Лекции по "Электроэнергетике"

Первая попытка создания энергосистемы  в России была предпринята в 1902 году на базе двух электростанций в г. Баку под руководством инженера Р.Э. Классона.

Процесс объединения электростанций на параллельную работу и образование более крупных энергетических систем начался в нашей стране в 20-х гг. К концу 1935 г. уже работали 6 энергосистем. Протяженность электрических сетей напряжением 110 кВ составляла 2 тыс. км, в 1933 г. была построена первая ЛЭП напряжением 220 кВ.

В 1942 г. были заложены основы объединенной энергосистемы Урала.

У нас в стране работало много  энергосистем, основными являлись: Уральская, Центральная, Южная, Северо-Западная. Большинство энергосистем европейской  территории были объединены в Единую энергосистему в 1962 г., а в 1972 г. произошло объединение с этой системой энергосистем Западной и Восточной Сибири и образование Единой системы страны.

В конце 50-х гг. была освоена линия  передачи напряжением 500 кВ.

К 1970 г. было завершено создание Единой энергосистемы европейской части страны. В начале 1978 г. было завершено формирование ЕЭС присоединением энергосистем Сибири.

В 1981 г. в стране работало 96 районных энергосистем. Параллельно работающие районные энергосистемы имели общий  центр оперативно-диспетчерского управления.

Структура мощностей ЕЭС на начало 1982 г.: ГЭС – 19,3 %, АЭС – 6,5 %, ТЭС  – 74,2 %. Основные электрические сети, формирующие ЕЭС – сети напряжением 330, 500 и 750 кВ.

Сеть 500 кВ – основная системообразующая  сеть ЕЭС, обеспечивающая прием и выдачу мощности наиболее крупных электростанций и обмена мощностью между энергосистемами. Протяженность таких сетей составила 25,4 тыс.км.

Внедрение напряжения 750 кВ началось в 1974-75 гг. и к 1981 г. протяженность  линий передачи на 750 кВт превысила 3 тыс.км. В 90-е годы ЕЭС имеет высоковольтные сети передач на 110, 220, 500, 750 и 1150 кВ переменного тока и 1500 кВ постоянного тока.

Из 93 энергетических систем страны в  составе ЕЭС на 1980 г. работало 67 энергосистем, обеспечивающих энергоснабжение народного хозяйства европейской территории страны, Закавказья, Урала, Северного Казахстана, Западной Сибири.

Из Единой энергосистемы осуществлялся  экспорт электроэнергии в параллельно  работающие энергосистемы Болгарии, Венгрии, Чехословакии, Польши, ГДР, Финляндии и др.

До распада СССР функционировало  межгосударственное объединение “Мир”, куда входили энергосистемы социалистических стран, Финляндии, Норвегии, Ирана и  Монголии.

Основными топливо-энергетическими  ресурсами в европейских районах страны являются – атомное горючее, на Урале – кузнецкий и экибастузский угли, в Сибири – канско-ачинский уголь и гидроресурсы, в Забайкалье, Якутии и на Дальнем Востоке – местные угли, газ и гидроресурсы.

 

Основные этапы  развития электрических сетей

 

Хронология развития ЛЭП 3-х-фазного переменного тока в Европе и США:

1898-1902 гг.	ЛЭП 35-40 кВ
1903-1910 гг.	ЛЭП 50-70 кВ
1907-1921 гг.	ЛЭП 90-100 кВ
1912-1923 гг.	ЛЭП 150 кВ
1918-1927 гг.	ЛЭП 225 кВ
1934 гг.	ЛЭП 287кВ (США)
1954 г.	ЛЭП 345 кВ (США)

 

Быстрому росту напряжения воздушных ЛЭП способствовал  прогресс в разрешении проблем высоковольтной изоляции, в частности, изобретение  тарельчатых изоляторов (США, 1906 г.), заменивших штыревые.

В дореволюционной России было построено  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.

Первые ВЛ в СССР напряжением 110 кВ сооружались на П-образных деревянных опорах. Но дерево быстро гниет, его надо обрабатывать антисептиком (с 1932 г. – срок службы составляет 30-40 лет), при этом расстояние между опорами 50...100 метров.

Первые металлические опоры  в СССР были сооружены в 1925 г. (Шатура-Москва), расстояние между ними 200 м. Затем стали сооружать опоры пространственной конструкции. В 1932 г. была введена в работу ЛЭП 150 кВ от ГЭС на Днепре, с 1933 г. начала строиться ЛЭП 220 кВ (от Верхне-Свирской ГЭС до Ленинграда) и др. Позднее применили портальную конструкцию опор – пролет увеличился до 350 м (выше проводов подвешивался заземленный стальной трос для обеспечения грозоупорности линий передачи). Потом стали применять железобетонные опоры.

В 1955 г. в Италии была построена  линия через Мессинский пролив. Ее протяженность между опорами  составляет 3 650 м. Линия в Норвегии между скалистыми берегами фиорда имеет  протяженность между опорами 4800м. Обычными являются пролеты от 50 до 100, 150, 350 м.

В настоящее время продолжается совершенствование конструкций  опор линий передач.

Еще до второй мировой  войны в Ленинграде под руководством профессора А.А. Горева были начаты исследования ЛЭП 400-500 кВ длиной порядка 1000 км, которые  предполагалось использовать для передачи энергии от крупных ГЭС, планируемых на Волге до Москвы. После войны эти исследования были продолжены во многих институтах страны. В мае 1956 г. была введена в эксплуатацию первая ЛЭП 400 кВ длиной 815 км. Первая ЛЭП 500 кВ от Волжских ГЭС к Москве начала эксплуатироваться в 1961 г. В этот же период в СССР были освоены ЛЭП 330 кВ.

Разработка ЛЭП 750 кВ в  СССР была вызвана сооружением крупных  ТЭС и АЭС мощностью 2,4-4 ГВт  в европейской части страны. Все  оборудование для сетей 750 кВ и ниже было разработано отечественной электропромышленностью. Важнейшими проблемами при создании и освоении ЛЭП 750 кВ были: проблема глубокого ограничения перенапряжений, проблема надежной работы внутренней изоляции оборудования всех видов. Оптимизация проектных решений по воздушным линиям способствовала расширению области эффективного применения этих ЛЭП.

Первая ЛЭП 750 кВ под  Москвой длиной около 100 км была введена  в работу в 1967 г.

В 70-х годах были начаты научно-исследовательские работы по созданию ЛЭП 1150 кВ. Тогда же начались проектирование и сооружение опытно-промышленной ЛЭП 1150 кВ Экибастуз-Кокчетав длиной около 500 км. На этой линии проводились испытания и исследования, накапливался опыт эксплуатации ВЛ и оборудования. В 1988 г. завершены строительство и монтаж подстанции 1150 кВ в Кустанае и др.

ЛЭП, находящиеся в  эксплуатации:

	На конец 1990 г. в СССР	После распада СССР в  России
110 кВ	431 тыс. км	279 тыс. км
150 кВ	12,6 тыс. км	2,6 тыс. км
220 кВ	136,52 тыс. км	100 тыс. км
330 кВ	31,93 тыс. км	9,4 тыс. км
500 кВ	43,93 тыс. км	36,2 тыс. км
750 кВ	7,1 тыс. км	2,7 тыс. км
1150 кВ	1,91 тыс. км	0,5 тыс. км

 

В результате освоения в  СССР ЛЭП 500 и 750 кВ сложились две  шкалы номинальных напряжений: 110-150-330-750 кВ и 110-220-500-1150 кВ. каждая последующая ступень в этих шкалах превышает предыдущую примерно в 2 раза, что позволяет повысить пропускную способность линии в 2-4 раза. Первая шкала напряжений получила распространение в северо-западных областях России, на Украине и 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, передачи электроэнергии от удаленных электростанций в приемные системы.

В мировой практике в  настоящее время значительной внимание уделяется электропередачам постоянного  тока, где отсутствуют волновые процессы в линии, благодаря чему 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. Кроме того, получили распространение вставки постоянного тока, где выпрямитель и инвертор расположены на одной подстанции, а линия отсутствует. Такие вставки служат для связи примыкающих друг к другу систем переменного тока.