El Sistema de Transmisión de CC del Río Nelson , también conocido como Bipolar de Manitoba , es un sistema de transmisión de energía eléctrica de dos líneas de corriente continua de alto voltaje en Manitoba , Canadá, operado por Manitoba Hydro como parte del Proyecto Hidroeléctrico del Río Nelson . Ahora está registrado en la lista de hitos IEEE [1] en ingeniería eléctrica . Se han batido varios récords en las sucesivas fases del proyecto, incluidas las válvulas de arco de mercurio más grandes (y últimas) , el voltaje de transmisión de CC más alto y el primer uso de válvulas de tiristores refrigerados por agua. en HVDC.
Transmisión NR HVDC Bipolar 1 | |
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Localización | |
País | Canadá |
Provincia | Manitoba |
De | Estación Radisson Converter cerca de Gillam a 56 ° 21′39 ″ N 94 ° 36′47 ″ W / 56.36083 ° N 94.61306 ° W |
A | Estación Dorsey Converter en Rosser ubicada a 26 kilómetros (16 millas) al noroeste de Winnipeg a 49 ° 59′39 ″ N 97 ° 25′38 ″ W ) / 49.99417 ° N 97.42722 ° W |
Información de propiedad | |
Dueño | Manitoba Hydro |
Operador | Manitoba Hydro |
Información de construcción | |
Fabricante de subestaciones | English Electric (original); Alstom , Siemens (reemplazo) |
Comenzó la construcción | 1966 |
Oficial | 17 de junio de 1972 |
Información técnica | |
Tipo | línea de transmisión aérea |
Tipo de corriente | HVDC |
Largo total | 895 km (556 millas) |
Potencia nominal | 1,620 megavatios 1,800 amperios |
Voltaje DC | ± 450 kilovoltios |
No. de polos | 2 |
No de circuitos | 1 |
El sistema transfiere la energía eléctrica generada por varias centrales hidroeléctricas a lo largo del río Nelson en el norte de Manitoba a través del desierto a las áreas pobladas en el sur.
Incluye dos estaciones rectificadoras , Radisson Converter Station cerca de Gillam en 56 ° 21′41 ″ N 94 ° 36′48 ″ W y Henday Converter Station cerca de Sundance en 56 ° 30′14 ″ N 94 ° 08′24 ″ W , un inversor estación , Dorsey Converter Station en Rosser ubicada a 26 kilómetros (16 millas) al noroeste de Winnipeg a 49 ° 59′34 ″ N 97 ° 25′42 ″ W ), y dos conjuntos de líneas de transmisión de corriente continua de alto voltaje. Cada línea de transmisión HVDC tiene dos conductores aéreos paralelos para transportar las alimentaciones positivas y negativas. / 56,36139 ° N 94,61333 ° W / 56.50389 ° N 94.14000 ° W / 49,99278 ° N 97,42833 ° W / 49.99278; -97.42833 ( Estación convertidora de Dorsey )
En 2018 se completó una tercera línea, Bipole 3, que va desde la nueva estación convertidora Keewatinoow a lo largo del lado oeste del lago Manitoba hasta la nueva estación convertidora Riel en el lado este de Winnipeg.
No hay estaciones de conmutación intermedias ni grifos. Los tres sistemas bipolares tienen amplios electrodos de retorno a tierra para permitir su uso en modo monopolar .
Historia
La construcción en 1966 de la estación generadora Kettle Rapids de 1.272 MW requirió una larga línea de transmisión para conectarla a los centros de carga en la parte sur de Manitoba. El Gobierno de Canadá acordó financiar la instalación de una línea HVDC que será reembolsada por Manitoba Hydro cuando el crecimiento de la carga permitiera a la empresa de servicios públicos asumir la deuda de la línea. La entrega de energía eléctrica de corriente continua se inició el 17 de junio de 1972.
Una unidad de la estación generadora Kettle se completó antes de que se completaran los convertidores de corriente continua. [2] Para el invierno de 1970, las líneas bipolares se energizaron con corriente alterna, lo que contribuyó con una cantidad útil de energía al sistema de Manitoba; Se instaló un reactor en derivación para evitar un aumento excesivo de voltaje debido al efecto Ferranti .
En ese momento, Bipole I usó el voltaje de operación más alto del mundo para entregar la mayor cantidad de energía desde un sitio remoto a una ciudad, y empleé las válvulas de arco de mercurio más grandes jamás desarrolladas para tal aplicación. La línea requirió la construcción de más de 3.900 torres arriostradas y 96 torres autoportantes en terrenos variados. El permafrost en algunas áreas provocó el asentamiento de los cimientos de hasta 3 pies (1 m).
El préstamo del Gobierno de Canadá se canceló cuando Manitoba Hydro compró la línea y la deuda pendiente en 1992. [3] En 1997, un tornado dañó 19 torres de las líneas de CC. Durante las reparaciones, se recomendó a algunos clientes importantes que redujeran la carga, pero las importaciones por encima de las líneas de 500 kV de los servicios públicos adyacentes en los Estados Unidos evitaron una interrupción grave del suministro eléctrico.
Se propuso una tercera línea de este tipo, llamada Bipole 3, que se extendía a lo largo del lado oeste de Manitoba. El 26 de octubre de 2009, la Federación Canadiense de Contribuyentes, junto con expertos en ingeniería y ambientales, publicó un análisis que, según afirmaron, refutaba cada una de las afirmaciones del gobierno sobre por qué la línea debe construirse en el lado oeste de la provincia. [4] La línea se construyó en la ruta occidental y se completó en 2018.
Componentes del sistema
El sistema de transmisión está compuesto actualmente por dos líneas de transmisión bipolares con sus estaciones convertidoras y electrodos de retorno a tierra para permitir el funcionamiento monopolo.
Bipolar 1
El bipolar 1 recorre 895 kilómetros (556 millas) desde Radisson hasta Dorsey. Originalmente estaba clasificado para funcionar con una diferencia de potencial máxima de ± 450 kilovoltios y una potencia máxima de 1620 megavatios . [5] Esto da como resultado una corriente eléctrica de 1800 amperios .
El bipolar 1 consta de seis grupos de convertidores de 6 pulsos en cada extremo (tres en serie por polo), cada uno con una potencia nominal original de 150 kV CC, 1800 A. [6] Cada grupo de convertidores puede puentearse en el lado CC con un interruptor de vacío . Las actualizaciones posteriores han aumentado la clasificación de corriente a 2000 A y la clasificación de voltaje de la mayoría de los equipos a 166 kV por puente (es decir, 500 kV en total), aunque a enero de 2013 Manitoba Hydro todavía informa que la línea opera a +463 kV / - 450 kV.
Cuando se construyó entre marzo de 1971 y octubre de 1977, se utilizaron válvulas de arco de mercurio para rectificar la corriente alterna . Estas válvulas, suministradas por English Electric , [7] tenían cada una seis columnas de ánodo en paralelo y eran las válvulas de arco de mercurio más poderosas jamás construidas. Cada uno de ellos tenía un peso de 10200 kg (22,000 libras), una longitud de 4,57 metros (15 pies), un ancho de 2,44 metros (8 pies) y una altura de 3,96 metros (13 pies). Entre 1992 y 1993, las válvulas de arco de mercurio del Polo 1 fueron reemplazadas por válvulas de tiristores por GEC Alsthom, aumentando la potencia máxima y el voltaje de la línea a sus niveles actuales. Las válvulas de arco de mercurio del Polo 2 fueron reemplazadas más tarde por Siemens . [8] A fines de 2004, la última de las válvulas de arco de mercurio en el Polo 2 había sido reemplazada por válvulas de tiristor.
Tanto en Radisson como en Dorsey, las válvulas de tiristores están situadas en la misma sala donde originalmente estaban las válvulas de arco de mercurio. En ambos lugares, la sala tiene una altura de 18,29 metros (60 pies), un ancho de 22,86 metros (75 pies) y una longitud de 44,2 metros (145 pies).
Bipolar 2
NR HVDC Transmisión Bipolar 2 | |
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Localización | |
De | Estación Henday Converter cerca de Sundance Bipole 2 en 56 ° 30′15 ″ N 94 ° 08′26 ″ O / 56.50417 ° N 94.14056 ° W / 56.50417; -94.14056 ( Estación convertidora de Henday ) |
A | Estación Dorsey Converter en Rosser Bipoles 1 y 2 en 49 ° 59′39 ″ N 97 ° 25′49 ″ W / 49.99417 ° N 97.43028 ° W / 49.99417; -97.43028 ( Estación convertidora de Dorsey ) |
Información de propiedad | |
Dueño | Manitoba Hydro |
Operador | Manitoba Hydro |
Información de construcción | |
Fabricante de subestaciones | Siemens , AEG , Brown Boveri |
Oficial | 1985 |
Información técnica | |
Tipo | línea de transmisión aérea |
Tipo de corriente | HVDC |
Largo total | 937 km (582 millas) |
Potencia nominal | 1.800 megavatios |
Voltaje DC | ± 500 kV |
No. de polos | 2 |
No de circuitos | 1 |
La línea de transmisión Bipole 2 recorre 937 kilómetros (582 millas) desde Henday hasta Dorsey. El bipolar 2 puede transferir una potencia máxima de 1800 MW a un potencial de ± 500 kV. Bipole 2 consta de cuatro grupos de convertidores de 12 pulsos en cada extremo (dos en serie por polo) y se puso en servicio en dos etapas. Después de la primera etapa en 1978, la potencia máxima fue de 900 MW a 250 kV, que aumentó a su cifra actual cuando se completó en 1985. [9]
El bipolar 2 cruza el río Nelson en 56.459811 N 94.143273 W. Hay un cruce de respaldo del río Nelson en 56.441383 N 94.176114 W. No es posible cambiar directamente la línea al cruce de respaldo.
A diferencia de Bipole 1, Bipole 2 siempre ha estado equipado con tiristores. Las válvulas de tiristores, suministradas por el consorcio alemán HVDC ( Siemens , AEG y Brown Boveri ) utilizaron refrigeración por agua [10] por primera vez en un proyecto HVDC. Hasta ese momento, los relativamente pocos esquemas de HVDC que utilizaban tiristores habían utilizado refrigeración por aire o, como en el proyecto Cahora Bassa , suministrado por el mismo consorcio, refrigeración por aceite. Las válvulas de tiristores se dispusieron en pilas verticales montadas en el piso de cuatro válvulas cada una ( cuadrivalvos ). Cada válvula contenía 96 niveles de tiristores en serie, con dos en paralelo. Estos se organizaron en 16 módulos de tiristores conectados en serie con 8 módulos de reactores.
Bipolar 3
En 1996, un efecto de viento extremo dañó tanto al Bipole I como al II y amenazó con dejar sin energía a Winnipeg. La energía se mantuvo importando desde Minnesota mientras se reparaban los dos Bipoles existentes. Para evitar una repetición de este evento y mejorar aún más la confiabilidad del suministro de energía, Manitoba Hydro examinó las rutas más al oeste para su línea Bipole 3. Los planes también incluyen una estación convertidora adicional y líneas de alimentación alrededor de la ciudad. La construcción del bipolar 3 comenzó en 2012. La línea se completó y entró en servicio en julio de 2018. [11]
Los principales elementos del sistema Bipole III son:
- Keewatinoow Converter Station, ubicada en el río Nelson cerca del sitio de la propuesta estación generadora de Conawapa en 56 ° 39′25 ″ N 93 ° 51′14 ″ O / 56.65694 ° N 93.85389 ° W / 56.65694; -93.85389 ( Planta inversora estática Keewatinoow )
- Una línea de transmisión bipolar de 1324 km que opera a una velocidad nominal de +/- 500 kV, que se extiende hacia el oeste del lago Manitoba.
- Riel Converter Station, en el lado este de Winnipeg Floodway , en el municipio rural de Springfield en 49 ° 51′59 ″ N 96 ° 56′24 ″ W / 49.86639 ° N 96.94000 ° W / 49.86639; -96.94000 ( Planta inversora estática Riel )
- Líneas adicionales de 230 kV AC para el sistema colector norte. [12]
La línea utiliza torres de acero arriostradas en los tramos norte de la línea y torres de celosía de acero autoportantes en la parte sur. En promedio, habrá alrededor de dos estructuras por kilómetro. Cada torre lleva un conductor empaquetado para cada poste. Cada conductor de polo está compuesto por tres subconductores equivalentes a 1.590 MCM ACSR . Los conductores están soportados por aisladores de deformación de vidrio templado o porcelana con una distancia máxima al nivel del suelo de 34 metros, con un mínimo de 13,2 metros en la mitad del tramo y el máximo pandeo del conductor. La parte superior de las torres lleva un cable de tierra óptico que proporciona interconexión a tierra para las torres y fibras ópticas para el control y la comunicación del sistema. [12]
Normalmente, el derecho de paso para la línea HVDC es de 66 metros, con 45 metros despejados directamente debajo de la línea.
El sistema es capaz de transmitir 2000 megavatios desde las estaciones del río Nelson a cargas en el sur.
Electrodos de retorno a tierra
Aunque normalmente cada una de las líneas funcionan como sistemas bipolares, si un poste se apaga por mantenimiento o una falla, el electrodo de retorno a tierra se usa para mantener la operación de capacidad parcial.
Los bipolares 1 y 2 comparten un electrodo de tierra de tipo anillo , de 305 metros (1,001 pies) de diámetro, a 21,9 kilómetros (13,6 millas) de la Planta Convertidora de Dorsey en 50 ° 10′29 ″ N 97 ° 24′08 ″ O / 50.17472 ° N 97.40222 ° W / 50.17472; -97.40222 ( Electrodo de retorno a tierra de la estación convertidora Dorsey ). El electrodo Dorsey está conectado con la planta convertidora por dos líneas aéreas sobre postes de madera, una para Bipole 1 y otra para Bipole 2.
En Radisson, Bipole 1 utiliza un electrodo de tierra del mismo tamaño y tipo que Dorsey, pero a solo 11,2 kilómetros (7,0 millas) de la estación en 56 ° 21′22 ″ N 94 ° 45′17 ″ W / 56,35611 ° N 94,75472 ° W / 56.35611; -94.75472 ( Electrodo de retorno de tierra de la estación convertidora de Radisson ).
El bipolar 2 utiliza un electrodo de tierra de 548 metros (1.798 pies) de diámetro y a 11,2 kilómetros (7,0 millas) de la estación convertidora de Henday.56 ° 26′2 ″ N 94 ° 13′22 ″ O / 56.43389 ° N 94.22278 ° W / 56.43389; -94.22278 ( Electrodo de retorno de tierra de la estación convertidora de Henday ).
Bipole 3 tiene un sitio de electrodo de tierra cerca de la estación convertidora Keewatinoow en 56 ° 34′56 ″ N 93 ° 57′02 ″ O / 56.58222 ° N 93.95056 ° W / 56.58222; -93.95056 ( Electrodo de tierra Keewatinoow )conectado por una línea de electrodos de 30 km. En la estación convertidora de Riel en el sur, la línea de electrodos recorre unos 26 km hasta un sitio de electrodos de conexión a tierra en 49 ° 56′12 ″ N 96 ° 43′01 ″ W / 49,93667 ° N 96,71694 ° W / 49,93667; -96.71694 ( Electrodo de tierra Hazelridge )cerca de Hazelridge, Manitoba .
Referencias
- ^ "Hitos: sistema de transmisión del río Nelson HVDC, 1972" . Red de historia global IEEE . IEEE . Consultado el 4 de agosto de 2011 .
- ^ Leonard A. Bateman, una carrera de ingeniería en la industria hidroeléctrica , Instituto de ingeniería de Canadá documento de trabajo 22/2004, julio de 2004
- ^ LA Bateman, "A History of Electric Power Development in Manitoba", en IEEE Canadian Review, invierno de 2005
- ^ [1]
- ^ Compendio de esquemas HVDC, Folleto técnico de CIGRÉ No. 003 , 1987, pp63–69.
- ^ Estey, DS, Haywood, RW, Rolland, JW, Willis, DB, Puesta en servicio del sistema Nelson River HVDC y experiencia operativa inicial,sesión de CIGRÉ , París, 1974, referencia del documento 14-102.
- ^ Cogle, TCJ, The Nelson River Project - Manitoba Hydro explota recursos hidroeléctricos subárticos, Electrical Review, 23 de noviembre de 1973.
- ^ Dhaliwal, N., Valiquette, R., Keste, A., Haeusler, M., Kuffel, P., Reemplazo de la válvula de arco de mercurio Nelson River Pole 2 , París, 2004, referencia de papel B4-203.
- ^ Compendio de esquemas HVDC, Folleto técnico de CIGRÉ No. 003 , 1987, pp104-109.
- ^ Beriger, C., Etter, P., Hengsberger, J., Thiele, G., Design of Water Cooled Thyristor Valve Groups for Extension of Manitoba Hydro HVDC System , CIGRÉ session, Paris, 1976, paper reference 14-05.
- ^ [2] "La línea de transmisión Bipole III ha entrado en servicio comercial", Kenton Dyck, Steinbachonline.com, 24 de julio de 2018, consultado el 3 de septiembre de 2018
- ^ a b [3] Descripción del proyecto recuperada el 3 de septiembre de 2018
enlaces externos
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- Manitoba Hydro
- https://web.archive.org/web/20051115122606/http://www.transmission.bpa.gov/cigresc14/Compendium/NELSON1.htm
- https://web.archive.org/web/20051115122606/http://www.transmission.bpa.gov/cigresc14/Compendium/NELSON2.htm
- https://web.archive.org/web/20051115122606/http://www.transmission.bpa.gov/cigresc14/Compendium/Nelson2%20Pictures.pdf
- Lista de referencia de Siemens HVDC
- Sistema Nelson River HVDC (con imágenes de las válvulas)