История электротехники - Коллектив авторов

Первой в России электропередачей значительной протяженности была установка на Павловском прииске Ленского золотопромышленного района в Сибири. Электростанция была построена в 1896 г. на р. Ныгра. Здесь были установлены трехфазный генератор (98 кВт, 600 об/мин, 140 В) и трансформатор соответствующей мощности, повышающий напряжение до 10 кВ. Электроэнергия передавалась на прииск, удаленный от станции на 21 км. На прииске для привода водоотливных устройств использовались трехфазные асинхронные двигатели мощностью 6,5–25 л.с. (напряжение 260 В). Так постепенно расширялось в России строительство трехфазных электростанций.

С 1897 г. началась электрификация крупных городов: Москвы, Петербурга, Самары, Киева, Риги, Харькова и др.

Логическим завершением огромного вклада в развитие электротехники, сделанного М.О. Доливо-Добровольским, явилось его прозорливое утверждение в докладе «О границах применения переменных токов для передачи энергии на большие расстояния». В те годы, когда во всем мире широко применялись мощные трехфазные электропередачи высокого напряжения (до 150 кВ), он на основе технико-экономических расчетов пришел к выводу о том, что при передаче энергии на несколько сотен километров при напряжении свыше 200 кВ целесообразно генерирование и распределение энергии осуществлять переменным током, а передачу — постоянным высокого напряжения. Линия постоянного тока в начале и в конце должна подсоединяться к преобразовательным подстанциям, на которых устанавливаются ртутные выпрямители. С современной точки зрения параметры, указанные М.О. Доливо-Добровольским, были естественно, заниженными. Ему в то время, конечно, был неизвестен, например, такой факт, как устойчивость электропередачи переменного тока. В наши дни его предсказание оправдалось, и во многих странах успешно действуют линии электропередачи постоянного тока сверхвысокого напряжения.

5.1.3. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ В НАШЕЙ СТРАНЕ

В развитии электроэнергетики можно выделить следующие основные этапы:

соединение электростанций на параллельную работу и образование первых энергосистем;

образование территориальных объединений энергосистем (ОЭС);

создание Единой энергетической системы (ЕЭС);

функционирование электроэнергетики после образования независимых государств на территории бывшего СССР.

Основа создания энергетических систем в нашей стране была заложена Государственным планом электрификации России (ГОЭЛРО), утвержденным в 1920 г. Этот план предусматривал централизацию электроснабжения путем строительства крупных электростанций и электрических сетей с последовательным объединением их в энергетические системы. Планом ГОЭЛРО предусматривалось также всемерное развитие отечественной электротехнической промышленности, освобождение ее от засилья иностранного капитала, удельный вес которого составлял в ней в начале 20-х годов 70%. Для решения всех вопросов электротехники и подготовки высококвалифицированных специалистов в октябре 1921 г. был создан Государственный экспериментальный электротехнический институт, переименованный впоследствии во Всесоюзный электротехнический институт (ВЭИ).

Ведущие члены комиссии ГОЭЛРО (руководитель Г.М. Кржижановский) возглавили проектирование и строительство электростанций и линий электропередачи. Шатурская Государственная районная электростанция (ГРЭС) мощностью 48 тыс. кВт спроектирована и построена (1925 г.) под руководством А.В. Винтера; Волховская (66 тыс. кВт, 1926 г.) и Нижнесвирская ГЭС (90 тыс. кВт, 1927–1933 гг.) — под руководством Г. О. Графтио; Днепровская ГЭС (580 тыс. кВт, 1927–1932 гг.) — под руководством И.Г. Александрова (проект) и А.В. Винтера (строительство). Днепровская ГЭС была в то время наиболее крупной в Европе [5.2; 5.3].

Первые энергосистемы — Московская и Петроградская — были созданы в 1921 г. В 1922 г. в Московской энергосистеме вошла в строй первая линия электропередачи напряжением ПО кВ Каширская ГРЭС — Москва длиной 120 км (строители линии Н.И. Сушкин и А.А. Глазунов), а в 1933 г. была пущена линия электропередачи напряжением 220 кВ Нижнесвирская ГЭС — Ленинград. (Первая линия 220 кВ во Франции была построена всего на полгода раньше.) Были образованы новые энергосистемы: Донбасская (1926 г.), Ивановская (1928 г.), Ростовская (1929 г.) и др. [5.4–5.6].

С созданием первых энергосистем возникли серьезные проблемы, и в первую очередь проблема устойчивости. Случаи нарушения устойчивости наблюдались в США еще в 1921 г. В нашей стране они произошли несколько позже — в конце 20-х годов в «Мосэнерго». В следующем десятилетии случаи нарушения устойчивости учащаются и превращаются в бич энергоснабжения. Часто причинами нарушений устойчивости был дефицит активных и реактивных мощностей и недопустимо низкие уровни частоты и напряжения, приводящие к авариям типа «лавины частоты» и «лавины напряжения».

Работы американских ученых были посвящены в основном исследованию динамической устойчивости. В отечественных энергосистемах наряду с нарушениями динамической устойчивости имели место многочисленные случаи нарушения статической устойчивости. Решению этих проблем посвящены многие оригинальные исследования, среди которых в первую очередь надо отметить работы выдающихся ученых П.С. Жданова, С.А. Лебедева и А.А. Горева [5.7–5.9].

В 30-е годы были выполнены первые экспериментальные исследования устойчивости и аварийного регулирования мощности паровых турбин, внедрялись новые средства релейной защиты и автоматики, устройства автоматического повторного включения линий. В 1937 г. на Свирской ГЭС был установлен первый регулятор частоты, началось внедрение быстродействующих автоматических регуляторов возбуждения синхронных машин и автоматической разгрузки по частоте.

За 15-летний срок план ГОЭЛРО был значительно перевыполнен. Установленная мощность электростанций страны в 1935 г. составила 6,9 млн. кВт, годовая выработка электроэнергии достигла 26,8 млрд. кВт∙ч. По производству электроэнергии Советский Союз занял второе место в Европе и третье в мире.

Процесс объединения энергосистем начался еще в первой половине 30-х годов с создания сетей 110 кВ энергосистем в районах Центра и Донбасса. В 1940 г. для руководства параллельной работой Верхневолжских (Горьковской, Ивановской и Ярославской) энергосистем была создана объединенная диспетчерская служба. В связи с намечавшимся объединением энергосистем Юга в 1938 г. было создано Бюро Южной энергосистемы, которое затем было преобразовано в Оперативно-диспетчерское управление Юга; в 1940 г. была введена в эксплуатацию первая межсистемная связь напряжением 220 кВ Днепр — Донбасс [5.10].

Мощность всех электростанций страны в 1940 г. достигла 11,2 млн. кВт, выработка электроэнергии составила 48,3 млрд. кВт∙ч. Суммарная мощность четырех наиболее крупных энергосистем — Московской, Ленинградской, Уральской и Южной составила 43% мощности всех электростанций страны, выработка электроэнергии — 68% производства электроэнергии в стране. Наибольшая мощность тепловой электростанции (ТЭС) в 1940 г. достигла 350 МВт, максимальная единичная мощность агрегата ТЭС — 100 МВт.

Интенсивное плановое развитие электроэнергетики было прервано Великой Отечественной войной. Перебазирование промышленности западных районов на Урал и в восточные районы страны потребовало форсированного развития энергетики Урала, Казахстана, Центральной Сибири, Средней Азии, Поволжья, Закавказья и Дальнего Востока. Особенно большое развитие получила электроэнергетика Урала, где выработка электроэнергии с 1940 по 1945 г. увеличилась в 2,5 раза.

В ходе войны электроэнергетике был нанесен громадный ущерб: взорваны, сожжены или частично разрушены 61 крупная электростанция и большое число мелких общей мощностью 5 млн. кВт, т.е. почти половина установленных к тому времени мощностей. Разрушено 10 тыс. км магистральных линий электропередачи высокого напряжения, большое количество подстанций.

Восстановление разрушенного энергетического хозяйства началось уже с конца 1941 г., в 1942 г. восстановительные работы велись в центральных районах европейской части СССР, а к 1945 г. эти работы распространились на всю освобожденную территорию страны.

В 1946 г. суммарная мощность электростанций СССР достигла довоенного уровня: в 1947 г. страна по производству электроэнергии вышла на первое место в Европе и на второе в мире. Наибольшая мощность ТЭС в 1950 г. составила 400 МВт, турбоагрегат мощностью 100 МВт стал типовым агрегатом, вводимым на ТЭС. В 1953 г. на Черепетской ГРЭС были введены энергоблоки по 150 МВт, восстановлен Днепрогэс. В 1954 г. в г. Обнинске была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт.

Суммарная мощность электростанций в 1955 г. достигла 37,2 млн. кВт, выработка электроэнергии составила 170,2 млрд. кВт-ч. Значительное развитие получили три работающие раздельно ОЭС европейской части страны: Центра, Урала и Юга; суммарная выработка этих ОЭС составила около половины всей производимой в стране электроэнергии.