5.3.2. СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СВН И УВН — ВЫДАЮЩЕЕСЯ ДОСТИЖЕНИЕ РОССИЙСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ

5.3.2. СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СВН И УВН — ВЫДАЮЩЕЕСЯ ДОСТИЖЕНИЕ РОССИЙСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ

В 30-е годы сложились две крупные научные электротехнические школы: ленинградская и московская.

В Ленинграде в ЛПИ под руководством чл.-корр. АН СССР М.А. Шателена над проблемами дальних электропередач работали крупные ученые — профессора А. А. Горев, Н.П. Виноградов, A.M. Залесский, Н.Н. Щедрин. Большой вклад в развитие техники передачи электрической энергии внесли работавшие в ЛЭТИ под руководством проф. А.А. Смурова профессора Г.Т. Третьяк, Л.Е. Машкиллейсон и др. Фундаментальные исследования, в том числе по электрической изоляции, проводились в Электрофизическом институте (выделившемся из Физико-технического института) выдающимися учеными А.П. Александровым, Н.Н. Семеновым, А.Ф. Вальтером, Б.М. Гохбергом и др.

В Москве исследования и разработки по широкому кругу вопросов, связанных с проблемами передачи электроэнергии, проводились в 30-е годы в основном в ВЭИ, МЭИ, «Мосэнерго». В центре этих проблем находился профессор-энциклопедист Л.И. Сиротинский, занимавший в то время посты начальника отдела высоких напряжений ВЭИ и одновременно заведующего кафедрой техники высоких напряжений МЭИ. Работы по электрическим сетям, включая вопросы их строительства, вели А.А. Глазунов, Н.И. Сушкин, А.Я. Рябков и др. Значительным вкладом в решение проблем устойчивости параллельной работы электростанций явились результаты исследований П.С. Жданова и С.А. Лебедева, затем Г.Р. Герценберга. Над вопросами электрической изоляции сетей и электрооборудования работали А.В. Александров, А.В. Ефимов, В.К. Кожухов, П.А. Флоренский и др. Коммутационную аппаратуру разрабатывали А.Я. Буйлов, Г.В. Буткевич, Е.М. Цейров, A.M. Бронштейн, М.А. Бабиков и др. Вопросами защиты от перенапряжений и разработкой защитной аппаратуры занимались А.А. Акопян, Л.И. Иванов, В.И. Пружинина, В.А. Карасев и др.

Все работы велись в тесном контакте с электротехническими заводами «Электроаппарат», «Пролетарий» (Ленинград), МЭЗ и «Изолятор» (Москва), «Уралэлектроап парат» — (Свердловск).

В Ленинграде как основном электротехническом центре в 30-е годы при ЛПИ под руководством А.А. Горева создается «Бюро куйбышевских работ» (БКР), где были начаты конкретные исследования и предпроектные проработки по ЛЭП 400–500 кВ. Быстро был построен высоковольтный корпус, в котором была создана, в частности, крупная электродинамическая модель для воспроизведения переходных процессов в ЛЭП и примыкающих энергосистемах (Л.Е. Машкиллейсон, Н.Н. Миролюбов). По проекту Н.П. Виноградова и его ученика К.П. Крюкова сооружается однопролетная опытная линия напряжением 500 кВ, на которой изучались механика опор и проводов, нагрев током проводов, проводились первые измерения потерь на корону. Исследование фарфоровых изоляторов и их характеристик вел К.С. Архангельский, внутренней изоляции — А.С. Зингерман.

Одной из серьезных задач, которая была успешно решена, явилась проблема устойчивости параллельной работы электростанций и ОЭС. Опираясь на основополагающие работы по анализу статической и динамической устойчивости А.А. Горева, П.С. Жданова, С.А. Лебедева и др., удалось найти ряд методов повышения устойчивости: регулирование турбин и возбуждения генераторов, быстродействие защит и выключателей, компенсация параметров линий и др. (В.А. Веников, М.П. Костенко, И.А. Глебов, И.А. Груздев, М.Л. Левинштейн, О.В. Щербачев, Д.И. Азарьев, С.А. Совалов, Л.А. Жуков и др.).

В результате исследований и разработок ВЭИ (Г.Р. Герценберг) было установлено, что перевод генераторов в зону «искусственной устойчивости» позволяет существенно повысить предел статической устойчивости. Для этого необходимо иметь электронные регуляторы возбуждения без зоны нечувствительности. Они были созданы в 1939 г. В послевоенные годы эти регуляторы были усовершенствованы за счет введения в закон регулирования производных от параметров режима, что позволило еще выше поднять предел статической устойчивости.

После Великой Отечественной войны исследования по ЛЭП СВН были развернуты под руководством института «Теплоэлектропроект» (и в выделившемся затем из него институте «Энергосетьпроект») во многих институтах страны (МЭИ, НИИПТ, ВЭИ, ВНИИЭ, ЭНИН, ЛПИ и др.). Наиболее ответственные технические решения принимались большой группой ученых и инженеров, среди которых были С.С. Рокотян (главный инженер института «Энергосетьпроект»), А.И. Колпакова, A.M. Федосеев, Н.Н. Соколов, Д.И. Азарьев, Г.А. Славин и др. Одновременно под руководством ВЭИ (Л.И. Сиротинский, Г.В. Буткевич, Е.М. Цейров и др.) в НИИ, КБ и на заводах электротехнической промышленности (ВЭИ, ВИТ, ЗТЗ, МЭЗ, «Электроаппарат», «Пролетарий», «Уралэлектроаппарат» и многих других) велись разработки силовых трансформаторов, шунтирующих реакторов, выключателей и другого оборудования на напряжение 400 кВ.

Помимо методов аналитического исследования большую роль сыграли методы физического моделирования [5.14]. В начале 50-х годов в МЭИ (В.А. Веников, Т.Л. Золотарев) была создана физическая модель электропередачи Волжская ГЭС — Москва, на которой отрабатывались методики расчета переходных процессов и натурные образцы регуляторов и релейной защиты. В последующие годы физические модели были созданы в ряде исследовательских центров в нашей стране и за рубежом.

В ЛПИ на кафедрах ТВН и электрических систем и сетей под руководством А.А. Горева и в теснейшем контакте со специалистами «Теплоэлектропроекта» проводили исследования режимов дальних ЛЭП О.В. Щербачев, И.А. Груздев, М.Л. Левинштейн, К.П. Кадомская и др.

Усилия ученых, проектировщиков, конструкторов оборудования и монтажников завершились вводом в эксплуатацию в мае 1956 г. первой цепи ЛЭП 400 кВ от Куйбышева к Москве протяженностью 815 км. На этой ЛЭП был проведен большой комплекс пусконаладочных работ и исследований. Их результаты и накопленный за два первых года опыт эксплуатации ЛЭП, быстрое развитие экономики и электроэнергетики страны поставили в повестку дня повышение пропускной способности ЛЭП 400 кВ. Первым смелым экспериментом в этом направлении был перевод кольцевой линии 400 кВ (длиной 78 км) на рабочее напряжение 500 кВ за счет переключения трансформаторной группы по схеме 500/115/11 кВ. Целеустремленная работа ученых, эксплуатационников (В.А. Вершков) и проектировщиков, поддержанная руководством Министерства электростанций и Госплана СССР, позволила сделать заключение о том, что при сравнительно небольшом усовершенствовании основного высоковольтного оборудования на 400 кВ построенная и строящиеся ВЛ смогут работать при напряжении 500 кВ. Такое решение в 1957 г. было актуально для нашей страны с ее

огромной территорией и перспективой быстрого объединения динамично развивающихся энергосистем в Единую электроэнергетическую систему. Одна цепь ЛЭП от Волгограда до Москвы была перепроектирована на 500 кВ без замены проводов, линейной изоляции, опор и без увеличения габаритов подстанций 400 кВ. Она была введена в эксплуатацию 27 декабря 1959 г., а в сентябре 1961 г. вошла в строй действующих и вторая цепь 500 кВ той же передачи. Эти две ЛЭП 500 кВ стали первыми в мире передачами нового класса номинального напряжения.

Два технических обстоятельства способствовали успеху всего проекта. Это, во-первых, правильный выбор расщепленных проводов (ЗхАС-480/59,7) на двух первых двухцепных ВЛ от Волги до Москвы, что позволило сохранить ранее выбранные расщепленные провода на перепроектированных ВЛ 500 кВ при умеренном росте потерь на корону (В.И. Попков, Л.В. Егорова, Н.Н. Тиходеев, Н.П. Емельянов), во-вторых, в 50-е годы считалось, что линейная, внутренняя и внешняя изоляция трансформаторов и аппаратов определяется прежде всего внутренними перенапряжениями. Эта предпосылка привела к созданию новой системы защитных аппаратов для более глубокого, чем на ЛЭП 400 кВ, ограничения этих перенапряжений в сетях 500 кВ до уровня 2,5 наибольшего фазного напряжения с тем, чтобы абсолютные значения перенапряжений в сетях 400 и 500 кВ оказались практически одинаковыми (Ю.И. Лысков, Н.И. Соколов, В.П. Фотин, А.А. Акопян, В.П. Савельев, С.С. Шур и др.). Выбранная система защиты от внутренних перенапряжений включала в себя комбинированные разрядники РВМК-500, шунтирующие реакторы и другое оборудование.

Кроме первых ЛЭП 500 кВ следующими электропередачами этого номинального напряжения стали: Бугульма — Златоуст, Златоуст — Челябинск, Куйбышев — Урал, Челябинск — Свердловск, Братск — Иркутск, Воткинск — Свердловск, Назарове — Абакан, Назарове — Анжерка, Троицкая ГРЭС — Челябинск, Заинская ГРЭС — Бугульма и др. К концу 1965 г. общая протяженность ЛЭП 500 кВ достигла 8,3 тыс. км, что позволило создать «костяк» ЕЭС. Это был огромный технический прогресс в отечественной и мировой технике передачи электрической энергии. В сентябре 1967 г. было образовано Центральное диспетчерское управление (ЦДУ) ЕЭС СССР. К 1991 г. протяженность ЛЭП 500 кВ увеличилась до 45 тыс. км, по этим линиям распределялось до 40% всей электрической энергии в ЕЭС. Над созданием ЛЭП 500 кВ по единому плану работали десятки проектных, научно-исследовательских институтов, заводов, тысячи людей. Многие из них навсегда вошли в историю отечественной электроэнергетики и электротехники. За создание ЛЭП 500 кВ и комплекса электротехнического оборудования к ним две группы специалистов были удостоены Ленинских премий за 1962 г. в области науки и техники. В список лауреатов премии за создание ВЛ 500 кВ вошли (по алфавиту): Д.И. Азарьев, В.В. Бургсдорф, В.А. Вершков, Д.И. Очкасов, С.С. Рокотян, Л.И. Сиротинский, И.И. Филимончук и др. Много сделали для освоения ЛЭП 500 кВ: A.M. Некрасов, И.А. Сыромятников, А.И. Колпакова, К.П. Крюков, А.И. Курносов, С.А. Совалов и многие другие. За создание комплекса оборудования 500 кВ лауреатами Ленинской премии стали: А.А. Акопян, В.В. Афанасьев, И.Д. Воеводин, И.С. Калиниченко, С.И. Рабинович, В.Ю. Френкель, Б.В. Белков, Е.М. Цейров, В.Г. Бирюков, Г.В. Буткевич, А.В. Панов, А.В. Сапожников и Л.И. Федоров. Важно отметить, что весь комплекс уникального оборудования на напряжение 500 кВ был разработан и изготовлен отечественными НИИ, конструкторскими бюро и заводами.

В 1967 г. в нашей стране была введена в работу первая линия 750 кВ Конаковская ГРЭС — Москва. В 70-х годах началось сооружение ряда электропередач этого класса напряжения. В том числе мощных магистральных связей, таких как Конаково — Ленинград, Донбасс — Винница — Альбертирша (Венгрия). На них также использовалось только отечественное оборудование.

В 1980 г. Государственная премия СССР за создание и внедрение электропередач СВН 750 кВ была присуждена группе специалистов, в том числе Н.Н. Тиходееву, В.П. Фотину, С.Д. Лизунову, В.К. Тарасову, Н.М. Чернышеву и др.

Практически одновременно линии этого класса напряжения (765 кВ) появились в США и Канаде.

В 70-х годах в ряде стран развернулись работы по созданию оборудования для линий класса напряжения 1000 кВ. В середине 80-х годов в нашей стране была введена первая и пока единственная в мире линия 1150 кВ Экибастуз — Челябинск.

Принципиальные достижения, обеспечившие создание ЛЭП СВН и УВН переменного тока следующие. Это, во-первых, применение на ЛЭП устройств, компенсирующих зарядную мощность линии. Степень компенсации заряд-

ной мощности растет с ростом номинального напряжения и находится обычно в диапазоне от 15 (у ЛЭП 380–550 кВ) до 100% (на ЛЭП 1150 кВ). Во-вторых, применение шунтирующих реакторов, без которых не удалось бы создать экономичные ЛЭП 380–550 кВ и большего напряжения при длине линии 350–500 км, уменьшить сток зарядной мощности от линии в примыкающие энергосистемы. Применение шунтирующих реакторов существенно облегчило разрешение ключевой проблемы для ЛЭП СВН и УВН — глубокого ограничения коммутационных и резонансных перенапряжений. При соответствующем размещении групп реакторов по концам линии передачи и рациональном значении компенсации зарядной мощности удается снизить вынужденную составляющую перенапряжений (т.е. установившееся после затухания переходного процесса напряжение 50 Гц на конце односторонне питаемой линии) в плановых и после-аварийных коммутациях до значений, мало отличающихся, от единицы (в передачах 1150 кВ до 1,1–1,2).

Как свидетельствует отечественный, канадский и американский опыт эксплуатации электрических сетей 750 кВ, доля однофазных коротких замыканий (КЗ) в общем их числе составляет не менее 99%. В таких условиях целесообразно применять в качестве главного противоаварийного устройства однофазное АПВ, переход к которому является радикальной мерой сохранения динамической устойчивости примыкающих к передачам 750 и 1150 кВ энергосистем. Главная трудность, стоящая на пути широкого применения однофазного АПВ в сетях 750 и 1150 кВ — обеспечение условий для самопогасания дуги подпитки, возникающей на поврежденной фазе линии после ее отключения с двух сторон. Проведенные в СССР (Б.Т. Шперлинг, Н.Н. Беляков, ГА. Славин и др.), а также в Швеции и США, исследования привели к важному практическому выводу: использование на хорошо транспонированной линии специально подобранных по параметрам и спроектированных компенсирующих реакторов, включенных между нейтралью каждой группы шунтирующих реакторов и землей, на порядок снижает ток подпитки дуги в точке КЗ. Заземление нейтрали через компенсирующий реактор со специально подобранным сопротивлением расстраивает резонанс на частоте 50 Гц, что снижает кратность коммутационных перенапряжений и резко уменьшает восстанавливающееся напряжение на поврежденной фазе, при этом сам переходный процесс теряет характер биений.

Комплекс современных мер, обеспечивающих глубокое снижение коммутационных перенапряжений в ЛЭП 1150 кВ, включает в себя: шунтирующие реакторы, обеспечивающие компенсацию зарядной мощности линии; компенсирующие реакторы, включенные между нейтралью каждой группы основных реакторов и землей и облегчающие самопогасание тока подпитки КЗ емкостными токами от неповрежденных фаз; оснащение выключателей предвключаемыми шунтирующими резисторами, вводимыми в цикле включения (Ю.И. Лысков, С.С. Шур, В.П. Фотин, М.Л. Левинштейн, К.П. Кадомская и др.).

При переходе к ЛЭП СВН и УВН на первый план выдвинулись многие проблемы, связанные с изоляцией воздушных линий, подстанций и оборудования. Прогресс в понимании переходных процессов, возможностей вмешательства в них с целью подавления наиболее опасных и, наконец, создание ограничителей перенапряжений с резисторами на базе оксида цинка обеспечили в настоящее время столь существенное ограничение перенапряжений в сетях СВН и УВН, что внешняя и особенно внутренняя изоляция оборудования, подстанций и линий выбирается не по перенапряжениям, а по рабочему напряжению (Н.Н. Тиходеев).

В третьих, существенное ограничение перенапряжений с ростом номинального напряжения в диапазоне 750–1150 кВ позволило обеспечить приблизительную пропорциональность между расчетной кратностью коммутационных перенапряжений (Ю.И. Лысков, Г.Н. Александров, В.Л. Иванов, А.А. Филиппов, Ю.М. Гутман и др.) и размерами основных воздушных промежутков на линии и подстанции, а также внешней изоляцией оборудования, несмотря на сильное снижение удельных разрядных напряжений для очень длинных воздушных промежутков при коммутационных перенапряжениях с фронтом 2 мс.

В четвертых, принципиально новые перспективы появились для создания современного оборудования ВН, СВН и УВН для комплектных и гибридных подстанций в связи с широким использованием в 60-х годах элегаза в качестве изолирующей среды, хотя высокая электрическая прочность и другие отличительные свойства, а также технология его промышленного получения были изучены еще накануне второй мировой войны и сразу после нее (Б.М. Гохберг). Применение элегаза позволило в несколько раз уменьшить размеры подстанций, вытеснить горючие жидкие диэлектрики во многих аппаратах, радикально уменьшить их основные габариты и использовать элегаз в качестве отличной дугогасящей среды.

В пятых, принципиально важным техническим решением для усовершенствования воздушных линий электропередачи СВН и УВН стала идея расщепления проводов. Классические эксперименты Ф. Пика с короной на проводах, выполненные еще в начале века в США, показали, что на ЛЭП с напряжением вплоть до 300 кВ могут использоваться одиночные провода, но для создания воздушных линий 500 кВ требуется провод диаметром 6–7 см, 750 кВ — 10–12 см. Такой рост диаметра обусловливает трудно разрешимое противоречие, связанное с поперечным сечением провода, выбранного по короне и оптимальной плотности тока в нем. Кроме того, из-за большого погонного индуктивного сопротивления линии с такими проводами трудно обеспечить высокую пропускную способность передачи электроэнергии на дальние расстояния. Поэтому при создании ЛЭП СВН и УВН широко использовались расщепленные провода, идея применения которых была выдвинута В.Ф. Миткевичем в 1910 г. в России и Ван-Антверпеном в США. На линиях 380–420 кВ появились провода с двумя, тремя и четырьмя составляющими, на линиях 500–550 кВ — с тремя и четырьмя, на линиях 735–800 кВ — с четырьмя и пятью, на линиях УВН — с восемью составляющими. Расщепление провода позволило легко сбалансировать требования к нему, диктуемые оптимальной плотностью тока и короной на проводах (радио- и акустическими помехами, потерями на корону). Это обеспечило также значительное улучшение электрических параметров воздушной линии.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.