История электротехники - Коллектив авторов

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.