نظام نقل التيار المستمر لنهر نيلسون

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 5 صور
الموسوعة الحرة

نظام نقل التيار المستمر لنهر نيلسون ، المعروف أيضًا باسم نظام مانيتوبا ثنائي القطب ، هو نظام لنقل الطاقة الكهربائية يتألف من ثلاثة خطوط تيار مستمر عالية الجهد في مقاطعة مانيتوبا الكندية، وتشغله شركة مانيتوبا هايدرو كجزء من مشروع نيلسون ريفر الكهرومائي . وقد أُدرج هذا النظام ضمن قائمة إنجازات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) [ 1 ] في مجال الهندسة الكهربائية . وقد حُطمت العديد من الأرقام القياسية خلال المراحل المتعاقبة للمشروع، بما في ذلك أكبر صمامات قوس الزئبق (وآخرها) ، وأعلى جهد لنقل التيار المستمر، والاستخدام الأول لصمامات الثايرستور المبردة بالماء في أنظمة نقل التيار المستمر عالية الجهد.

ينقل النظام الطاقة الكهربائية المولدة من عدة محطات لتوليد الطاقة الكهرومائية على طول نهر نيلسون في شمال مانيتوبا عبر البرية إلى المناطق المأهولة بالسكان في الجنوب.

محطة تحويل دورسي بالقرب من روسر، مانيتوبا – أغسطس 2005

ويشمل محطتي تقويم ، محطة راديسون للمحولات بالقرب من جيلام عند 56°21′41″ شمالاً 94°36′48″ غرباً / 56.36139° شمالاً 94.61333° غرباً / 56.36139؛ -94.61333 ( محطة راديسون للمحولات ) ومحطة هينداي للمحولات بالقرب من ساندانس عند 56°30′14″ شمالاً 94°08′24″ غرباً / 56.50389° شمالاً 94.14000° غرباً / 56.50389؛ محطة هينداي للتحويل ( -94.14000 ) ، ومحطة دورسي للتحويل في روسر ، الواقعة على بُعد 26 كيلومترًا (16 ميلًا) شمال غرب وينيبيغ عند خط عرض 49°59′34″ شمالًا وخط طول 97°25′42″ غربًا (49.99278° شمالًا ، 97.42833 ° غربًا ) ، ومجموعتين من خطوط نقل التيار المستمر عالي الجهد. يحتوي كل خط نقل تيار مستمر عالي الجهد على موصلين علويين متوازيين لنقل التغذية الموجبة والسالبة. 

تم الانتهاء من خط ثالث، وهو خط ثنائي القطب 3، في عام 2018، ويمتد من محطة محول كيواتينوهك الجديدة على طول الجانب الغربي من بحيرة مانيتوبا إلى محطة محول ريل الجديدة على الجانب الشرقي من وينيبيغ.

لا توجد محطات تحويل أو نقاط توصيل وسيطة. تحتوي جميع الأنظمة ثنائية القطب الثلاثة على أقطاب عودة أرضية واسعة النطاق للسماح باستخدامها في وضع أحادي القطب .

تاريخ

تطلّب إنشاء محطة توليد الطاقة "كيتل رابيدز" بقدرة 1272 ميغاواط عام 1966 مدّ خط نقل طويل لربطها بمراكز الأحمال في جنوب مانيتوبا. وافقت الحكومة الكندية على تمويل تركيب خط نقل التيار المستمر عالي الجهد، على أن تسدد شركة "مانيتوبا هايدرو" الدين المستحق على الخط عندما يسمح نمو الأحمال للشركة بتحمّله. وبدأ توريد الطاقة الكهربائية بالتيار المستمر في 17 يونيو 1972.

تم إنجاز وحدة واحدة من محطة توليد الطاقة "كيتل" قبل اكتمال محولات التيار المستمر. [ 2 ] خلال شتاء عام 1970، تم تزويد خطوط ثنائية القطب بالتيار المتردد، مما ساهم بكمية مفيدة من الطاقة في نظام مانيتوبا؛ وتم تركيب مفاعل تحويل لمنع ارتفاع الجهد الزائد الناتج عن تأثير فيرانتي .

في ذلك الوقت، استخدم خط نقل الطاقة ثنائي القطب الأول أعلى جهد تشغيل في العالم لنقل أكبر كمية من الطاقة من موقع ناءٍ إلى مدينة، واستخدم أكبر صمامات قوس الزئبق التي طُوّرت على الإطلاق لمثل هذا التطبيق. تطلّب إنشاء الخط بناء أكثر من 3900 برج مدعوم بالكابلات و96 برجًا ذاتي الدعم عبر تضاريس متنوعة. أدّى وجود التربة الصقيعية في بعض المناطق إلى هبوط الأساسات بما يصل إلى متر واحد.

تم سداد قرض الحكومة الكندية عندما اشترت شركة مانيتوبا هايدرو الخط والديون المستحقة عليه عام ١٩٩٢. [ ٣ ] وفي عام ١٩٩٧، تسبب إعصار في إلحاق أضرار بـ ١٩ برجًا من خطوط التيار المستمر. وخلال أعمال الإصلاح، نُصح بعض كبار العملاء بتقليص الأحمال، إلا أن واردات الطاقة عبر خطوط ٥٠٠ كيلوفولت من شركات المرافق المجاورة في الولايات المتحدة حالت دون حدوث انقطاع خطير في التيار الكهربائي.

تم اقتراح خط ثالث مماثل، يُسمى "خط ثنائي القطب 3"، يمتد على طول الجانب الغربي من مقاطعة مانيتوبا. في 26 أكتوبر/تشرين الأول 2009، أصدر اتحاد دافعي الضرائب الكنديين ، بالتعاون مع خبراء في الهندسة والبيئة، تحليلاً زعموا فيه دحض جميع ادعاءات الحكومة بشأن ضرورة بناء الخط على الجانب الغربي من المقاطعة. [ 4 ] تم إنشاء الخط على المسار الغربي واكتمل بناؤه في عام 2018.

مكونات النظام

يتكون نظام النقل حاليًا من ثلاثة خطوط نقل ثنائية القطب مع محطات التحويل الخاصة بها وأقطاب العودة الأرضية لتمكين التشغيل أحادي القطب.

ثنائي القطب 1

صمام قوس الزئبق 150 كيلو فولت في ثنائي القطب 1 لمحطة تحويل راديسون التابعة لشركة مانيتوبا هايدرو ، أغسطس 2003. وبحلول نهاية عام 2004، تم استبدال جميع صمامات قوس الزئبق هذه بالثايرستورات ذات الحالة الصلبة .

يمتد خط النقل ثنائي القطب 1 لمسافة 895 كيلومترًا (556 ميلًا) من فندق راديسون إلى دورسي. وقد صُمم في الأصل للعمل بفرق جهد أقصى يبلغ ±450 كيلوفولت وقدرة قصوى تبلغ 1620 ميغاواط . [ 5 ] وينتج عن ذلك تيار كهربائي مقداره 1800 أمبير . 

يتكون الخط ثنائي القطب 1 من ست مجموعات محولات سداسية النبضات في كل طرف (ثلاث مجموعات متصلة على التوالي لكل قطب)، وكانت كل مجموعة مصنفة في الأصل عند 150  كيلوفولت تيار مستمر، 1800  أمبير. [ 6 ] يمكن ربط كل مجموعة محولات من جانب التيار المستمر بمفتاح فراغي. وقد أدت التحديثات اللاحقة إلى زيادة تصنيف التيار إلى 2000  أمبير وتصنيف الجهد لمعظم المعدات إلى 166  كيلوفولت لكل جسر (أي 500  كيلوفولت إجمالاً)، على الرغم من أن شركة مانيتوبا هايدرو لا تزال تُفيد، اعتبارًا من يناير 2013، بأن الخط يعمل عند +463  كيلوفولت/−450  كيلوفولت.

عند بناء خط نقل الطاقة بين مارس 1971 وأكتوبر 1977، استُخدمت صمامات قوس الزئبق لتقويم التيار المتردد . هذه الصمامات ، التي زودتها شركة إنجلش إلكتريك ، [ 7 ] احتوت كل منها على ستة أعمدة أنودية متوازية، وكانت أقوى صمامات قوس الزئبق التي صُنعت على الإطلاق. بلغ وزن كل منها 10.2 طن (22,500 رطل) ، وطولها 4.6 متر (15 قدمًا) ، وعرضها 2.4 متر (8 أقدام) ، وارتفاعها 4.0 متر (13 قدمًا) . بين عامي 1992 و1993، استُبدلت صمامات قوس الزئبق في القطب 1 بثايرستورات الحالة الصلبة من شركة جي إي سي ألستوم، مما زاد من أقصى قدرة وجهد للخط إلى مستوياته الحالية. وفي وقت لاحق، استُبدلت صمامات قوس الزئبق في القطب 2 بصمامات من شركة سيمنز . [ 8 ] بحلول نهاية عام 2004 تم استبدال آخر صمامات قوس الزئبق في القطب 2 بالثايرستورات.    

في كل من فندقي راديسون ودورسي، تقع الثايرستورات في القاعة نفسها التي كانت تضم صمامات قوس الزئبق في الأصل. يبلغ ارتفاع القاعة في كلا الموقعين 18 متراً (60 قدماً) ، وعرضها 23 متراً (75 قدماً)، وطولها 44 متراً (145 قدماً) .   

ثنائي القطب 2

يمتد خط نقل الطاقة ثنائي القطب 2 لمسافة 937 كيلومترًا (582 ميلًا) من هينداي إلى دورسي. ويستطيع هذا الخط نقل طاقة قصوى تبلغ 1800 ميغاواط بجهد ±500 كيلوفولت. ويتكون من أربع مجموعات محولات ذات 12 نبضة في كل طرف (اثنتان متصلتان على التوالي لكل قطب)، وقد تم تشغيله على مرحلتين. بعد المرحلة الأولى عام 1978، بلغت الطاقة القصوى 900 ميغاواط بجهد 250 كيلوفولت، ثم ارتفعت إلى قيمتها الحالية عند اكتماله عام 1985. [ 9 ] 

يعبر الخط ثنائي القطب 2 نهر نيلسون عند الإحداثيات 56.459811 شمالاً و94.143273 غرباً. يوجد معبر احتياطي لنهر نيلسون عند الإحداثيات 56.441383 شمالاً و94.176114 غرباً. لا يمكن تحويل الخط مباشرةً إلى المعبر الاحتياطي.

على عكس ثنائي القطب 1، زُوّد ثنائي القطب 2 دائمًا بالثايرستورات. وقد استخدمت هذه الثايرستورات، التي زوّدها اتحاد شركات نقل التيار المستمر عالي الجهد الألماني ( سيمنز ، وإيه إي جي، وبراون بوفيري )، التبريد المائي [ 10 ] لأول مرة في مشروع من مشاريع نقل التيار المستمر عالي الجهد. وحتى ذلك الحين، كانت أنظمة نقل التيار المستمر عالي الجهد القليلة نسبيًا التي تستخدم الثايرستورات تعتمد إما على التبريد الهوائي أو، كما هو الحال في مشروع كاهورا باسا الذي زوّده نفس الاتحاد، على التبريد الزيتي. رُتّبت الثايرستورات في مجموعات رأسية مثبتة على الأرض، كل مجموعة تتكون من أربعة ثايرستورات ( صمامات رباعية ). احتوت كل مجموعة على 96 مستوى من الثايرستورات موصولة على التوالي، مع مستويين موصولين على التوازي. ورُتّبت هذه المستويات في 16 وحدة ثايرستور موصولة على التوالي مع 8 وحدات مفاعل.

الثايرستورات ثنائية القطب 2: ستة أزواج من الثايرستورات متصلة بالتوازي في وحدة واحدة، مع أنابيب تبريد ومكثفات لضبط الجهد.
مجموعة ثايرستور رباعية بقدرة 1800 أمبير و250 كيلو فولت في ثنائي القطب 2 لمحطة محول هينداي

ثنائي القطب 3

في عام ١٩٩٦، تسببت رياح عاتية في إلحاق أضرار بالغة بالخطين الثنائيين ١ و٢، وهددت بانقطاع التيار الكهربائي عن مدينة وينيبيغ. وتم الحفاظ على الطاقة عن طريق استيرادها من ولاية مينيسوتا ريثما تم إصلاح الخطين الثنائيين القائمين. ولتجنب تكرار هذا الحادث، ولتحسين موثوقية إمدادات الطاقة، قامت شركة مانيتوبا هايدرو بدراسة مسارات أبعد غربًا لخطها الثنائي ٣. وتشمل الخطط أيضًا محطة تحويل إضافية وخطوط تغذية حول المدينة. بدأ إنشاء الخط الثنائي ٣ في عام ٢٠١٢، واكتمل ودخل الخدمة في يوليو ٢٠١٨. [ ١١ ]

العناصر الرئيسية لنظام ثنائي القطب الثالث هي:

  • محطة كيواتينوهك لتحويل الطاقة، تقع على نهر نيلسون بالقرب من موقع محطة كوناوابا المقترحة لتوليد الطاقة عند خط عرض 56°39′25″ شمالاً وخط طول 93°51′14″ غرباً / 56.65694° شمالاً 93.85389° غرباً / 56.65694؛ -93.85389 ( محطة كيواتينوهك لتحويل الطاقة الثابتة )
  • خط نقل ثنائي القطب بطول 1324  كم يعمل بجهد اسمي +/-500 كيلو فولت، ويمتد إلى غرب بحيرة مانيتوبا
  • محطة ريل لتحويل الطاقة، على الجانب الشرقي من قناة وينيبيغ للفيضانات ، في بلدية سبرينغفيلد الريفية عند خط عرض 49°51′59″ شمالاً وخط طول 96°56′24″ غرباً / 49.86639° شمالاً 96.94000° غرباً / 49.86639؛ -96.94000 ( محطة ريل لتحويل الطاقة الثابتة )
  • خطوط تيار متردد إضافية بجهد 230 كيلوفولت لنظام التجميع الشمالي. [ 12 ]

يستخدم الخط أبراجًا فولاذية مدعومة بكابلات في أجزائه الشمالية، وأبراجًا فولاذية شبكية ذاتية الدعم في الجزء الجنوبي. ويبلغ متوسط ​​عدد هذه الأبراج حوالي برجين لكل كيلومتر. يحمل كل برج موصلًا مجمعًا لكل عمود. ويتكون كل موصل عمود من ثلاثة موصلات فرعية تعادل 1590 مليمتر مكعب من الفولاذ المقاوم للصدأ . تُدعم الموصلات بعوازل إجهاد من الزجاج المقوى أو الخزف، ويبلغ أقصى ارتفاع لها عن مستوى الأرض 34 مترًا، بينما يبلغ أدنى ارتفاع لها 13.2 مترًا في منتصف المسافة بين الأبراج، مع أقصى انحناء ممكن للموصل. يحمل الجزء العلوي من الأبراج كابلًا أرضيًا ضوئيًا يوفر وصلة تأريض للأبراج، بالإضافة إلى ألياف ضوئية للتحكم في النظام والاتصال به. [ 12 ]

عادة ما يكون حق المرور لخط نقل التيار المستمر عالي الجهد 66 مترًا، مع إزالة 45 مترًا مباشرة أسفل الخط.

يستطيع النظام نقل 2000 ميغاواط من محطات نهر نيلسون إلى الأحمال في الجنوب.

أقطاب الإرجاع الأرضي

على الرغم من أن كل خط من الخطوط يعمل عادةً كنظام ثنائي القطب، إلا أنه في حالة إيقاف تشغيل أحد الأعمدة للصيانة أو بسبب عطل، يتم استخدام قطب العودة الأرضي للحفاظ على تشغيل السعة الجزئية.

يشترك القطبان الثنائيان 1 و2 في قطب أرضي حلقي الشكل، قطره 305 أمتار (1001 قدم) ، ويبعدان مسافة 21.9 كيلومترًا (13.6 ميلًا) عن محطة تحويل دورسي عند الإحداثيات 50°10′29″ شمالًا 97°24′08″ غربًا ( قطب العودة الأرضي لمحطة تحويل دورسي ) . ويرتبط قطب دورسي بمحطة التحويل عبر خطين هوائيين على أعمدة خشبية، أحدهما للقطب الثنائي 1 والآخر للقطب الثنائي 2.  

في راديسون، يستخدم ثنائي القطب 1 قطبًا أرضيًا من نفس الحجم والنوع مثل دورسي، ولكن على بعد 11.2 كيلومترًا فقط (7.0 ميل) من المحطة عند 56°21′22″ شمالًا 94°45′17″ غربًا / 56.35611° شمالًا 94.75472° غربًا / 56.35611؛ -94.75472 ( قطب العودة الأرضي لمحطة محول راديسون ) . 

يستخدم ثنائي القطب 2 قطبًا أرضيًا قطره 548 مترًا (1798 قدمًا) ، ويبعد 11.2 كيلومترًا (7.0 ميلًا) عن محطة محول هينداي 56°26′2″ شمالًا 94°13′22″ غربًا / 56.43389° شمالًا 94.22278° غربًا / 56.43389؛ -94.22278 ( قطب العودة الأرضي لمحطة محول هينداي ) .  

يقع موقع قطب التأريض للخط ثنائي القطب 3 بالقرب من محطة تحويل كييواتينوهك عند خط عرض 56°34′56″ شمالاً وخط طول 93°57′02″ غرباً ( 56.58222° شمالاً 93.95056° غرباً / 56.58222؛ -93.95056 ) ( قطب تأريض كييواتينوهك )، ويرتبط به عبر خط قطب كهربائي بطول 30 كم . أما في محطة تحويل ريل الجنوبية، فيمتد خط القطب الكهربائي لمسافة 26 كم تقريباً إلى موقع قطب تأريض آخر عند خط عرض 49°56′12″ شمالاً وخط طول 96°43′01″ غرباً ( 49.93667° شمالاً 96.71694° غرباً / 49.93667؛ -96.71694) ( قطب تأريض هازلريدج ) بالقرب من هازلريدج، مانيتوبا .  

الخط الأرضي للقطب الكهربائي ثنائي القطب الثالث شمال دوجالد، مانيتوبا.

مراجع

  1. ↑ "معالم بارزة: نظام نقل التيار المستمر عالي الجهد لنهر نيلسون، 1972" . شبكة التاريخ العالمي التابعة لمعهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 4 أغسطس 2011 .
  2. ↑ ليونارد أ. بيتمان، مهنة هندسية في صناعة الطاقة الكهرومائية ، ورقة عمل معهد الهندسة الكندي 22/2004، يوليو 2004
  3. ↑ إل إيه باتمان، "تاريخ تطوير الطاقة الكهربائية في مانيتوبا"، في مجلة IEEE الكندية، شتاء 2005
  4. ↑ "MB: ثغرات كثيرة في خطة BiPole 3 | اتحاد دافعي الضرائب الكنديين" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16 يوليو 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 5 نوفمبر 2009 .
  5. ↑ مجموعة مخططات HVDC، كتيب CIGRÉ التقني رقم 003 مؤرشف في 2014-07-08 في Wayback Machine ، 1987، الصفحات 63-69.
  6. ↑ Estey, DS, Haywood, RW, Rolland, JW, Willis, DB, Nelson River HVDC System Commissioning and Initial Operating Experience, CIGRÉ session, Paris,1974, paper reference 14-102.
  7. ↑ كوجل، تي سي جيه، مشروع نهر نيلسون - شركة مانيتوبا هايدرو تستغل موارد الطاقة الكهرومائية شبه القطبية، مراجعة كهربائية، 23 نوفمبر 1973.
  8. ↑ Dhaliwal, N., Valiquette, R., Keste, A., Haeusler, M., Kuffel, P., Nelson River Pole 2 mercury-arc valve replacement Archived 2015-09-23 at the Wayback Machine , Paris, 2004, paper reference B4-203.
  9. ↑ مجموعة مخططات HVDC، كتيب CIGRÉ التقني رقم 003 مؤرشف في 2014-07-08 في Wayback Machine ، 1987، الصفحات 104-109.
  10. ↑ بيريجر، سي.، إيتر، بي.، هينجسبيرجر، جيه.، ثيل، جي.، تصميم مجموعات صمامات الثايرستور المبردة بالماء لتوسيع نظام مانيتوبا هيدرو HVDC مؤرشف في 2017-11-17 في Wayback Machine ، جلسة CIGRÉ ، باريس، 1976، مرجع الورقة 14-05.
  11. ↑ كينتون دايك (24 يوليو 2018). "خط نقل الطاقة ثنائي القطب الثالث يدخل الخدمة التجارية" . Steinbachonline.com . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 يوليو 2018.
  12. 1 2 "المشاريع الرئيسية المنجزة" (ملف PDF) . www.hydro.mb.ca .