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Manitoba水电高压直流输电工程

来源：www.baiyundou.net 日期：较早时间

加拿大曼尼托巴水电公司作为省级国有企业 [1] 为曼尼托巴省的近600,000名电力客户提供服务，并为该省南部的约30万名天然气客户提供服务。作为加拿大最大的、垂直一体化能源公用事业公司之一，曼尼托巴水电不仅利用其大规模的水力发电厂来为全省供电，而且还向邻近的萨斯喀彻温省和美国北部提供清洁、接近零排放能源。

对外部销售的可再生能源有助于受电侧公用事业减少煤炭的使用，同时减少温室气体排放，并帮助这些客户消纳更多的间歇性可再生能源，如风能和太阳能。由于存在着巨大的能源需求，该电力公司最近投资了一条高压直流（HVDC）输电线路，以维持其输电系统的稳定和安全。

曼尼托巴水电公司约70％的电力来自在该省北部尼尔森河上的水力发电站。几乎所有这些水力发电一直通过20世纪70年代建造的Bipole I和Bipole II高压直流输电线路输送到该省南部的客户。这两条输电线路大部分是并行通过该省中部，两条线路最终都汇集到位于省会城市温尼伯(Winnipeg)西北部的多尔西(Dorsey)换流站。

由于Bipole I和Bipole II线路高度重合以及公共的终端换流站，龙卷风或覆冰风暴等主要天气事件将对HVDC系统的运行和水电客户电力供应的可靠性构成重大风险。1996年的一场严重风暴在两条线路上摧毁了19座杆塔，中断供电4天，极端天气暴露了高压直流输电系统的易感性。也因此，有史以来第一次曼尼托巴省在恢复重建这些杆塔时限制了电力供应。

2011年，由于河流水位升高，北部偏远的Bipole I和Bipole II输电线路遭受了严重洪灾。当冬天到来并且水冻结时，大约50座杆塔地基隆起。因此，曼尼托巴水电不得不启动其两座火力发电厂，以弥补其高压直流输电系统潜在的输电容量损失。为了解决这些风险并维持其高压直流输电系统的供应安全，该公司决定投资新建一条±500千伏高压直流输电线路Bipole III。

Bipole III HVDC输电线路（绿色）连接Riel和Keewatinohk换流站。以红色显示的高速公路供参考。

Bipole III HVDC

为了最大限度地降低未来与天气有关的线路中断的风险，Bipole III HVDC输电线路建在不同的路线上，穿过曼尼托巴省的西部。该项目包括两个新的换流站，第一个是位于Fox Lake保护区的Keewatinohk换流站，位于曼尼托巴省北部Gillam镇西北约80公里（49.7英里）处。第二个是Riel换流站，位于温尼伯以东，还包括额外的230千伏交流互连，以集成新的高压直流系统。

新的Bipole lll HVDC输电线路共有3078个塔，与换流站一起提供2000 MW的输送容量和完全独立且物理上独立的HVDC系统。这将显着减少恶劣天气事件可能对未来HVDC系统造成的影响。

新的Bipole III换流站的设计基于曼尼托巴水电在Bipole I和Bipole II系统上40多年的运行经验，基于传统的晶闸管技术在Bipole I和Bipole II换流站中的可靠性，选择继续使用该技术用于Bipole III。同样，Bipole III换流站设计为每极两个换流器组，以减少单个转换器中断对传输容量的影响。换流器设备的设计和构造，包括直流（DC）开关场，交流（AC）谐波滤波器和阀厅——由Siemens Canada Ltd.和Mortenson Construction的财团完成。

曼尼托巴省面临着独特的气候挑战，夏季气温接近40°C（100°F），冬季低温为-50°C（-58°F）。换流站内使用的所有设备必须满足这些极端温度的挑战，在某些情况下，要求对设备设计进行修改或将设备安全地安装在室内。

通过SNC-Lavalin公司设计和建造的新的交流开关场，将Keewatinohk换流站连接到曼尼托巴水电现有的北部230kV交流电网。该开关场包括完全冗余的IEC 61850控制和保护系统以及冗余12kV和600 V辅助电源系统，可实现可靠的换流站运行。

在Riel换流站，由福伊特水电公司(Voith Hydro Inc.)和斯图尔特奥尔森工业建设公司(Stuart Olson Industrial Constructors Inc.)联合制造并安装的四台大型250-MVAR同步调相机，为高压直流换流过程提供电压支撑并稳定南方电力系统。每个同步调相机都使用了氢气冷却，以获得最佳性能。因此，设计中融入了多个安全系统，以便在运行时安全地管理氢气。

位于曼尼托巴省北部的Keewatinohk换流站的设计和建造为该项目带来了额外的挑战。建筑和设备基础位于尼尔森河沿岸，处于不连续的永久冻土区域，需要专门的设计，以提供所需的容量，并最大限度地降低这个偏远的北部地区的建设成本。在换流站内的大多数基础上选择了驱动钢和螺旋桩。

由于当地没有足够的基础设施来容纳建造Keewatinohk换流站所需的劳动力，因此建造了一个临时工人小屋以容纳600人的劳动力。曼尼托巴水电公司与Fox Lake Cree Nation合作，在其保护区建造换流站同时，在远离当地居民的区域为建筑工人设计和建造一个家庭住宅，以保护当地居民特色的文化元素，同时提供独特和温馨的环境。

将德国的大型高压直流换流变压器和加拿大魁北克的同步调相机送到Bipole III换流站需要精心规划和协调。根据2016年和2017年的施工计划，专用铁路运输、重型运输卡车和专用自行式多轮车辆的组合确保了关键设备的安全交付和九尾，每个设备的重量都超过250,000千克（250吨）。

换流站是一项庞大而复杂的工作，涉及来自世界各地的多个承包商以及超过1000万个工时来完成。在2016年高峰期建设期间，约有1200人参与了两个换流站的建设。

选择用于连接两个新换流站的±500kV Bipole III输电线路的路线几乎遍历了曼尼托巴省的所有土壤条件，包括沼泽、北方森林和草原农田。在建造Bipole III输电线路之前的许多年，曼尼托巴水电公司参与了该项目的环境许可评价程序。在这条1388公里（860英里）的路权上获取土地和路线需要对细节进行一丝不苟。它涉及与该省南部的农业生产者合作，以保护他们在输电塔基础和结构的建造过程中免受潜在的生物安全风险。因此，制定并实施了旨在防止入侵物种和病原体引入的严格协议。

由于土壤条件和地形的变化，输电线路包括各种塔基础和塔架设计，包括南部的自支撑钢格构塔和北部的拉索钢格构造。在北部地区，输电线路的建设仅在冬季进行，当时地面已经充分冷冻，重型设备可以进入该地区。

沿着输电线路的一些偏远的曼尼托巴地区是众所周知的沼泽地，将杆塔就位是具有挑战性的。为了解决这个问题，塔架安装工程的大部分工作依赖于使用大型直升机将预装配的塔架结构运送到现场，预期可以使用数十年。

Bipole III输电电线路采用防级联(anti-cascading)塔设计，可最大限度地减少在极端风或冰暴时可能损坏的线路长度。线路上的每个HVDC极包括由28个220kN绝缘体支撑的三束806-A4-61全铝合金导体（AAAC）。Bipole I和Bipole II线路的运行经验用于优化导体束几何形状和绝缘体长度，以进一步提高绝缘性能。避雷线采用的是48芯光纤地线OPGW，它提供了换流站之间的通信路径。沿着线路全长安装了四个光学转发器设备，以确保足够的信号强度。

该项目使曼尼托巴水电有机会与该省的土着和梅蒂斯人(Métis)就培训和就业举措进行密切合作。雇用Bipole III项目的工人中约有80％是当地人，几乎有一半来自土着。这不仅限于本地施工的就业；尽一切努力促进土着企业参与该项目的商品和服务采购，以支持曼尼托巴省一个强大，有竞争力的本土商业发展。

曼尼托巴水电公司于2018年7月完成其第三条直流输电项目Bipole III，为曼尼托巴省南部的客户提供曼尼托巴省北部生产的可再生水力发电。项目建设用了五年时间，实际上规划工作比这个还早，目前该项目是北美地区最高水平、最大的建筑项目之一。

这条新的1388公里（860英里），±500千伏高压直流输电线路已经完成它的预期目标：提高加拿大曼尼托巴省电网的可靠性。

Manitoba Hydro HVDC Project
New Bipole III HVDC transmission line delivers 2000 MW of hydroelectric power to increase grid reliability.
Brian Frost, Bruce Owen | Aug 02, 2019
https://www.tdworld.com/overhead-transmission/manitoba-hydro-hvdc-project

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