El sistema de transmisión de CC del río Nelson , también conocido como Manitoba Bipole , es un sistema de transmisión de energía eléctrica de tres 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 IEEE Milestones [1] en ingeniería eléctrica . Se han batido varios récords en fases sucesivas 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 refrigeradas por agua en HVDC.
El sistema transfiere energía eléctrica generada por varias centrales hidroeléctricas a lo largo del río Nelson en el norte de Manitoba a través del desierto hasta las áreas pobladas del sur.
Incluye dos estaciones rectificadoras , la estación convertidora Radisson cerca de Gillam en 56 ° 21′41 ″ N 94 ° 36′48 ″ W / 56.36139 ° N 94.61333 ° W / 56.36139; -94.61333 (Estación convertidora Radisson) y Estación convertidora de Henday cerca de Sundance en 56 ° 30′14 ″ N 94 ° 08′24 ″ W / 56.50389 ° N 94.14000 ° W / 56.50389; -94.14000 (Estación convertidora de Henday) , una estación inversora , Estación convertidora Dorsey en Rosser ubicada a 26 kilómetros (16 millas) al noroeste de Winnipeg en 49 ° 59′34 ″ N 97 ° 25′42 ″ W / 49.99278 ° N 97,42833 ° W / 49,99278; -97.42833 (Estación convertidora Dorsey) ), 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 positiva y negativa.
Una tercera línea, Bipole 3, se completó en 2018, 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 existen estaciones intermedias de conmutación ni grifos. Los tres sistemas bipolares tienen extensos electrodos de retorno a tierra para permitir su uso en modo monopolar .
La construcción en 1966 de la central generadora Kettle Rapids de 1.272 MW requirió una larga línea de transmisión para conectarla con los centros de carga en la parte sur de Manitoba. El Gobierno de Canadá acordó financiar la instalación de una línea HVDC que Manitoba Hydro pagaría cuando el crecimiento de la carga permitiera a la empresa asumir la deuda debida a la línea. La entrega de energía eléctrica de corriente continua se inició el 17 de junio de 1972.
Se completó una unidad de la estación generadora Kettle antes de que se completaran los convertidores de corriente continua. [2] Durante el invierno de 1970 las líneas bipolares se energizaron con corriente alterna, aportando una cantidad útil de energía al sistema de Manitoba; Se instaló un reactor en derivación para evitar un aumento excesivo de tensión debido al efecto Ferranti .
En ese momento, Bipole I utilizaba el voltaje operativo más alto del mundo para entregar la mayor cantidad de energía desde un sitio remoto a una ciudad, y empleó las válvulas de arco de mercurio más grandes jamás desarrolladas para tal aplicación. La línea requirió la construcción de más de 3900 torres arriostradas y 96 torres autoportantes en terrenos variados. El permafrost en algunas áreas provocó que los cimientos se asentaran hasta 1 m (3 pies).
El préstamo del Gobierno de Canadá fue cancelado 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 a través de las líneas de 500 kV de empresas de servicios públicos adyacentes en los Estados Unidos impidieron una interrupción grave del suministro eléctrico.
Se propuso una tercera línea de este tipo, llamada Bipole 3, que discurriría 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 medio ambiente, publicaron un análisis que, según ellos, 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.
El sistema de transmisión actualmente está compuesto por tres líneas de transmisión bipolares con sus estaciones convertidoras y electrodos de retorno a tierra para permitir la operación monopolo.
Bipole 1 recorre 895 kilómetros (556 millas) desde Radisson a 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 bipolo 1 consta de seis grupos de convertidores de 6 pulsos en cada extremo (tres en serie por polo), cada uno de ellos con capacidad nominal original de 150 kV CC, 1800 A. [6] Cada grupo de convertidores se puede puentear en el lado de CC con un interruptor de vacío . Las actualizaciones posteriores han aumentado la clasificación actual 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 en enero de 2013 Manitoba Hydro todavía informa que la línea funciona a +463 kV/- 450 kilovoltios.
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 potentes jamás construidas. Cada uno de ellos tenía un peso de 10.200 kg (22.500 lb), una longitud de 4,57 metros (15,0 pies), un ancho de 2,44 metros (8,0 pies) y una altura de 3,96 metros (13,0 pies). Entre 1992 y 1993 las válvulas de arco de mercurio del Polo 1 fueron reemplazadas por tiristores de estado sólido de 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 posteriormente por Siemens . [8] A finales de 2004, la última de las válvulas de arco de mercurio del polo 2 había sido sustituida por tiristores.
Tanto en Radisson como en Dorsey, los tiristores están situados en la misma sala donde originalmente se encontraban las válvulas de arco de mercurio. En ambas ubicaciones, la sala tiene una altura de 18,29 metros (60,0 pies), un ancho de 22,86 metros (75,0 pies) y una longitud de 44,2 metros (145 pies).
La línea de transmisión Bipole 2 recorre 937 kilómetros (582 millas) desde Henday a Dorsey. Bipole 2 puede transferir una potencia máxima de 1800 MW a un potencial de ±500 kV. El Bipolo 2 consta de cuatro grupos convertidores de 12 impulsos en cada extremo (dos en serie por polo) y se puso en servicio en dos etapas. Tras la primera etapa en 1978 la potencia máxima fue de 900 MW a 250 kV, que aumentó hasta su cifra actual cuando se completó en 1985. [9]
Bipole 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 del Bipole 1, el Bipole 2 siempre ha estado equipado con tiristores. Los tiristores, suministrados 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 sistemas HVDC que utilizaban tiristores habían utilizado refrigeración por aire o, como en el proyecto Cahora Bassa suministrado por el mismo consorcio, refrigeración por aceite. Los tiristores estaban dispuestos en pilas verticales de cuatro cada una montadas en el suelo ( cuatriválvulas ). Cada conjunto contenía 96 niveles de tiristores en serie y dos en paralelo. Estos estaban dispuestos en 16 módulos de tiristores conectados en serie con 8 módulos de reactor.
En 1996, un efecto de viento extremo dañó los bipolos 1 y 2 y amenazó con apagón Winnipeg. La energía se mantuvo importándola desde Minnesota mientras se reparaban los dos bipolos existentes. Para evitar que este evento se repita y mejorar aún más la confiabilidad del suministro de energía, Manitoba Hydro examinó rutas más al oeste para su línea Bipole 3. Los planes también incluyen una estación convertidora adicional y líneas alimentadoras alrededor de la ciudad. La construcción del Bipole 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:
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 haz de conductores para cada polo. Cada polo conductor está formado por tres subconductores equivalentes a 1.590 MCM ACSR . Los conductores están soportados por aisladores de tensión de porcelana o vidrio templado con una distancia máxima al nivel del suelo de 34 metros, con un mínimo de 13,2 metros en la mitad del tramo y una flexión máxima del conductor. La parte superior de las torres lleva un cable óptico de tierra que proporciona interconexión a tierra para las torres y fibras ópticas para el control y 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.
Aunque normalmente cada una de las líneas funciona como sistemas bipolares, si un polo se apaga por mantenimiento o por una falla, el electrodo de retorno a tierra se usa para mantener la operación a capacidad parcial.
Los bipolos 1 y 2 comparten un electrodo de tierra de tipo anillo , de 305 metros (1001 pies) de diámetro, a 21,9 kilómetros (13,6 millas) de la planta convertidora Dorsey en 50 ° 10′29 ″ N 97 ° 24′08 ″ W / 50.17472°N 97.40222°W / 50.17472; -97.40222 (Electrodo de retorno de tierra de la estación convertidora Dorsey) . El electrodo Dorsey está conectado con la planta convertidora mediante dos líneas aéreas sobre postes de madera, una para el Bipolo 1 y otra para el Bipolo 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 ° norte 94,75472 ° W / 56,35611; -94.75472 (Electrodo de retorno de tierra de la estación convertidora Radisson) .
Bipole 2 utiliza un electrodo de tierra de 548 metros (1798 pies) de diámetro y a 11,2 kilómetros (7,0 millas) de la estación convertidora de Henday 56 ° 26′2 ″ N 94 ° 13′22 ″ W / 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 de Keewatinoow en 56 ° 34′56 ″ N 93 ° 57′02 ″ W / 56.58222 ° N 93.95056 ° W / 56.58222; -93.95056 (Electrodo de tierra de Keewatinoow) conectado por una línea de electrodo de 30 km. En la estación convertidora de Riel del sur, la línea de electrodos recorre unos 26 km hasta un sitio de electrodo 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 .
