуде.

Өмірбаян

Жоғары кернеулер электр қуатының үлкен көлемін үлкен қашықтыққа жеткізу үшін қажет, сонымен қатар өткізгіш кабельдердегі кедергі салдарынан жоғары ток тудыратын энергия жоғалтуын азайту үшін қолданылады; яғни, кернеуді көтеру Ом заңына сәйкес тізбектегі ток күшін азайтады. Жоғары кернеулі желілер электр қуатын алға-артқа жылжыту үшін үш фазалы айнымалы ток (AC) қолданады, ал жоғары кернеулі тұрақты ток (HVDC) желілері, мысалы, 27-жол, қуатты тек бір бағытта тасымалдайды. Тұрақты ток (DC) бірдей қашықтықта AC-ге қарағанда аз энергия жоғалтады; яғни, DC қуатты AC-ге қарағанда әлдеқайда ұзаққа жеткізе алады, бұл маршрут бойында аралық станциялар немесе «қосылыстар» қажет болуы мүмкін. AC-нің тағы бір кемшілігі – қуаттың өткізгіштің сыртқы қабатымен ағуы, бұл құбылыс «тері эффектісі» деп аталады. DC осы мәселенің алдын алады; ол қуаттың өткізгіштің бүкіл қалыңдығына енуіне мүмкіндік береді, осылайша тиімділікті арттырады. Соңында, 27-жол үшін DC схемасы таңдалды, өйткені осы қашықтықта қуатты берудің құны AC-ге қарағанда төмен, HVDC де арзан, себебі ол үш өткізгіштен кем пайдаланады, бұл материалдарды азайтады және инфрақұрылым мен жабдықтардың құнын төмендетеді. Швецияда орналасқан көпұлтты электр қуатымен жабдықтаушы Asea компаниясы 27-жолдың құрылысын және жабдықтауын басқарды және осы қуат желісін орнатуға үлкен үлес қосты. «27-жол» нөмірін Батыс электр жүйесін үйлестіру кеңесі (WECC) берген, ол Американың батысындағы электр беру желісін қадағалайды, бұл желіні басқа маңызды беру маршруттарынан ажырату үшін. жүйе мұндай үлкен жүктемені қабылдауға қабілетті. және Глендейл (төмендегі кестеде көрсетілгендей). Жалпы, осы мүшелер IPA аясында энергияның ең үлкен үлесін алады. +27-жолдың соңғы пайдаланушылары (1800 МВт таза қуаты бойынша) LADWP 48.617% Анахайм 13.225% Риверсайд 7.617% Пасадена 4.409% Бёрбанк 3.371% Глендейл 1.704% Барлығы 78.943% Көз: Қатысушылар және қызметтер.

Беріліс

27-жолдың негізгі компоненті – Ютаның оңтүстік-батысы, Неваданың оңтүстігі және Калифорнияның оңтүстігі арқылы толыққандай жер үстімен 785 км (488 миль) ұзындықтағы беріліс желісі. Ол ±500 кВ кернеумен жұмыс істейді және 2400 МВт қуатына есептелген, оған 4800 амперге дейін максималды ток жүктемесі беріледі; салыстыру үшін, Тауаралық электр станциясы (IPP) 1900 МВт-қа дейін қуат өндіреді, бұл желінің ақауларға төзімділігін арттырады. Үш фазадан өзгеше, 27-жолда екі полюс бар: біреуі оң (катод), екіншісі теріс (анод). Көптеген HVDC жүйелерінде қуатты екі бағытта да жіберу мүмкіндігі бар; 27-жол қалыпты жағдайда Ютадан Калифорнияға электр қуатын тасымалдайды. Осы себепті 27-жолдың өткізгіштері үш кабельден тұрады, олар бір-біріне бекітілген немесе үш рет біріктірілген (triple bundled). Бұл тек разрядтың зиянды әсерін азайту ғана емес, сонымен қатар қуат ағыны үшін үлкен беттік ауданды қамтамасыз етеді, осылайша беріліс тиімділігін жақсартады. Әрбір кабель алюминий талшықтарынан жасалған, олар беріктігі мен тұрақтылығы үшін болат өзекті қоршап тұрады, ал композиттің ені белгілі бір шамаға жетеді.

Конвертерлер

27-ші жолдың екі жағында да AC және DC тізбектері арасында электр қуатын түрлендіретін және бүкіл әлемдегі HVDC жобаларында кең таралған конвертерлік станция орналасқан. Конвертерлер Дельта, Юта штатының солтүстігіндегі ИПП станциясында және Сан-Бернардино, Калифорния штатының солтүстігіндегі Адельанто конвертерлік станциясында орналасқан. Түрлендіру процесінің өзегі – электр ағынын ауыстырып, қосқыштар сияқты жұмыс істейтін электрондық клапандар жиынтығы. 27-ші жолдағы клапандардың түрі – тиристор, ол 1960 жылдардың соңынан бері HVDC-де танымал технология. Екі конвертерде де клапан конфигурациясы бірдей: 24 қабаттан тұратын, әрқайсысында 24 клапан бар (немесе үш «төрттік клапан»), биіктігі шамамен 50 фут (15 м). Клапандар ішкі қабырғалардан, еденнен және төбеден оларды бөлетін биік изоляторларға бекітілген; бұл индукцияны және ерте жерге тұйықталуды болдырмау үшін, сондай-ақ салқындатуға көмектесу үшін жасалған. 27-ші жолдың клапан залдары да жер сілкінісіне төзімді. IPP конвертері электр станциясының жанында орналасқандықтан, электр энергиясы көбінесе осы терминалдан HVDC желісіне жіберіледі. Жүйеге қуат беру алдында трансформаторлар тізбегі орналасқан, олар қуаттың күрт өсуінен туындайтын бұзылыстардан қондырғыны қорғауға қызмет етеді. Содан кейін электр энергиясы 27-ші жолмен жіберіледі. Адельанто конвертерлік станциясы HVDC желісінің қабылдаушы ұшын белгілейді және құрылымы шамамен бірдей, бірақ түрлендіру механизмі кері жұмыс істейді. Реакторлар мен сүзгілердің тағы бір жиынтығынан кейін, келіп түсетін қуат клапан залына еніп, қайтадан AC тізбегіне беріледі – бұл инверсия, ол AC өткізгішіндегі кері қуат ағынының клапандарға жетуін тоқтатады, бір бағытты қозғалысты қамтамасыз етеді. Олар ABB тобының АҚШ-қа өндірген ең ірі клапандары болып саналады, бірақ бұл практикалық тұрғыдан сирек кездеседі. HVDC схемасының кез келгені сияқты, 27-ші жолдың да жерге қосылуы екі шетінде де қажет, бұл жерге қатысты жұмыс істеу үшін керек. Жерге қосу электр тогына жерге оралудың ортақ жолын қамтамасыз етеді, ол тізбек үшін бейтарап нүкте ретінде қызмет етеді. Қауіпсіздік шараларына және жеткілікті ақаулыққа төзімділікке қарамастан, желіде ақаулар туындауы мүмкін, сондықтан жерге қосу жүйенің сенімділігін сақтау үшін резервтік шешім болып табылады. Егер бір полюсте ақау туындаса, оның тогы тізбекті аяқтау үшін жерге қайтарылады. Бұл проблемалық өткізгіштің қуатын өшіреді, ал екінші полюс активті күйінде қалады; Бұл жерлер таңдалған себебі – топырақ минералдарының жоғары өткізгіштігі. IPP конвертерінің электрод желісінің жалпы ұзындығы , ал Адельантоның электрод желісінің ұзындығы .

Бағыт

Тұрақты электр ағынынан кейін 27-жол Юта штатындағы Intermountain электр стансасынан басталады және оңтүстікке қарай бұрылудан бұрын қысқа уақытқа батысқа қарай жүреді, Hinkley-дің батысындағы АҚШ 50/6 трассасының бойымен өтеді. DC желісі оңтүстік-батысқа қарай штаттың құрғақ аңғарлары мен биік таулары арқылы созылады; Ютаның 21, 56 және 18 бағдарламалық жолдарын кесіп өтеді; Аризонаның солтүстік-батыс бұрышынан шамамен 9 шақырым (5.5 миль) солтүстікке қарай Невадаға жеткенде, бірден Мохаве шөліне кіреді. Невада ішінде 27-жол Мормон Месасын кесіп өтеді, Glendale қаласын айналып өтеді және Muddy өзенінен өтеді. Ол Moapa өзенінің жергілікті халықтар резервациясының жерлерін екіге бөледі. 345 кВ желісі IPP және Milford маңындағы жел электр стансасын байланыстыратын DC желісімен қатар жүреді.

Болашақ

IPP (Intermountain Power Plant) учаскесіндегі көмірмен жұмыс істейтін электр станциялары 2027 жылға дейін тоқтатылады; бұл LADWP-тің қалауынша, тас көмірге тәуелділігін азайтып, экологиялық таза энергияға көшуге бағытталған. Бұл станциялар жақын жердегі кемінде екі күн энергиясы станциясымен жұптастырылады. Бұл көздер ең жоғары қуаттылық кезінде сәйкесінше 840 МВт және 300 МВт, ал біріктірілгенде 1,140 МВт қуат береді, бұл 27-жолдың максималды қуатынан төмен. Бұл "жаңарту жобасы" екі конвертерлік станцияны 2026 жылдың маусымына дейін ауыстырып, іске қосуды, сондай-ақ электр желісінің қызмет мерзімін ұзарту үшін 27-жолды жақсартуды көздейді.