Введение
Система передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения Cahora Bassa (ранее Cabora Bassa) — отдельная биполярная линия передачи электроэнергии постоянного тока высокого напряжения между гидроэлектростанцией Cahora Bassa на плотине Cahora Bassa в Мозамбике и Йоханнесбургом, Южная Африка.
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.
История
Система была построена в период с 1974 по 1979 год и может передавать 1920 мегаватт при напряжении 533 киловольта постоянного тока и 1800 ампер. Используются тиристорные клапаны, которые, в отличие от большинства других систем передачи постоянного тока высокого напряжения, устанавливаются на открытом воздухе, а не в клапанном зале. Клапаны сгруппированы в восемь, 133 кВ шестиимпульсных мостов, соединенных последовательно на каждом конце. Линия электропередачи пролегает в основном через труднодоступную местность и построена преимущественно как монополярная линия. В случае повреждения одной линии передача с уменьшенной мощностью возможна по оставшейся линии с возвратом тока через землю. Комплекс Cahora Bassa не функционировал с 1985 по 1997 год из-за гражданской войны в Мозамбике. Проект столкнулся с рядом технологических проблем, наиболее значимой из которых было внедрение твердотельных выпрямительных устройств в крупномасштабной коммерческой установке. Ртутные выпрямители до этого времени являлись фактическим стандартом для передачи постоянного тока высокого напряжения. Cahora Bassa стала первой системой передачи постоянного тока высокого напряжения, заказанной с тиристорными клапанами, хотя ее ввод в эксплуатацию был задержан. Это также была первая система передачи постоянного тока высокого напряжения, функционирующая в Африке, и первая в мире, работающая при напряжении выше 500 кВ. Кроме того, пришлось преодолеть значительные коммерческие трудности, которые в 1988 году привели к слушаниям в Международном арбитражном трибунале, заседающем в Лиссабоне. После модернизации комплекс был вновь введен в коммерческую эксплуатацию в октябре 1997 года. В период с 2006 по 2009 год тиристорные клапаны на конвертерной станции Apollo были заменены на более современные водяные тиристорные клапаны.
Строительство и владение
Проект передачи электроэнергии Кахора-Басса был совместным предприятием двух электроэнергетических компаний: Electricity Supply Commission (ESCOM, как она была известна до 1987 года), позднее Eskom, Йоханнесбург, Южная Африка, и Hidroelectrica de Cahora Bassa (HCB) – компании, принадлежащей правительству Португалии на 15% и Мозамбику на 85%. Оборудование было построено и поставлено компанией ZAMCO, являвшейся консорциумом AEG Telefunken JV, Brown Boveri Company и Siemens AG из Германии. Впоследствии Brown Boveri вошла в состав ABB, а AEG – в состав Alstom. В коммерческие соглашения также входила Electricidade de Moçambique (EDM), которая получала электроэнергию с Кахора-Бассы через соглашение о транзите с Eskom. Фактически, Eskom поставляла электроэнергию в южный Мозамбик (Мапуту) из тогдашней Восточной Трансваали по линии электропередачи 132 кВ, при этом объемы продаж вычитались из поставок HCB компании Eskom. Трехстороннее соглашение было приостановлено в связи с форс-мажорными обстоятельствами, когда линия электропередачи от Кахора-Бассы была недоступна в 1980-х годах. Система была введена в эксплуатацию в три этапа, начиная с марта 1977 года с четырьмя шестиимпульсными мостами, а в полном объеме – с восемью мостами 15 марта 1979 года.
Линия передачи
Линия электропередач проходит от преобразовательной станции Songo, которая расположена рядом с гидроэлектростанцией и обычно работает как выпрямитель, до преобразовательной станции Apollo возле Йоханнесбурга, которая обычно работает как инвертор. Каждая из самонесущих стальных опор вдоль трассы несет два пучка по четыре кабеля сечением 565 квадратных миллиметров (1120 kcmil) и один проводник заземления сечением 117 квадратных миллиметров (231 kcmil). Всего имеется около 7000 опор со средним пролетом. Максимальный пролет достигается с использованием усиленных опор. Возвратный ток в однополярном режиме обеспечивается закопанными графитовыми электродами на каждой станции. Линия постоянного тока оснащена сглаживающими реакторами и конденсаторами для защиты от импульсных перенапряжений на каждой станции. К северо-востоку от преобразовательной станции Apollo полюса линии постоянного тока высокого напряжения Cahora Bassa подходят вблизи нескольких линий переменного тока 400 кВ в точках с координатами 25°54'58" ю.ш. 28°16'46" в.д. и 25°54'57" ю.ш. 28°16'51" в.д. на такой низкой высоте, что проход под линией запрещен и территория огорожена. Две линии называются Zeus и Apollo соответственно.
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.
Тиристорные клапаны
Кахора Басса была одной из первых систем передачи постоянного тока высокого напряжения, построенных с использованием тиристорных клапанов с момента начала строительства. Необычно, но тиристорные клапаны установлены на открытом воздухе. В исходной конфигурации они были заполнены маслом для охлаждения и электрической изоляции. Единственной другой системой HVDC в мире, изначально оснащенной таким образом, была первая фаза – ныне выведенного из эксплуатации – частотного преобразователя Shin Shinano в Японии. Каждый клапанный бак содержит два клапана, образуя двойной клапан, соединяющий два полюса постоянного тока с одной однофазной двухобмоточной трансформаторной установкой. Каждый шестиимпульсный мост содержит три таких бака, а значит, каждая станция содержит 24 двойных клапана. Разработка тиристорных клапанов началась в конце 1960-х годов, когда доступные в то время тиристоры были, по современным меркам, небольшими и имели номинальное напряжение всего 1,6 кВ каждый. На первом этапе проекта (4 моста на каждом конце) каждый клапан содержал 280 таких тиристоров, соединенных последовательно с двумя параллельными ветвями – это наибольшее количество тиристоров, когда-либо использованное в одном клапане HVDC. На этапах 2 и 3 использовались улучшенные тиристоры с номинальным напряжением 2,4 кВ каждый, и для каждого клапана требовалось всего 192 тиристоров, соединенных последовательно – все еще большое количество по современным стандартам – с двумя параллельными ветвями. В результате каждая преобразовательная станция содержала в общей сложности 22 656 тиристоров.
Прочее оборудование
Тиристоры также обладали низкой устойчивостью к импульсным перегрузкам по току, поэтому еще одной необычной особенностью схемы было наличие токоотводов между клапанами и трансформаторами, хотя впоследствии они были демонтированы на станции "Аполлон". На каждой станции установлены фильтры переменного тока, настроенные на 5-ю, 7-ю, 11-ю и 13-ю гармоники сети 50 Гц, мощностью приблизительно 195 МВА на станции "Аполлон" и 210 МВА на станции "Сонго". Существует две ретрансляционные станции ПЛК: одна в Гамабои (Южная Африка) и одна в Катопе (Мозамбик).
Восстановление военных разрушений
После окончания гражданской войны в 1992 году одним из многочисленных последствий десятилетия конфликтов стало повреждение линий электропередачи постоянного тока (HVDC). Почти все 4200 опор линий электропередач, расположенных вдоль трассы в Мозамбике, требовалось заменить или отремонтировать. Эти работы начались в 1995 году и были завершены к концу 1997 года. К 1998 году система была восстановлена до полной пропускной способности по передаче электроэнергии. Впоследствии компания Eskom начала поставки электроэнергии в Мозамбик напряжением 400 кВ на условиях, аналогичных первоначальному соглашению о транзите, с электростанции Arnot в провинции Мпумаланга через Свазиленд. Основное назначение этой инфраструктуры – обеспечение электроэнергией алюминиевого завода Mozal, принадлежащего компании BHP. Меморандум о взаимопонимании, подписанный 2 ноября 2007 года, означает, что к концу 2007 года Мозамбик получит контроль над проектом, расположенным на его территории, которым он не управлял в течение последних 30 лет из-за договорных обязательств перед Португалией. Новая договоренность предусматривает, что Мозамбик получит 85% проекта гидроэлектростанции Кахора-Басса (HCB), а Португалия сохранит 15%. Проект имеет мощность 2000 МВт и является одним из основных поставщиков электроэнергии в Южноафриканский энергетический пул. Однако Мозамбику необходимо будет выплатить правительству Португалии 950 миллионов долларов США в качестве компенсации за восстановление и обслуживание плотины после гражданской войны. Гражданская война привела к серьезным повреждениям инфраструктуры передачи, что вынудило правительство Португалии выделить около 2,5 миллиардов долларов США на ее ремонт.
Улучшение станции "Аполлон"
В 2006 году компания ABB получила контракт на замену тиристорных клапанов на станции Apollo. Концепция наружной установки была сохранена, но каждый из новых корпусов содержит полный шестиимпульсный мост вместо двух клапанов, а заменённые тиристорные клапаны имеют более традиционную конструкцию с воздушной изоляцией и водяным охлаждением, использующую тиристоры диаметром 125 мм на 8,5 кВ. В каждом клапане последовательно соединены 36 таких тиристоров, без параллельного соединения, и новые клапаны допускают последующую модернизацию до 600 кВ и 3300 А. Одновременно с этим были заменены фильтры переменного тока.