История электротехники
Шрифт:
В период энергетического кризиса 70-х годов предполагалось, что для транспортирования электроэнергии на дальние расстояния от ТЭС на угле и ГЭС уже в текущем столетии потребуются ЛЭП ультравысокого напряжения (УВН). В этом направлении наиболее интенсивно работали четыре страны: СССР, США, Италия и Япония. Последовавшее затем резкое падение цен на нефть и газ (значительно более дешевая, чем передача электроэнергии по ЛЭП УВН, транспортировке нефти и газа по трубам и танкерами) обусловило снижение экономического интереса к ЛЭП УВН за рубежом. Только Япония спроектировала и построила двухцепную ЛЭП 1100 кВ длиной 250 км с двухцепными опорами башенного типа высотой 106–120 м для передачи электроэнергии от крупной АЭС в район Токио.
В СССР научно-исследовательские работы по ЛЭП 1150 кВ были начаты в 70-х годах. Тогда же начались проектирование и сооружение опытно-промышленной ЛЭП 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав длиной около 500 км и первых очередей подстанций «Экибастузская» и «Кокчетавская» (теперь Казахстан). Их строительство было завершено в июне 1985 г. На этой линии были проведены испытания и исследования (В.В. Ильиничнин, Н.Н. Беляков, А.С. Сохранский и др.), накапливался опыт эксплуатации ВЛ (В.В. Бургсдорф, А.Н. Новикова и др.) и оборудования 1150 кВ. В 1988 г. завершены строительство и монтаж подстанции 1150 кВ в Кустанае, после чего вошла в строй и ЛЭП Кокчетав — Кустанай длиной 390 км (теперь Казахстан). Построены также линии Кустанай — Челябинск и Экибастуз — Барнаул, которые пока работают на напряжении 500 кВ. Ведется сооружение линии Барнаул — Итат.
На рис. 5.8 отмечены этапы освоения ЛЭП все более высокого напряжения в СССР и США (с учетом линий, соединяющих США с Канадой).
На конец 1990 г. в СССР находились в эксплуатации примерно 431 тыс. км ЛЭП 110 кВ, 12,6 тыс. км — 150 кВ, 136,52 тыс. км — 220 кВ, 31,93 тыс. км — 330 кВ, 43,93 тыс. км — 500 кВ, 7,1 тыс. км — 750 кВ и 1,91 тыс. км — 1150 кВ. После распада СССР на территории России осталось свыше 440 тыс. км электрических сетей 110–1150 кВ, в том числе: ВЛ 110 кВ — 279 тыс. км, ВЛ 150 кВ — 2,6 тыс. км, ВЛ 220 кВ — 100 тыс. км, ВЛ 330 кВ — 9,4 тыс. км, ВЛ 500 кВ — 36,2 тыс. км, ВЛ 750 кВ — 2,7 тыс. км, ВЛ 1150 кВ — 0,5 тыс. км.
К 1990 г. СССР имел высокий международный рейтинг в области ЛЭП сверхвысокого (СВН) и ультравысокого (УВН) напряжения переменного тока.
В результате освоения в СССР ЛЭП 500 и 750 кВ в ОЭС сложились две шкалы номинальных напряжений электрических сетей: ПО — 150–330–750 кВ и 110–220–500–1150 кВ. Каждая последующая ступень в этих шкалах превышает предыдущую примерно в два раза, что позволяет повысить пропускную способность линий в два-четыре раза. Первая шкала напряжений получила распространение в северо-западных областях России, на Украине и на Северном Кавказе, вторая — в центральных областях и на всей территории России к востоку от Москвы. В настоящее время линии 110, 150 и 220 кВ используются главным образом в районных распределительных сетях для передачи электроэнергии к крупным узлам нагрузки. Электропередачи 330, 500, 750 и 1150 кВ, по которым может быть передана мощность от 350 до 4000–4500 МВт, решают задачи системного характера. Они используются для создания мощных межсистемных и внутрисистемных связей в ОЭС, передачи электроэнергии от удаленных электростанций, например атомных или ГЭС, в приемные системы.
В соответствии с установившейся терминологией Международной конференции по большим электрическим системам высокого напряжения (СИГРЭ) к линиям высокого напряжения относятся линии с наибольшим номинальным напряжением ниже 400
В мировой практике в настоящее время значительное внимание уделяется электропередачам постоянного тока, где отсутствуют волновые процессы в линии, благодаря чему эти электропередачи приобретают новые свойства. В них снимается проблема устойчивости совместной работы связываемых систем, с их помощью можно соединять несинхронно работающие системы или системы с различной номинальной частотой и т.д.
Для передачи энергии на большие расстояния, как уже отмечалось, необходимо повышение напряжения линии. Поскольку постоянный ток не трансформируется, то повысить напряжение можно путем последовательного соединения нескольких источников. Такую схему предложил Рэне Тюри (Швейцария). По его схеме было сооружено около 15 электропередач. Главная из них — электропередача Мутье — Лион (Франция). Эта электропередача была введена в работу в 1906 г. и имела длину 180 км при напряжении 57 кВ, передаваемая мощность на первом этапе составляла 4,6 МВт.
На ГЭС Мутье несколько генераторов постоянного тока были включены последовательно, причем каждый из них был изолирован от земли, а с валом турбины они соединялись через изолирующие прокладки. На приемном конце, в Лионе, последовательно соединялись двигатели постоянного тока, которые вращали трехфазные генераторы переменного тока, включенные в сеть города.
Впоследствии мощность этой передачи была доведена до 20 МВт, а напряжение до 115 кВ. Только в 1937 г. эта электропередача была заменена трехфазной линией переменного тока.
В 30-х годах были созданы ртутные выпрямители, позволившие создать достаточно мощные преобразовательные подстанции, предназначенные для электрификации транспорта и технологических процессов в промышленности. Тогда же в США была построена первая электропередача постоянного тока на ртутных вентилях (15 кВ), предназначенная для связи энергосистем с разной частотой.
У нас в стране первая опытно-промышленная кабельная электропередача Кашира — Москва была пущена в 1950 г. Для ее создания были использованы ртутные вентили с током 50 А и напряжением 120 кВ. Длина этой электропередачи 120 км, напряжение ±100 кВ, передаваемая мощность 30 МВт. В 1954 г. была построена электропередача постоянного тока Швеция — о. Готланд (длина 100 км, мощность 20 МВт, напряжение 100 кВ).
Ртутными преобразователями в 50–60-х годах было оснащено несколько электропередач (Англия — Франция, Швеция — Дания, Тихоокеанская передача в США и др.).
Одной из важнейших проблем того периода было создание мощного высоковольтного ртутного вентиля, который мог быть использован для дальних мощных электропередач постоянного тока. Разработка такого вентиля велась во многих странах. В нашей стране в ВЭИ был создан вентиль типа ВР-9 (напряжение 130 кВ, ток 300 А). На этих вентилях в 1962–1965 гг. была сооружена электропередача Волгоградская ГЭС — Донбасс (400 км, 720 МВт, ±400 кВ), которая в течение ряда лет была крупнейшей в мире.
Опыт эксплуатации ртутных вентилей в различных странах выявил их недостаточную надежность в работе.
Положение изменилось в конце 60-х годов, когда были разработаны мощные полупроводниковые вентили — тиристоры.
Первые тиристоры имели напряжения 1–1,5 кВ и ток несколько сот ампер, что при разработке высоковольтных вентилей требовало их последовательно-параллельного соединения. В последующем успехи полупроводниковой техники привели к созданию тиристоров с током 2–3 кА и напряжением до 4 кВ. Это позволило отказаться от параллельного соединения тиристоров и уменьшило их число в последовательной цепочке.