История электротехники

Коллектив авторов

^{Рис. 5.3. Кольцевая схема} 

Наличие двух систем рабочих шин придает станции повышенную маневренность: можно группировать присоединения линий и блоков в зависимости от режима работы, внешней схемы энергосистемы (в том числе ремонтных вариантов схем) и необходимого уровня надежности электроснабжения.

Однако эти решения не устранили существенного недостатка рассматриваемой схемы: при отказе одного из выключателей в действие запускается устройство резервирования отказа выключателя, которое отключает все выключатели, присоединенные к данной системе шин. На крупных станциях таких присоединений может быть много, и отказ выключателя приводит

к весьма тяжелым последствиям. Ослабить этот фактор позволяет секционирование системы шин, хотя и оно не решает проблемы в полном объеме. Другой недостаток — сложности, возникающие при ремонте одной системы шин.

Избежать этих недостатков позволяют кольцевые схемы, в которых вообще нет сборных шин. При отказе одного выключателя работают только два смежных, возможен вывод выключателя в ремонт без перерыва работы блока. Однако здесь частота работы выключателей в два раза больше, так как каждое присоединение отключается двумя выключателями, а в ремонтных режимах возникают проблемы: при аварийных отключениях присоединений схема распадается на несвязные части, в которых могут возникнуть большие дисбалансы. Недостатком кольцевых схем по сравнению с двумя рабочими и обходной системами шин является отсутствие маневренности.

Кольцевые схемы нашли применение при числе узлов не более шести. Для большего числа узлов иногда применяют связные кольцевые схемы (рис. 5.3).

^{Рис. 5.4. Схема с тремя выключателями на два присоединения}

^{Рис. 5.5. Схема с четырьмя выключателями на три присоединения} 

Решением, объединяющим преимущества кольцевых схем и схем с двумя рабочими системами шин, явились схемы с тремя выключателями на два присоединения (схема 3/2) и с четырьмя выключателями на три присоединения (схема 4/3) (рис. 5.4, 5.5). Эти схемы имеют две рабочие системы шин, связанные цепочками из трех или четырех выключателей. Между выключателями подключаются трансформаторы блоков и линии электропередачи (автотрансформаторы связи с другими распредустройствами). Такие схемы могут работать даже при ремонте двух систем шин при соответствующей группировке присоединений. Эти схемы нашли применение на мощных электростанциях.

Однако в связи с внедрением сверхвысоких и ультравысоких напряжений четко выявилась тенденция к применению схем с одним выключателем на присоединение, в том числе и в США, что определяется очень высокой стоимостью выключателей сверхвысокого и ультравысокого напряжения.

Электрические системы западноевропейских стран имеют значительно более высокую плотность размещения электростанций, малую протяженность линий электропередачи, высокую плотность электрической нагрузки. При этом проблемы электромагнитной совместимости, в том числе и ограничения токов КЗ, оказываются особо сложными. Поэтому в Германии и других западноевропейских странах нашли применение схемы с тремя и более системами рабочих шин (рис. 5.6). Это дает простор для маневров с присоединением генерирующих блоков и линий электропередачи, для обеспечения требуемой надежности и снижения уровней токов КЗ. Такие схемы некоторые авторы называют продольным секционированием.

^{Рис. 5.6. Схемы соединений РУ 380 кВ АЭС (ФРГ)}

^{а — Филиппсбург (1-я очередь); б — Брунсбюттель}

5.3. ТЕХНИКА ПЕРЕДАЧИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

5.3.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

Хронология развития линий электропередачи (ЛЭП) трехфазного переменного тока в Европе и США хорошо известна. На рис. 5.7 видно, как быстро был преодолен стартовый 10–15-ки-ловольтный рубеж: в 1898–1902 гг. были освоены

ЛЭП 35–40 кВ, в 1903–1910 гг. — 50–70 кВ, в 1907–1921 гг. — 90–100 кВ, в 1912–1923 гг. — 150 кВ, в 1918–1927 гг. — 225 кВ, в 1934 г. — 287 кВ (США) и в 1954 г. — 345 кВ (США). Быстрому росту напряжения воздушных линий способствовал прогресс в разрешении проблем высоковольтной изоляции, в частности изобретение тарельчатых изоляторов (США, 1906 г.), заменивших штыревые.

В дореволюционной России было построено всего около 200 км ЛЭП 10, 35 и 70 кВ. Первая ЛЭП 110 кВ (Кашира — Москва) длиной 120 км была построена уже после Октябрьской революции по плану ГОЭЛРО в 1922 г., в 1932 г. была введена в работу ЛЭП 150 кВ от ГЭС на Днепре, с 1933 г. начала строиться ЛЭП 220 кВ (от Свир-ской ГЭС до Ленинграда и др.).

^{Рис. 5.7. Рост номинального напряжения (его максимального значения) воздушных линий электропередачи в США, Канаде и в европейских странах}

^{1 — Франция; 2 — Швеция; 3 — США; 4 — Канада} 

Выполнение плана ГОЭЛРО привело к модернизации многих заводов отечественной электротехнической промышленности: МЭЗ, «Электросила», «Электроаппарат», «Пролетарий», «Изолятор» и др., без развития которых этот план не мог быть осуществлен.

Еще до второй мировой войны в специальном бюро при Политехническом институте в Ленинграде под руководством проф. А.А. Горева были начаты исследования по ЛЭП 400–500 кВ длиной порядка 1000 км, которые предполагалось использовать для передачи электрической энергии от крупных ГЭС, планируемых на Волге, к району Москвы. После войны эти исследования были продолжены во многих институтах страны (ВЭИ, ЛПИ, НИИПТ и др.). Одновременно в институте «Теплоэлектропроект» были развернуты проектные работы по ЛЭП 400 кВ. В научно-исследовательских институтах и на предприятиях электротехнической промышленности разрабатывались силовые трансформаторы, шунтирующие реакторы, выключатели и другое оборудование напряжением 400 кВ. Усилия ученых, проектировщиков, строителей, монтажников и конструкторов оборудования завершились вводом в эксплуатацию в мае 1956 г. цепи ЛЭП 400 кВ протяженностью 815 км. В конце 50-х годов на этой же построенной цепи и на всех последующих ЛЭП аналогичной длины и пропускной способности после усовершенствования оборудования и средств для эффективного ограничения перенапряжений было решено впервые использовать напряжение 500 кВ. Первая такая линия от Волжских ГЭС к Москве начала эксплуатироваться в 1961 г. В тот же период в СССР были освоены ЛЭП 330 кВ [5.11].

Разработка ЛЭП 750 кВ в СССР была вызвана сооружением крупных тепловых станций и АЭС мощностью 2,4–4 ГВт в европейской части страны. Они были и остаются главными системообразующими связями в европейской части ЕЭС России и стран СНГ. Все без исключения оборудование для подстанций и распределительных устройств 750 кВ, как и для сетей 500 кВ, было разработано и изготовлено отечественной электропромышленностью. Важнейшими при создании и освоении ЛЭП 750 кВ были, во-первых, проблема глубокого ограничения перенапряжений (Ю.И. Лысков, С.С. Шур, С.В. Коваленко и др.) и, во-вторых, проблема надежной работы внутренней изоляции оборудования всех видов, в особенности трансформаторов и шунтирующих реакторов (А.К. Лоханин, С.Д. Лизунов, Г.С. Кучинский и др.). Оптимизация проектных решений по воздушным линиям (К.П. Крюков, А.И. Курносов, Б.И. Смирнов, И.А. Шляпин, Л.С. Перельман, Н.Н. Тиходеев и др.) способствовала расширению области эффективного применения этих ЛЭП [5.12; 5.13].

Первая ЛЭП 750 кВ под Москвой длиной около 100 км была введена в работу в ноябре 1967 г.

21 страна в Европе вслед за Швецией построила электрические сети 380–440 кВ. Не менее широкое применение в неевропейских странах получили сети 500–550 кВ; вслед за СССР, где была в 1961 г. введена в работу первая в мире линия 500 кВ, их строили и строят в США, Канаде, Японии, Бразилии, Австралии, Новой Зеландии, АРЕ, КНР и ряде других стран.

В шести странах: Канаде (с 1966 г.), СССР (с 1967 г.), США, Бразилии, Венесуэле и ЮАР были построены ЛЭП переменного тока 735–800 кВ. С помощью СССР эти линии были построены в Венгрии, Польше, Болгарии и Румынии. Общая протяженность таких линий превысила 16 тыс. км. В конце 90-х годов ЛЭП 800 кВ начали строить в Южной Корее.