История электротехники - Коллектив авторов

сохранение блока генератор — трансформатор при повреждении выключателя или системы шин;

возможность вывода в ремонт выключателя без потери блока;

надежность работы в ремонтных режимах;

возможность маневрировать выдачей мощности.

Наконец, далеко не последняя по значимости совместная структура электрической сети системы, в которую выдает мощность электростанция: число линий, их связь с разными потребителями и узловыми подстанциями и другие факторы, определяющие режимы системы, наличие в ней резервов мощности и способность обеспечить аварийное покрытие потребности как по мощности, так и по пропускной способности сети.

Для сохранения блока при повреждении выключателя в США на ранних этапах развивалась схема подключения трансформатора блока к двойной системе шин через развилку из двух выключателей (эту схему так и называют американской). Другое, хотя и не эквивалентное этому решение дает схема с двумя рабочими и третьей обходной системами шин и с одним обходным выключателем (рис. 5.2). Это решение оказалось весьма жизнеспособным. При повреждении выключателя блок отключается на короткий промежуток времени, необходимый для включения обходной электрической цепи через обходную систему шин.

Проблема кратковременной потери блоков при аварии на одной системе шин решается за счет резервирования по электрической сети: крупные потребители электроэнергии (в том числе и крупные распределительные подстанции) питаются по двум линиям электропередачи, подключенным к разным системам шин либо к разным секциям секционированной системы шин. Схема выдачи мощности через распредустройство с двумя рабочими и одной обходной системами шин нашла весьма широкое распространение в СССР.

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).

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.

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.).

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].