O HVDC Inter-Island é um poste de alta tensão DC que conecta a Ilha do Norte e a Ilha do Sul da Nova Zelândia . Às vezes também é chamado de cabo Cook Strait , nome enganoso, pois a maior parte da linha é aérea. É propriedade e operada pela operadora de rede pública da Nova Zelândia, Transpower New Zealand .
Com 610 km de extensão , conecta os postos Benmore e Hayward. O primeiro está localizado próximo à barragem de mesmo nome no rio Waitaki na área de Canterbury ; o segundo está localizado em Lower Hutt . A linha cruza as regiões de Canterbury e Malborough por via aérea até a Baía de Fighting, então leva um cabo submarino de 40 km para cruzar o Estreito de Cook antes de chegar na Baía de Oteranga, perto de Wellington , torna-se novamente aérea pelos últimos 37 quilômetros até Hayward.
A linha foi comissionada em Abril de 1965para transportar energia elétrica da Ilha do Sul, rica em capacidade de geração de energia elétrica, até a Ilha do Norte, onde se localiza o consumo de energia elétrica. Sua potência era originalmente de 600 MW . A configuração das estações conversoras era bipolar, as válvulas eram feitas de diodos de vapor de mercúrio . Em 1992, esses dois polos foram reunidos e um novo polo, denominado polo 2, com válvulas baseadas em tiristores , foi construído. Finalmente, o1 st de Agosto de 2012, o pólo 1 é retirado de serviço e substituído em 29 de maio de 2013 por um segundo pólo tiristorizado, denominado pólo 3.
Sua potência total é de 1000 MW , sua tensão nominal é de ± 350 kV .
A linha Inter-ilhas tem uma função estratégica na rede da Nova Zelândia: permite a interligação das redes das duas ilhas e a troca de energia entre as duas, garantindo assim o equilíbrio entre produção e consumo.
Geograficamente, as duas ilhas têm perfis diferentes: enquanto a Ilha do Sul é 33% maior que a do Norte, a população é três vezes menor. O consumo de eletricidade da Ilha do Norte é, portanto, maior em média com uma taxa de 62,9% em 2011, porém os habitantes da Ilha do Sul usam mais eletricidade per capita devido ao clima mais frio e à presença da fundição de alumínio de Tiwai Point que tem uma consumo de pico de 640 MW , tornando-se o primeiro país consumidor único e a segunda carga após a cidade de Auckland . Em termos de geração, a Ilha do Sul tem 40,9% da capacidade em 2011, e quase toda a energia hidrelétrica .
Se todas as capacidades de geração estiverem disponíveis, o link não é necessário para cada ilha para cobrir seu consumo de pico. Por outro lado, permite a otimização:
Por outras palavras, o vínculo permite colocar em concorrência os diferentes meios de produção de eletricidade.
A escolha da corrente contínua deu-se em função da longa distância a percorrer e, em particular, do estreito, apesar do custo mais elevado das estações conversoras. As perdas são assim reduzidas e nenhuma compensação elétrica é necessária para o cabo submarino.
A região de Wellington é particularmente dependente da linha para seu fornecimento de eletricidade.
Com 610 km de extensão , conecta os postos Benmore e Hayward. O primeiro está localizado próximo à barragem de mesmo nome no rio Waitaki , na área de Canterbury . O segundo está localizado em Lower Hutt . A linha cruza as regiões de Canterbury e Malborough por via aérea para a baía de combate, então leva um cabo submarino de 40 km para cruzar o Estreito de Cook antes de chegar na Baía de Oteranga , perto de Wellington, torna-se aérea novamente pelos últimos 37 quilômetros até Hayward.
A ideia original de construir uma ligação elétrica entre as duas ilhas para fazer frente ao crescimento do consumo de eletricidade partiu do engenheiro-chefe do Departamento Estadual de Hidrelétricas Bill Latta. Em 1950, publica uma publicação na qual chama a atenção para o potencial limitado da Ilha do Norte para a produção de eletricidade, enquanto a do Sul ainda tem capacidades de desenvolvimento em termos de hidroeletricidade. Uma linha para abastecer a Ilha do Norte a partir da do Sul torna-se então necessária.
Em 1951, o fabricante de cabos British Insulated Callender's Cables (BICC) explicou ao Departamento Hidrelétrico do Estado que cruzar o Estreito de Cook usando uma conexão subaquática era possível, mas difícil, sem precedentes para tais condições marítimas.
Os avanços na produção de válvulas de vapor de mercúrio na década de 1950 levaram à construção de várias linhas HVDC em outros países: por exemplo, HVDC Gotland . Esta nova tecnologia mostra sua capacidade de transportar grandes potências por longas distâncias, sejam submarinas ou aéreas.
Em 1956, o governo pediu ao BICC que preparasse uma estimativa para determinar a viabilidade e os custos de cruzar o Estreito de Cook. O BICC confirma a viabilidade em dezembro. Paralelamente, o ministro responsável pela área da energia elétrica está a constituir uma comissão para estudar as diferentes possibilidades de que a Nova Zelândia dispõe para aumentar as suas capacidades de produção de eletricidade. Em 1957, este comitê recomendou a construção de uma barragem no rio Waitakir em Benmore. O projeto envolve a construção de uma ligação elétrica entre as duas ilhas. Também são feitos contatos com a empresa ASEA que construiu as primeiras linhas HVDC.
Os planos atuais prevêem que:
Em 1958, a BICC instalou 800 m de cabo para testar a sua resistência às condições da Baía de Oteranga, nomeadamente no que diz respeito à abrasão, flexão e vibrações causadas pelo fundo do mar. Os testes foram encerrados em 1960, em outubro o BICC anunciou seu sucesso, o protótipo parecia capaz de enfrentar as condições do Estreito.
No período de 1958 a 1960 surgem debates sobre qual o plano mais favorável para o desenvolvimento da geração de energia elétrica do país. Os riscos envolvidos no projeto da travessia do estreito são criticados. Em 1961, porém, o governo aprovou o projeto para responder ao aumento do consumo de energia elétrica. ASEA ganha 6,5 milhões de livros da Nova Zelândia para projetar, fabricar, instalar e comissionar as estações conversoras Benmore e a Haywards BICC consegue um contrato de 2,75 milhões de libras pelos mesmos serviços aplicados ao cabo.
O projeto e a construção ocorreram de 1961 a 1965 para o Departamento de Eletricidade da Nova Zelândia . O cabo foi colocado pelo navio Photinia em 1964. Quando entrou em serviço em 1965, a linha era a mais longa e mais potente do mundo em sua categoria. O cabo também quebra o recorde de energia. A potência nominal era de 600 MW , a tensão DC ± 250 kV . Inicialmente, a linha foi projetada para transportar energia do sul para o norte. Em 1976, o esquema de controle foi adaptado para permitir a reversão do fluxo de potência.
Tendo o dimensionamento da central hidroeléctrica sido concomitante ao do enlace, os transformadores que permitem a ligação entre os geradores de 16 kV e a rede de corrente alternada encontram-se subdimensionados em relação à potência máxima da central. . Parte da energia para ir para o link CC.
Em 1987, a Electricity Corporation da Nova Zelândia começou a estudar a possibilidade de melhorar o desempenho da linha. Por razões econômicas, uma renovação é preferível a uma substituição total. O projeto planeja aumentar a tensão e a corrente da linha, mantendo as válvulas de vapor de mercúrio. Em paralelo, um novo poste é construído com válvulas tiristoras. O escopo das modificações a serem realizadas é o seguinte:
Pólos 2 e o novo cabo são colocados em serviço Março de 1991. A potência máxima atingiu 1348 MW , ou 648 + 700. Porém, a limitação de tensão da linha conectada ao polo 1 limita sua capacidade a 540 MW , resultando em um total de 1.240. Após a retirada do cabo antigo, a potência é novamente reduzida para 1.040 MW , o polo 2 agora tem apenas um cabo para cruzar o Estreito de Cook.
O 21 de setembro de 2007, o pólo 1 das duas subestações é desligado “indefinidamente” . Dentrodezembro de 2007, A Transpower, no entanto, anuncia que será reiniciada com apenas metade das válvulas, em standby, antes do inverno de 2008, para poder atender às necessidades de energia da Ilha do Norte. O resto do pólo 1 deve ser retirado de serviço. Um mês antes, a empresa já havia anunciado que a potência do pólo 2 seria aumentada de 500 para 700 MW no pico de demanda, graças ao uso de um dos dois cabos do pólo 1 para o pólo 2.
O 13 de março de 2008, A Transpower anuncia que foram realizadas as obras de recuperação da metade das capacidades do pólo 1. Algumas válvulas de vapor de mercúrio foram recuperadas da linha Konti-Skan HVDC entre a Dinamarca e a Suécia para este reparo. O poste então só funciona na direção sul-norte para limitar seu desgaste. DentroMaio de 2009, A Transpower utiliza o polo 1 com potência de 200 MW , para compensar a perda de parte das capacidades do polo 2.
Na prática, tirar metade do pólo fora de serviço combinado com suas restrições de uso significa que o link opera quase exclusivamente como um pólo monopolar. Em 2010, a Transpower informou que por causa dessa configuração o link funciona como uma célula galvânica com a terra. O eletrodo Benmore atua como um ânodo e sofre erosão rapidamente, enquanto o de Haywards, o cátodo, acumula um depósito de magnésio e hidróxido de cálcio . Portanto, são necessárias operações de manutenção adicionais.
Finalmente, o 1 st de Agosto de 2012, o polo 1 das duas subestações é totalmente retirado de serviço após 47 anos de operação. Esta foi a última instalação HVDC a ainda usar válvulas de vapor de mercúrio.
Dentro Maio de 2008, A Transpower apresenta à Comissão Elétrica da Nova Zelândia um projeto para substituir as válvulas de vapor de mercúrio no pólo 1 por tiristores. Dentrojulho de 2008, este último aprova o projeto.
O projeto é denominado “pólo 3” . Uma nova subestação deve ser construída, sua tensão é de +350 kV , sua potência de 700 MW , ou tanto quanto o pólo 2. Custa cerca de 672 milhões de dólares neozelandeses. O trabalho de construção começa em19 de abril de 2010, quando o Ministro da Energia Gerry Brownlee lança a pedra fundamental. O comissionamento está inicialmente programado paraabril de 2012, mas em Maio de 2011, Transpower anuncia que atrasos são esperados devido às dificuldades encontradas pelo fabricante. Portanto, é adiado paradezembro 2012.
O projeto pretende substituir o polo 1 pelo polo 3. Seu escopo é o seguinte:
O descomissionamento do pólo 1 ocorreu em Julho de 2012, num momento de baixo consumo de energia, o que permitiu ligar as linhas existentes ao pólo 3 e testá-lo. Se o pólo 3 tem uma potência nominal de 700 MW , os pólos 2 e 3 combinados são inicialmente restritos a 1000 MW no total por causa da fraqueza da rede CA em Haywards. A construção de um STATCOM em Haywards emJaneiro de 2014 deve pôr fim a esta situação.
Para permitir uma boa coordenação do sistema, o sistema de controle do polo 2, datado da década de 1980, foi substituído no final de 2013 por um sistema idêntico ao do polo 3. Os antigos equipamentos também estavam degradados e obsoletos. O pólo 2 deve ser retirado de serviço por um período de quatro semanas para permitir a substituição. Durante este tempo, um novo sistema de controle para a estação também é colocado em prática. O Pólo 3 pode continuar a operar durante este tempo.
A obra do pólo 1 também foi uma oportunidade de reforma da linha de transmissão. Assim, 100 postes foram substituídos na Ilha do Sul, a fim de aumentar a distância de isolamento no ar, novos condutores foram instalados na Ilha do Norte e os postes da mesma ilha foram reforçados.
Os transformadores de descarga de energia Benmore foram substituídos no mesmo período. Os novos são trifásicos, têm tensão de 220/16/16 kV , estão na verdade ligados a dois geradores e têm uma potência de 225 MVA.
Planos estão sendo considerados para instalar um quarto cabo no Estreito de Cook. Ele carregaria então o número 7 e seria conectado ao polo 2, permitindo que a transmissão chegasse a 1.400 MW . Filtros adicionais devem então ser instalados em Benmore e Haywards.
Multi-terminalA fim de melhorar o fornecimento de energia para a região ao redor de Christchurch , Ashburton e Timaru - Temuka , foi proposta a construção de uma estação conversora adicional na linha perto de Waipara , a fim de extrair energia neste nível para o 'envio para o AC Rede de 220 kV . Isso melhoraria a segurança elétrica em torno de Christchurch, fornecendo uma rota alternativa para a eletricidade. No entanto, esta solução é cara e diz respeito a longo prazo.
O link entre as ilhas, como qualquer linha de energia, está sujeito a falhas elétricas. Sua importância na manutenção da produção-consumo na Nova Zelândia significa que qualquer acionamento pode comprometer a estabilidade de frequência do todo. A ilha que recebe a eletricidade, então, experimenta uma subfrequência, aquela que emite uma sobretensão. O mercado de comercialização de eletricidade também está perturbado. Se a falha ocorrer, quando a produção for muito baixa na ilha receptora, existe o risco de que as reservas não sejam suficientes para compensar a perda da linha. Um corte generalizado não pode, portanto, ser descartado na ilha receptora.
Para garantir a segurança do cabo submarino, é definida uma área de 7 km de largura em seu entorno, onde é proibida a ancoragem ou pesca de barcos. As patrulhas marítimas e aéreas garantem o cumprimento da legislação.
Como em todas as obras elétricas estratégicas, as manutenções são programadas com antecedência para que sejam realizadas em um momento em que o sistema não seja essencial para o bom funcionamento da rede. A operação de monopólio também permite que a manutenção seja realizada mantendo metade da capacidade de transmissão.
As principais falhas experimentadas pelo HVDC entre ilhas são:
Inter-Island é um link HVDC de dois pólos, cujas estações conversoras usam tiristores comutados por linha. Eles são conectados como uma ponte de 12 pulsos, como é normal em HVDCs. Em caso de falha em um dos pólos, a instalação pode funcionar em modo monopolar. A corrente então flui entre os dois eletrodos.
As estações de conversão incluem:
As válvulas são montadas para formar uma ponte de 12 pulsos, elas são agrupadas em três quadrivalves refrigeradas a água. As válvulas estão em ambos os pólos suspensas no teto, esta configuração tendo melhor resistência a terremotos em comparação com as válvulas montadas no solo. As difíceis condições sísmicas na Nova Zelândia são particularmente restritivas.
Os transformadores de potência são monofásicos e cada um possui dois enrolamentos conectados às válvulas: um acoplado em estrela e um em delta.
Pólo | Pólo 2 | Pólo 3 |
---|---|---|
Comissionamento | 1991 | Maio de 2013 |
criador | Asea Brown Boveri | Siemens |
Voltagem nominal | -350 kV | +350 kV |
Poder nominal | 560 MW | 700 MW |
Potência de sobrecarga contínua | 700 MW | 735 MW |
Potência de sobrecarga curta | 840 MW por 5 s | 1000 MW por 30 min |
Tipo de tiristores | 4 "( 100 mm ) de diâmetro, eletricamente preparado, resfriado a água | 5 "(125 mm ) de diâmetro, água resfriada opticamente preparada |
Corrente máxima admissível | 2000 A | 2 860 A |
Tensão de ruptura negativa do tiristor | 5,5 kV | > 7,5 kV |
Número de tiristores por válvula | 66 | 52 |
Número de tiristores por quadrivalve | 264 | 208 |
Número de tiristores por estação | 792 | 624 |
Massa de quadrivalves | 20 toneladas | 17 toneladas |
Número de transformadores de conversão | 8 no total: 3 + 1 primeiros socorros em cada posto | 8 no total: 3 + 1 primeiros socorros em cada posto |
Massa de transformadores de conversão | 324 toneladas incluindo óleo | 330 toneladas incluindo óleo |
Volume de óleo por transformador | 85.000 l | 91.000 l |
Os três cabos submarinos instalados em 1991 têm uma corrente máxima admissível de 1.430 A para uma tensão nominal de 350 kV . Em caso de sobrecarga, eles podem conduzir 1600 A por 30 minutos. Seu condutor de cobre é um cabo compactado. Seu isolamento é feito de papel impregnado em massa. Sua tela de metal é feita de chumbo . Para sua proteção mecânica, duas camadas de aço galvanizado o rodeiam. O conjunto é revestido com polipropileno . Seu diâmetro externo é de aproximadamente 13 cm .
A linha aérea é projetada e construída pelo Departamento de Eletricidade da Nova Zelândia e concluída emJaneiro de 1965. 1.623 postes de treliça de aço são construídos. Na Ilha do Sul, atinge uma altitude de 1.280 m . O maior alcance é de 1119 m , perto de Port Underwood, não muito longe do posto de Fighting Bay.
Inicialmente, sua tensão nominal era de ± 250 kV . Em 1992, recebeu novos isoladores de porcelana especialmente projetados para tensão contínua que permitiam isolar ± 350 kV . No interior, cada uma tem 15 placas, enquanto perto da costa contam com 33 para melhor resistir à deposição de sal. Neste último caso, os isoladores têm um comprimento de 5 m .
Cada pilão carrega um par de condutores de alumínio com núcleo de aço em cada lado. Eles têm um diâmetro de 39,4 mm e estão espaçados de 432 mm . Em 1992 foram reclassificados para uma corrente de carga 2000 A .
Um fio terra protege a linha contra raios em toda a sua extensão, com exceção de um trecho de 21 km próximo à subestação Haywards, onde o cabo do eletrodo cumpre essa função. Além disso, uma fibra óptica é instalada no fio terra, em uma extensão de 13 km na Ilha do Norte e 169 km na Ilha do Sul.
20 novos postes foram construídos em 1992 para contornar uma área residencial ao norte de Johnsonville. Em 2010, 92,5% dos postes, ou 1.503, eram originais.
O eletrodo da estação de Hayward é marinho e está localizado na Baía de Oteranga a 25 km de distância. A estação é chamada de Te Hikowhenua. Atualmente é composto por 40 células conectadas em paralelo que estão alinhadas a 800 m da praia. Estas últimas são feitas de um aço rico em silício e cromo e são colocadas em cilindros de concreto poroso. Essas células são revestidas em rocha especialmente selecionada, depois em um geotêxtil , o objetivo é permitir a passagem da água do mar, mas evitar a formação de lodo. Sua resistência é 0,122 Ohm, a sua capacidade de corrente de 2400 A .
Foi reformado, inicialmente tinha apenas 25. Sua resistência era então entre 0,23 e 0,3 Ohm dependendo das condições do mar.
O de Benmore é terrestre e está localizado no posto Bog Roy, a 7,6 km do primeiro. É constituído por diferentes ramos ligados por uma estrela que se distribuem por uma área de 1 km 2 . Esses ramos são feitos de barras de aço com baixo teor de carbono de 40 mm de comprimento. Eles estão enterrados em um leito de carvão com uma seção de 0,26 m 2 a uma profundidade de 1,5 m . Sua resistência é de cerca de 0,35 Ohm.