El sistema de transmisión de corriente continua del río Nelson , también conocido como bipolar de Manitoba , 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 hitos del IEEE [1] en ingeniería eléctrica . Se han batido varios récords en sucesivas fases del proyecto, incluidas las válvulas de arco de mercurio más grandes (y últimas) , el voltaje de transmisión de corriente continua 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 , Radisson Converter Station cerca de Gillam en 56°21′41″N 94°36′48″O / 56.36139, -94.61333 (Radisson Converter Station) y Henday Converter Station cerca de Sundance en 56°30′14″N 94°08′24″O / 56.50389, -94.14000 -94.14000 (Henday Converter Station) , una estación inversora , Dorsey Converter Station en Rosser ubicada a 26 kilómetros (16 millas) al noroeste de Winnipeg en 49°59′34″N 97°25′42″O / 49.99278, -97.42833 (Dorsey Converter Station) ), 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, 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 tomas. Los tres sistemas bipolares tienen electrodos de retorno a tierra de gran tamaño 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 de corriente continua de alta tensión que Manitoba Hydro reembolsaría cuando el crecimiento de la carga permitiera a la empresa de servicios públicos asumir la deuda de la línea. El suministro de energía eléctrica de corriente continua comenzó el 17 de junio de 1972.
Una unidad de la central 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 aportó una cantidad útil de energía al sistema de Manitoba; se instaló un reactor de derivación para evitar un aumento excesivo de voltaje debido al efecto Ferranti .
En ese momento, Bipole I utilizaba el voltaje operativo más alto del mundo para suministrar la mayor cantidad de energía desde un sitio remoto a una ciudad, y empleaba 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 un asentamiento de los cimientos de hasta 3 pies (1 m).
El préstamo otorgado por el 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 a través de las líneas de 500 kV desde las empresas de servicios adyacentes en los Estados Unidos evitaron una interrupción grave del suministro eléctrico.
Se propuso una tercera línea de este tipo, llamada Bipole 3, que discurriría por el lado oeste de Manitoba. El 26 de octubre de 2009, la Federación Canadiense de Contribuyentes , junto con expertos en ingeniería y medio ambiente, publicó un análisis que, según afirmaban, refutaba cada una de las afirmaciones del gobierno sobre por qué la línea debía construirse por el lado oeste de la provincia. [4] La línea se construyó en la ruta occidental y se completó en 2018.
El sistema de transmisión está compuesto actualmente por tres líneas de transmisión bipolares con sus estaciones convertidoras y electrodos de retorno a tierra para permitir la operación monopolar.
El bipolar 1 recorre 895 kilómetros (556 millas) desde Radisson hasta Dorsey. Originalmente, estaba diseñado 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 de ellos con una potencia 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 potencia nominal de corriente a 2000 A y la potencia nominal 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 funciona 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 potentes jamás construidas. Cada una de ellas tenía un peso de 10.200 kg (22.500 lb), una longitud de 4,57 metros (15,0 pies), una anchura 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 sustituidas por tiristores de estado sólido de GEC Alsthom, aumentando la potencia y el voltaje máximos de la línea a sus niveles actuales. Las válvulas de arco de mercurio del Polo 2 fueron sustituidas posteriormente por Siemens . [8] A finales de 2004, las últimas válvulas de arco de mercurio del Polo 2 habían sido sustituidas 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), una anchura de 22,86 metros (75,0 pies) y una longitud de 44,2 metros (145 pies).
La línea de transmisión Bipole 2 tiene una longitud de 937 kilómetros (582 millas) desde Henday hasta Dorsey. Bipole 2 puede transferir una potencia máxima de 1800 MW a un potencial de ±500 kV. Bipole 2 consta de cuatro grupos 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 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 esquemas HVDC que usaban tiristores habían usado 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 montadas en el piso de cuatro cada una ( cuadriválvulas ). Cada conjunto contenía 96 niveles de tiristores en serie, con dos en paralelo. Estos estaban dispuestos en 16 módulos de tiristores conectados en serie con 8 módulos de reactor.
En 1996, un viento extremo dañó los Bipoles 1 y 2 y amenazó con dejar sin electricidad a Winnipeg. Se mantuvo el suministro eléctrico importándolo de Minnesota mientras se reparaban los dos Bipoles existentes. Para evitar que se repitiera este evento y mejorar aún más la confiabilidad del suministro eléctrico, Manitoba Hydro examinó 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 de Bipole 3 comenzó en 2012. La línea se completó y entró en servicio en julio de 2018. [11]
Los elementos principales 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 conductor agrupado para cada poste. Cada conductor de poste está hecho de tres subconductores equivalentes a 1,590 MCM ACSR . Los conductores están soportados por aisladores de tensión 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 una flecha máxima 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 libres directamente debajo de la línea.
El sistema es capaz de transmitir 2000 megavatios desde las estaciones del río Nelson a las cargas del sur.
Aunque normalmente cada una de las líneas funcionan como sistemas bipolares, si un polo se apaga por mantenimiento o por una falla, el electrodo de retorno a tierra se utiliza para mantener la operación de capacidad parcial.
Los bipolares 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 de Dorsey en 50°10′29″N 97°24′08″O / 50.17472, -97.40222 (Electrodo de retorno a tierra de la estación convertidora de Dorsey) . El electrodo de Dorsey está conectado a la planta convertidora mediante dos líneas aéreas en postes de madera, una para el bipolar 1 y otra para el bipolar 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 mi) de la estación en 56°21′22″N 94°45′17″O / 56.35611, -94.75472 (Electrodo de retorno a tierra de la estación convertidora 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 conversora de Henday 56°26′2″N 94°13′22″O / 56.43389, -94.22278 (Electrodo de retorno a tierra de la estación conversora de Henday) .
El bipolar 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, -93.95056 (electrodo de tierra Keewatinoow) conectado por una línea de electrodos de 30 km. En la estación convertidora 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″O / 49.93667, -96.71694. -96.71694 (Electrodo de tierra de Hazelridge) cerca de Hazelridge, Manitoba .
