6 Основные этапы развития электрических сетей

Хронология развития линий электропередачи (ЛЭП) трехфазного переменного тока в Европе и США хорошо известна. Быстро был преодолен стартовый 10—15 киловольтный 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).

Таблица 6.1.

Освоение отдельных номинальных напряжений электрической сети.

Класс напряжения, кВ	Год ввода первых ВЛ		Наименование первой линии электропередачи, страна
	В мире	В СССР
110—156	1911		Лаухаммер— Риза (Германия)
		1922	Каширская ГРЭС — Москва
220—287	1929		Браувейлер — Хоэнекк (Германия)
		1933	Свирская ГЭС—Ленинград
330—345	1932		ГЭС Болдер ДАМ — Лос-Анджелес (США)
		1959	Прибалтийская ГРЭС — Рига
400—500	1952		Харспрангет — Хальсберг (Швеция)
		1956	Куйбышевская ГЭС — Москва
500	1959	1959	Волгоградская ГЭС — Москва
735—765	1965		Маникуаган — Монреаль (Канада)
		1967	Конаковская ГРЭС — Белый Раст
1150		1984	Экибастуз—Кокчетав
1000	1993		АЭС Касивадзаки—Карива — район Токио (Япония)

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 (Каширская ГРЭС—Москва) длиной 120 км была построена уже после Октябрьской революции по плану ГОЭЛРО в 1922 г. С вводом в работу этой ВЛ было положено начало развития электрической сети страны. В 1932 г. была введена в работу ЛЭП 150 кВ от ГЭС на Днепре, с 1933 г. начала строиться ЛЭП 220 кВ для обеспечения передачи мощности от Нижне-Свирской ГЭС до Ленинграда.

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. В современном понимании электрические сети начали развиваться высокими темпами только со второй половины 1950-х годов, что связано с завершением работ по восстановлению народного хозяйства после Великой Отечественной войны, устойчивым характером роста спроса на электроэнергию, развитием генерирующего комплекса электроэнергетики и формированием энергосистем. После войны 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 от Куйбышевской ГЭС до Москвы. 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. С переводом первых электропередач 400 кВ на 500 кВ был поставлен вопрос о введении промежуточного напряжения между 500 и 220 кВ. Таким напряжением явилось 330 кВ, а первая электропередача этого класса напряжения Прибалтийская ГРЭС— Рига была введена в работу в 1959 г.

21 страна в Европе вслед за Швецией построила электрические сети 380—440 кВ. Не менее широкое применение в неевропейских странах получили сети 500—550 кВ; вслед за СССР, где была в 1961 г. введена в работу первая в мире линия 500 кВ, их строили и строят в США, Кана­де, Японии, Бразилии, Австралии, Новой Зеландии, АРЕ, КНР и ряде других стран.

Электрические сети 500 кВ эксплуатируются во всех регионах страны и являются основными в ЕЭС России, выполняя системообразующие и межсистемные функции, выдачу мощности крупнейших электростанций (Балаковской АЭС, Сургутской ГРЭС, Саяно-Шушенской ГЭС и др.), электроснабжение крупных нагрузочных узлов сети 220 и 110 кВ и концентрированно расположенных потребителей нефтяной, газовой и металлургической промышленности (ПС БАЗ, Демьянская, Луговая, Липецкая и др.).

Общие показатели развития электрических сетей 500 кВ на начало 2004 г. характеризуются следующими показателями:

протяженность - 38,6 тыс. км;

общая установленная мощность ПС - 98,5 млн. кВ·А.

В период до 2010 г. в ЕЭС России планируется ввести в работу ВЛ 500 кВ общей протяженностью около 6,5 тыс. км.

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, ГС. 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].

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

Электрические сети 750 кВ используются в ОЭС Северо-Запада и частично в западной части ОЭС Центра.

Электропередачи 750 кВ используются как системообразующие, для выдачи мощности крупных электростанций, в первую очередь АЭС рассматриваемых регионов, питания мощных нагрузочных узлов 500 и 330 кВ, а также для связи ЕЭС России с энергосистемами Украины и Белоруссии.

Общее развитие электрических сетей 750 кВ на начало 2004 г. характеризуется следующими количественными показателями:

протяженность ВЛ, включая ППТ±400 кВ

Волгоград - Донбасс - 3,2 тыс. км; количество ПС - 5; установленная мощность автотрансформаторов (АТ) - 12,75 млн. кВ·А. В 2004 г. введена в работу ВЛ 750 кВ Калининская АЭС - ПС Череповецкая (272 км) и ПС Череповецкая 750/500 кВ, 2·1251 МВ·А.

В шести странах: Канаде (с 1966 г.), СССР (с 1967 г.), США, Бразилии, Венесуэле и ЮАР были построены ЛЭП переменного тока 735—800 кВ. С помощью СССР эти линии были построены в Венгрии, Польше, Болгарии и Румынии. Общая протяженность таких линий превысила 16 тыс. км. В конце 90-х годов ЛЭП 800 кВ начали строить в Южной Корее.

В период энергетического кризиса 70-х годов предполагалось, что для транспортирования электроэнергии на дальние расстояния от ТЭС на угле и ГЭС уже в текущем столетии потребуются ЛЭП ультравысокого напряжения (УВН). В этом направлении наиболее интенсивно работали четыре страны: СССР, США, Италия и Япония. Последовавшее затем резкое падение цен на нефть и газ (значительно более дешевая, чем передача электроэнергии по ЛЭП УВН, транспортировке нефти и газа по трубам и танкерами) обусловило снижение экономического интереса к ЛЭП УВН за рубежом. Только Япония спроектировала и построила двухцепную ЛЭП 1100 кВ длиной 250 км с двухцепными опорами башенного типа высотой 106—120 м для передачи электроэнергии от крупной АЭС в район Токио. Основные цели этого проекта: использование для ВЛ предельно узкого коридора и отработка элегазового оборудования УВН. ЛЭП будет работать на пониженном напряжении (550 кВ) вплоть до 2000 г.

В СССР научно-исследовательские работы по ЛЭП 1150 кВ были начаты в 70-х годах. Тогда же начались проектирование и сооружение опытно-промышленной ЛЭП 1150 кВ Экибастуз—Кокчетав длиной около 500 км и первых очередей подстанций «Экибастузская» и «Кокчетавская» (теперь Казахстан). Их строительство было завершено в июне 1985 г. На этой линии были проведены испытания и исследования (В.В. Ильиничнин, Н.Н. Беляков, А.С. Сохранский и др.), накапливался опыт эксплуатации ВЛ (В.В. Бургсдорф, А.Н. Новикова и др.) и оборудования 1150 кВ. В 1988 г. завершены строительство и монтаж подстанции 1150 кВ в Кустанае, после чего вошла в строй и ЛЭП Кокчетав—Кустанай длиной 390 км (теперь Казахстан). Построены также линии Кустанай—Челябинск и Экибастуз—Барнаул, которые пока работают на напряжении 500 кВ.

Основное назначение электропередачи было связано с передачей мощности и электроэнергии из Сибири и Казахстана в ОЭС Урала. С отделением энергосистемы Казахстана от ЕЭС России эту функцию электропередачи следует считать утраченной.

Общая протяженность ВЛ 1150 кВ по состоянию на начало 2004 г. составила 953 км. Действующие ПС 1150 кВ на территории России отсутствуют, сооруженные ВЛ эксплуатируются на напряжении 500 кВ. Строительство ВЛ 1150 кВ продолжается. Так, в последние годы закончено строительство ВЛ Итат - Барнаул (448 км). Перевод указанной электропередачи на номинальное напряжение будет осуществлен в более поздние сроки.

В период до 2010 г. планируется начать строительство ВЛ 1150 кВ Барнаул - Омск протяженностью 735 км.

На рис. 6.1 отмечены этапы освоения ЛЭП все более высокого напряжения в СССР и США (с учетом линий, соединяющих США с Канадой).