А. А. Васильев

И. П. Крючков

Е.Ф. Наяшкова

М. Н. Околович

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ СТАНЦИЙ И ПОДСТАНЦИЙ

Под редакцией А. А. Васильева

2-е ИЗДАНИЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

МОСКВА

ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ

1990

САМАРА

СамГТУ (Кафедра «Электрические станции»)

2002

Перевод в электронный вид А. Антонов

ПРЕДИСЛОВИЕ

Со времени выхода в свет первого издания учеб­ника прошло 10 лет. За это время произошли значитель­ные изменения в энергетике, строительстве электри­ческих станций. Это потребовало коренной переработ­ки учебника.

В настоящем втором издании сохранен порядок из­ложения материала, согласованный с изучением смеж­ных дисциплин, работами в лаборатории и выпол­нением курсового проекта. Он может быть изменен в соответствии с учебными планами и практикой пре­подавания, принятыми в других вузах. Учтена возрос­шая роль самостоятельной работы студентов.

Авторы благодарны коллективу кафедры электри­ческих станций и , подстанций Ивановского ордена «Знак Почета» энергетического института имени В. И. Ленина, рецензировавшему рукопись, за заме­чания и предложения по ее улучшению, которые учтены при редактировании.

Авторы благодарны также редакторам И. П. Крюч­кову и А. П. Долину за тщательную подготовку ру­кописи к печати.

А. А. Васильевым написаны Введение, гл. 1 —16, 18, 19, 22-24, 27, 28, 30, И. П. Крючковым - гл. 21, § 26.2 и приложения, Е. Ф. Наяшковой — гл. 20, М. Н. Околович — гл. 17, 26 (кроме § 26.2) и 29, А. А. Васильевым и А. И. Пойдо — гл. 25, Ю. П. Куз­нецовым — гл. 31, А. П. Васильевой — гл. 32.

Критические замечания по книге авторы просят направлять по адресу: 113114, Москва, М-114, Шлюзо­вая наб., 10, ЭнергоатомиЗдат.

Авторы

ВВЕДЕНИЕ

Энергетика в СССР. История и перспективы развития

С самого начала хозяйственного и экономического строительства в нашей стране после победы Октября развитие энергетической базы общества и осо­бенно электроэнергетики как наиболее прогрессивной ее сферы рассматрива­лось Коммунистической партией и Со­ветским правительством в качестве основы преобразования производитель­ных сил нового общества, развития всего народного хозяйства страны [В.1].

Это нашло свое отражение в при­нятом VIII съездом Советов в декабре 1920 г. плане ГОЭЛРО — первом едином общегосударственном народнохозяйст­венном плане развития социалистическо­го общества, заложившем основы госу­дарственного планирования. В этом пла­не электроэнергетика и электрификация послужили стержнем и основным инстру­ментом осуществления широкой про­граммы хозяйственного строительства. В плане ГОЭЛРО были разработаны и сформулированы направления и масшта­бы развития всех отраслей промышлен­ности, транспорта, капитального строи­тельства, сельского хозяйства, улучше­ния условий быта людей на основе электрификации.

В 1983 г. была принята Энергетиче­ская программа СССР. Эта програм­ма — в своем роде план ГОЭЛРО наше­го времени. Предусмотренные в Энерге­тической программе приросты мощнос­тей электростанций и производства электрической энергии в десятки раз вы­ше, чем в плане ГОЭЛРО. В этих двух важнейших документах, между которы­ми интервал в 60 лет, отражены прин­ципы подхода Советского государства к ключевым вопросам экономического строительства.

В Энергетической программе СССР

так же, как в плане ГОЭЛРО, электри­фикация рассматривается в качестве ос­новы научно-технического прогресса, действенного фактора повышения про­изводительности труда в общественном производстве. Обоими документами предусмотрено опережающее развитие электроэнергетики.

План ГОЭЛРО предусматривал:

развитие промышленного, сельско­хозяйственного производства, а также транспорта путем технического перево­оружения хозяйства и резкого повыше­ния производительности общественного труда на базе электрификации с преиму­щественным развитием на этой основе тяжелой промышленности;

создание и опережающее развитие электроэнергетики как необходимое ус­ловие решения главной задачи — пост­роения материальной базы социализма;

организацию электроэнергетической отрасли на основе наиболее эффектив­ных направлений*, таких как концентра­ция производства электроэнергии путем создания крупных электростанций, свя­занных между собой и с потребителями разветвленной сетью линий электропере­дачи, рационализация топливно-энерге­тического баланса путем вовлечения гидроэнергетических ресурсов, наиболее дешевых и наименее дефицитных видов топлива, особенно местных, а также оп­тимизация размещения производитель­ных сил и энергетического хозяйства.

Эти принципы развития электро­энергетики впоследствии дополнялись и развивались, но в качестве основопо­лагающих сохранились и до наших дней.

В области развития электроэнергети­ки план ГОЭЛРО предусматривал вос­становление и реконструкцию энергети­ческого хозяйства, разрушенного во вре-

мя первой мировой и гражданской войн, и сооружение за 10—15 лет 30 новых электростанций общей мощностью 1750 МВт, в том числе 20 тепловых элект­ростанций (ТЭС) мощностью 1110 и 10 гидроэлектростанций (ГЭС) мощностью 640 МВт. Среди них Днепровская, Вол­ховская, Нижне- и Верхнесвирские ГЭС, Каширская, Шатурская, Штеровская ТЭС и ряд других электростанций в раз­личных районах страны. Планом было предусмотрено увеличить производство электроэнергии в стране с 2 млрд. кВт∙ч в 1913 г. до 9 млрд. кВт∙ч к 1935 г.

Выполнение плана ГОЭЛРО стало важнейшим политическим и хозяйствен­ным фактором построения материально-технической базы социализма.

В развитии электроэнергетики план был полностью выполнен уже к 1931 г., а к конечному сроку, на который он был рассчитан (1935 г.), его задания были значительно перевыполнены. К этому времени установленная мощность элект­ростанций страны превысила задания плана в 2,5 раза и вместо 30 электро­станций было построено 40, причем их единичная мощность была выше перво­начально запланированной.

В результате СССР по производству электроэнергии не только догнал, но и перегнал многие европейские капиталис­тические страны и занял третье место в мире после США и Германии.

Продолжая развиваться на основе плана ГОЭЛРО, отечественная электро­энергетика в 1940 г., к началу Великой Отечественной войны, удесятерила мощ­ность своих электростанций и почти в 24 раза увеличила годовое производство электроэнергии (табл. В.1), которое на душу населения достигло 249 кВт ∙ч.

Качественно изменился технический уровень электроэнергетики за этот пе­риод. Если до революции максимальная мощность электроустановки составляла в стране 10 МВт, а основными пара­метрами пара на ТЭС были давление 1 МПа и температура 280-300 °С, то в 1940 г. уже работали первые отечествен­ные энергоблоки мощностью 100 МВт и широко использовались параметры пара

3 МПа и 425 °С. В связи с этим удель­ные расходы топлива (в условном исчис­лении) на производство электроэнергии сократились с 1000 до 645 г/(кВт-ч). Единичная мощность электростанций возросла за этот период с 40 — 60 до 350 МВт на ТЭС и до 560 МВт на ГЭС. Были построены первые линии электропередачи (ВЛ) напряжением 220 кВ, а общая протяженность электри­ческих сетей напряжением 35 кВ и вы­ше достигла 20,2 тыс. км.

Огромный ущерб нанесла всему на­родному хозяйству, в том числе энер­гетике, Великая Отечественная война. В первый год войны было выведено из строя свыше 60 крупных электростан­ций общей мощностью 5800 МВт, или более половины всех мощностей, имев­шихся в стране. Производство электро­энергии снизилось на 40%.

Несмотря на это, в результате при­нятых мер по эвакуации энергообору­дования из занятых врагом районов и развертыванию строительства новых электростанций на востоке СССР энер­госнабжение страны, хотя и с большим напряжением, обеспечивалось. За годы войны было введено в действие 3400 МВт новых электрических мощ­ностей.

По мере освобождения от врага со­ветской территории быстро развертыва­лось восстановление электроэнергетики, и уже в 1946 г. общая мощность электростанций и производство электро­энергии в стране достигли уровня пред­военного 1940 г., а в 1950 г. значитель­но превысили его. К этому времени выработка электроэнергии достигла 91,2 млрд. кВт-ч, установленная мощ-

ность электростанций — 19 600 МВт, а протяженность электрических сетей на­пряжением 35 кВ и выше — 31,4 тыс. км.

В последующее 10-летие (1951 — 1960 гг.) электроэнергетика развивалась наиболее высокими темпами за весь по­слевоенный период. За 10 лет мощность электростанций увеличилась в 3,4 раза и достигла в 1960 г. 66700 МВт, а производство электроэнергии возросло в 3,2 раза и составило 292,3 млрд. кВт ∙ч.

Это был период крутого перелома в уровне технического развития энергети­ки, перехода к созданию энергоблоков большей мощности, повышения парамет-ров пара на ТЭС, значительного увели­чения единичных мощностей электро­станций. В эти же годы был создан научно-технический задел развития атом­ной энергетики и в 1954 г. осуществлен ввод в действие первой в мире атом­ной электростанции.

Электроэнергетика страны в 1960— 1985 гг. За прошедшую четверть века электрификация продолжала оставаться основой научно-технического прогресса. На ее базе происходило непрерывное совершенствование технологий в про­мышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и строительстве, механизиро­вались и автоматизировались производ­ственные и управленческие процессы, повышалась производительность и улуч­шались условия труда и быта людей.

Впечатляющими являются достиже­ния электроэнергетики (табл. В.2).

На всех этапах хозяйственного строи­тельства последовательно претворялась в жизнь ленинская политика рациональ­ного размещения производительных сил, развития отсталых районов. В соот­ветствии с этим быстро росла электро­энергетика во всех районах страны, осо­бенно в тех, где форсированно нара­щивалась промышленность (табл. В.З).

Для обеспечения таких высоких тем­пов роста энергетических мощностей страна выделяла крупные ресурсы. Энер­гостроители резко увеличили освоение капиталовложений в развитие отрасли, которые возросли в 1985 г. по сравне­нию с 1960 г. в 3 раза. Была создана мощная база строительной индустрии, сложились квалифицированные коллек­тивы энергостроителей различных спе­циальностей.

В большей мере успехи отрасли были достигнуты благодаря правильно выб-

ранным направлениям ее развития, ко-торые в совокупности представляют со­бой техническую и экономическую по­литику в электроэнергетике.

Эти главные направления политики в отрасли являлись и являются логи­ческим и органическим продолжением и развитием принципов плана ГОЭЛРО и заключаются в следующем: централиза­ция и концентрация производства элект­роэнергии путем рационального укруп­нения единичных мощностей электро­станций и энергоблоков; рационализа­ция структуры топливно-энергетического баланса электроэнергетики с учетом раз­вития всего топливно-энергетического комплекса, экономически целесообразно­го вовлечения гидроэнергетических ре­сурсов и комплексного их использо­вания, а в последние годы применения ядерного горючего; повышение парамет­ров и технического уровня энергоуста­новок; централизация теплоснабжения на базе теплофикации; укрупнение энер­гетических систем и формирование еди­ной энергосистемы страны.

Эти главнейшие стратегические на­правления развития электроэнергетики на протяжении последних 25 лет реали­зовались на базе внедрения новой про­грессивной техники, что и явилось осно­вой улучшения технических и экономи­ческих показателей отрасли, таких как удельные расходы топлива, удельная численность персонала, расход электро­энергии на собственные нужды электро­станций, себестоимость, прибыль в от­расли и т. п.

Как указывалось ранее, централиза­ция производства электроэнергии откры­ла широкие возможности для экономи­чески целесообразного укрупнения еди­ничных мощностей электростанций и энергоблоков.

В начале 60-х годов в стране рабо­тало лишь несколько электростанций единичной мощностью 1000—1200 МВт. Десятилетие 1960—1970 гг. ознаменова­лось созданием многих ГРЭС мощ­ностью 2400 МВт. В 1966 г. достигла мощности 2400 МВт Приднепровская ГРЭС, а в начале 70-х годов за рубеж 2000 МВт перешагнули уже более десят-

ка ГРЭС. В 70-х годах энергетики на­чали создавать ГРЭС следующей ступе­ни мощности — 3600—4000 МВт. Уже в 1977 г. мощность Запорожской ГРЭС составила 3600 МВт, следом за ней на этот рубеж вышли Углегорская и Кост­ромская ГРЭС. Затем мощности 3800 МВт достигла Рефтинская ГРЭС и 4000 МВт - Экибастузская ГРЭС-1. На­ряду с продолжением работы по созда­нию таких и еще более крупных элект­ростанций в Экибастузе и Сургуте в Сибири было развернуто строительство ГРЭС следующего поколения мощ­ностью 6400 МВт.

Параллельно осуществлялось нара­щивание единичной мощности энерго­блоков тепловых электростанций. В большей мере этому способствовал мас­совый переход на прогрессивную блоч­ную схему ГРЭС. В 1960 г. был введен первый энергоблок мощностью 200 МВт, в 1963 г.-300, в 1968 г.-500, в 1971 г.— 800 (с одновальной турбиной), а в 1980 г. - 1200 МВт.

Быстрыми темпами наращивалась мощность гидроэлектростанций и их аг­регатов. В 1963 г. Братская ГЭС достигла мощности 3600 МВт (позднее 4100 МВт) с гидроагрегатами по 225 МВт, в 1971 г. Красноярская ГЭС — мощности 6000 МВт с агрегатами по 500 МВт. Введены в действие все 10 агрегатов Саяно-Шушенской ГЭС проектной мощ­ностью 6400 МВт.

Лишь два десятилетия назад нача­лось в нашей стране промышленное развитие атомной энергетики. Процесс концентрации единичных мощностей в этой отрасли шел и продолжается так бурно, что уже к настоящему времени атомные электростанции не уступают по этому показателю традиционным тепло­вым электростанциям и даже опережают их. В 1981 г. достигла мощности 4000 МВт Ленинградская АЭС, в 1985 г.—Курская АЭС. Развернуто строительство ряда АЭС по 6000 МВт.

Динамика структуры мощностей электростанций и производства элект­роэнергии в период с 1960 по 1985 г. приведена в табл. В.4.

Большое внимание уделялось и уде-

ляется повышению эффективности от­расли за счет снижения расхода топли­ва на производство электроэнергии. Рост экономичности ТЭС обеспечивается пу­тем повышения начальных параметров пара. В 1959 г. впервые были пущены энергоблоки с параметрами пара 14 МПа и 560/565 °С, которые затем стали стан­дартными, а уже в 1963 г. началось практическое освоение первых энерго­блоков со сверхкритическими парамет­рами пара - 24 МПа и 560/565 °С.

Другим важным направлением в по­вышении экономичности тепловых элект­ростанций являлось развитие комбини­рованного производства электрической и тепловой энергии. Более ¹/₃ мощности всех тепловых электростанций страны составляют теплоэлектроцентрали. На­иболее крупные из них имеют мощность более 1000 МВт. В стране создан парк современного специального оборудова­ния для ТЭЦ. Почти 40% централизо­ванно производимой тепловой энергии вырабатывается теплоэлектроцентраля­ми, протяженность магистральных теп­ловых сетей от них превышает 20 тыс. км. Наряду с дальнейшим повышением эффективности традиционных источни­ков теплоснабжения было необходимо искать новые технические пути центра­лизованного теплоснабжения, особенно это касалось европейской части страны. Эти поиски предопределили целесообраз­ность создания атомных теплоэлектро­централей, атомных станций теплоснаб-жения.

Расширение и углубление электрифи­кации страны, быстрый рост производ­ства электроэнергии на качественно но­вой технической основе требовали со-

вершенствования организации и опера­тивного управления процессом ее произ­водства и распределения. Перед от­раслью стояла задача укрупнения энер­гетических объединений, создания объ­единенных территориальных энергосис­тем, формирования Единой энергети­ческой системы СССР. Эта задача могла быть решена только при создании в стране разветвленной системы электри­ческих сетей высоких напряжений, удов­летворяющих требованиям устойчивости параллельной работы энергосистем и пе­редачи возрастающих потоков энергии.

В 1959 г. была построена первая ВЛ напряжением 500 кВ Волжская ГЭС им. XXII съезда КПСС — Москва. Одновре­менно в ряде районов страны сооружа­лись линии электропередачи напряже­нием 330 кВ. В 1967 г. была пущена в эксплуатацию опытно-промышленная ВЛ 750 кВ Конаковская ГРЭС - Белый Раст, на базе опыта эксплуатации ко­торой в 1972 г. было завершено соору­жение первой промышленной ВЛ 750 кВ Донбасс - Днепр и в 1985 г. ВЛ 1150 кВ Экибастуз — Кокчетав — Кустанай.

На основе этих технических дости­жений в стране быстро развивались электрические сети напряжением 330 — 1150 кВ.

Такое развитие электрических сетей позволило перейти к созданию на базе районных энергосистем объединенных энергосистем (ОЭС), а затем к обра­зованию Единой энергосистемы европей­ской части СССР (ЕЕЭС). К концу восьмой пятилетки в ЕЕЭС уже входили, семь объединенных энергосистем. В 1972 г. к ней была присоединена ОЭС Казахстана и тем самым было начато

формирование Единой энергосистемы СССР (ЕЭС). В 1978 г. к ЕЭС СССР присоединилась ОЭС Сибири.

В 1985 г. в ЕЭС работало парал­лельно в едином режиме девять объеди­ненных энергосистем, установленная мощность которых составила 265300 МВт, или 84,2 % общей мощности всех электростанций, а производство электро­энергии — 88,8 % общей выработки в стране. Оперативное управление этим одним из крупнейших в мире энерго­объединением осуществляется из едино­го центра — Центрального диспетчерско­го управления с использованием совре­менной электронно-вычислительной тех­ники и автоматизированной системы управления.

Энергосистема СССР успешно со­трудничает с энергетическими системами соседних государств. В 1978 г. ЕЭС СССР включилась на параллельную ра­боту с объединенными энергосистема­ми европейских стран — членов СЭВ. Энергосистема СССР связана линиями электропередачи с МНР, Финляндией, Норвегией, Турцией.

Создание объединенных энергосис­тем и ЕЭС СССР повысило надеж­ность и экономическую эффективность энергетического производства. За счет использования различия в расположении электростанций по широте и долготе достигнута экономия более 12000 МВт установленной мощности.

В результате реализации прогрессив­ных технических направлений развития электроэнергетики СССР достигнуты крупные успехи в повышении основных экономических показателей отрасли. Так, удельные расходы топлива на отпускае­мую электроэнергию электростанциями Минэнерго СССР уменьшены с 471 г/(кВт·ч) в 1960 г. до 326,2 г/(кВт·ч) в 1985 г. Расход электроэнергии на собственные нужды электростанций сокращен за это же время на 30 %, удельная численность производственно­го персонала снижена почти в 2 раза.

Электроэнергетика СССР вышла на передовые позиции в мировой энерге­тике по таким важным показателям, как удельные расходы условного топлива,

параметры и единичные мощности теп­ловых, гидравлических и атомных элект­ростанций и их энергоблоков, уровни напряжений в электрических сетях, масш­табы теплофикации и др. Это позволи­ло обеспечить высокие темпы электри­фикации народного хозяйства СССР и быта населения. Доля нашей страны в мировом производстве электроэнергии возросла с 3,3% в 1913 г. до 9% в 1950 г. и 17% в 1985 г. Значительно по­высилась электровооруженность труда в промышленности и сельском хозяйстве.

Перспективы развития энергетики и электрификации. Решениями XXVII съез­да КПСС определены «Основные на­правления экономического и социально­го развития СССР на период до 2000 го­да». В них указано, что высшей целью экономической стратегии партии остает­ся неуклонный подъем материального и культурного уровня жизни советского народа. Это требует ускорения социаль­ного и экономического развития, все­мерной интенсификации и повышения эффективности производства на базе научно-технического прогресса с тем, чтобы обеспечить увеличение до конца столетия реальных доходов на душу на­селения в 1,6—1,8 раза. Намечено увеличить за указанный период нацио­нальный доход и производство про­мышленной продукции в 2 раза, повы­сив при этом производительность труда в 2,3 — 2,5 раза. Для повышения эффек­тивности экономики и выполнения поставленных задач предусматривается превратить ресурсообразование в ре­шающий источник удовлетворения рас­тущих потребностей в топливе, энер­гии, сырье и материалах и таким пу­тем обеспечить 75 — 80 % требуемого прироста этих ресурсов.

Для того чтобы осуществить наме­ченное наращивание экономического потенциала страны запланирован ввод в действие новых мощностей на элек­тростанциях отрасли, чтобы создать в электроэнергетике нормативные резервы для надежного электроснабжения страны.

С этой целью, а также для повы­шения экономической эффективности от­расли предусмотрено улучшить исполь-

зование имеющегося оборудования, мо­дернизировать устаревшее оборудование и обеспечить замену узлов, отработав­ших свой ресурс, а также вывести из работы морально и физически изношен­ное оборудование.

Запланированная динамика структу­ры производства электроэнергии пред­определила и структуру ввода новых мощностей. С учетом анализа последст­вий аварии на Чернобыльской АЭС раз­меры ввода мощностей на атомных электростанциях будут уточнены при разработке годовых планов. Развитие АЭС предусмотрено осуществить глав­ным образом на основе блоков мощ­ностью 1000 МВт с реакторами водо-водяного типа. Такие энергоблоки будут введены на Калининской, Ростовской, Балаковской, Южно-Украинской, Запо­рожской, Хмельницкой АЭС и др. Будет начато сооружение новых электростан­ций с аналогичным оборудованием.

Кроме того, будут использоваться построенные энергоблоки с реакторами типа РБМК, усовершенствованными с целью повышения их надежности.

Для качественного улучшения ис­пользования ядерного топлива развер­нется сооружение энергоблоков мощ­ностью по 800 МВт с реакторами на быстрых нейтронах. Будет продолжена работа по созданию научно-технического задела для последующего развития атомной энергетики — термоядерных ус­тановок, которые в соответствии с Энер­гетической программой СССР являют­ся одним из наиболее перспективных направлений обеспечения потребностей общества в энергии.

Исходя из изложенных концепций развития топливно-энергетического

комплекса будет продолжено сокраще­ние применения на ТЭС в качестве топ­лива мазута путем замены его газом, а также сокращение использования мощностей, работающих на мазуте.

Во всех восточных районах страны развитие ТЭС будет осуществляться вы­сокими темпами, причем в Сибири, Ка­захстане, Забайкалье и на Дальнем Востоке оно будет базироваться на мест­ных углях, а в Тюменской области и

в Средней Азии — на местном газе. Оп­ределяющим для обеспечения электро­снабжения восточных районов является создание топливно-энергетических комп­лексов — Канско-Ачинского, Экибастуз-ского, Западно-Сибирского. Должны се­рийно вводиться энергоблоки мощ­ностью 800 МВт на Березовской ГРЭС-1, Сургутской ГРЭС-2 и Нижневартовской ГРЭС, блоки мощностью 500 МВт на Экибастузской ГРЭС-2.

На Дальнем Востоке и в Забайкалье должны быть введены новые мощности на Приморской, Харанорской, Гусино-озерской. Нерюнгринской ГРЭС, ряде крупных ТЭЦ, на Урале — крупнейшая Пермская ГРЭС, в Средней Азии — Та-лимарджанская, Ангренская ГРЭС.

Предусматривается повышение тех­нического уровня тепловых электро­станций. Главным направлением научно-технического прогресса в теплоэнерге­тике является применение газотурбин­ных парогазовых установок. Так пре­дусмотрено построить парогазовую уста­новку мощностью 800 МВт на Карма-новской ГРЭС, ряд крупных газотур­бинных энергоблоков, в том числе мощ­ностью 150 МВт, осуществить комплекс работ по освоению возобновляемых ис­точников энергии в теплоэнергетике.

За счет совершенствования эксплуа­тации тепловых электростанций и режи­мов их работы, расширения комбиниро­ванного производства тепловой и элек­трической энергии запланировано сни­зить удельные расходы условного топ­лива на производство электроэнергии против 326,3 г/(кВт-ч) в одиннадцатой пятилетке.

Развитие тепловых электростанций непосредственно связано с централиза­цией теплоснабжения и его прогрессив­ного направления — теплофикации. Цен­трализация производства тепла остается главнейшим направлением повышения эффективности системы теплоснабжения. Стратегия развития ТЭЦ с позиций топливно-энергетического баланса в принципе аналогична изложенной для ГРЭС, с той лишь разницей, что в ев­ропейском регионе за счет атомной энергии на данном этапе будет обеспе-

чиваться лишь небольшая доля прирос­та потребления тепла, а основная его часть будет обеспечиваться наряду с ТЭЦ крупными централизованными ко­тельными.

В стране имеется значительный, по­ка еще не используемый потенциал гидроресурсов. Однако сооружение гид­роэлектростанций связано с затоплением и подтоплением земель. Поэтому по­ставлена задача — максимально исполь­зовать потенциал горных рек Кавказа, Средней Азии и в восточной части стра­ны, где масштабы затопления несрав­нимо меньше. В одиннадцатой пяти­летке было в основном завершено строительство таких крупных ГЭС, как Саяно-Шушенская, Чебоксарская, Ниж­некамская, Нурекская, Токтогульская, Зейская и др., а развернутый объем строительства новых ГЭС не позволяет в настоящее время вводить мощности в больших размерах. Предстоит рекон­струировать и модернизировать обору­дование действующих гидроэлектростан­ций и развернуть строительство малых ГЭС в районах, где они экономически эффективны.

В соответствии с решениями XXVII съезда КПСС продолжается формиро­вание Единой энергетической системы СССР. На данном этапе наряду с тер­риториальным развитием Единой энер­госистемы следует обеспечить ее орга­ническое соответствие тем новым ка­чественным изменениям, которые воз­никают в отечественной электроэнерге­тике. К их числу относятся изменение структуры генерирующих мощностей, требующее специальных мер по обеспе­чению необходимой маневренности энер­госистем в современных условиях фор­мирования атомной энергетики и преоб­ладающего сооружения крупных тепло-

энергетических блоков; широкое соору­жение электростанций мощностью боль­ше 6000 МВт, повышение масштабов электропотребления в крупных промыш­ленных комплексах и необходимость межрегионального маневрирования энер­гетическими ресурсами и электрическими мощностями, которые требуют резкого повышения пропускной способности си­стемных электрических сетей.

Планируется к Единой электро­энергетической системе СССР присое­динить ОЭС Средней Азии. Предусмот­рено начать работы по присоединению и ОЭС Дальнего Востока.

Маневренность энергосистем намече­но повысить путем сооружения спе­циальных мощностей и целенаправлен­ного развития потребителей-регулято­ров. Намечено построить гидроаккуму-лирующие электростанции суммарной мощностью 2600 МВт и создать задел для более быстрого их последующе­го строительства. Предусмотрено осу­ществить ввод в действие ' новых газотурбинных и парогазовых уста­новок.

Целям повышения маневренности энергосистем и надежности их работы, лучшего использования мощностей и транспорта энергоресурсов служит пре­дусмотренное значительное увеличение протяженности линий электропередачи, особенно высоких и сверхвысоких на­пряжений 1150 кВ переменного и 1500 кВ постоянного тока. Предусмотре­но создание межсистемной электрической связи 1150 кВ Урал — Экибастуз — Си­бирь и введение в эксплуатацию ВЛ напряжением 1500 кВ постоянного тока Экибастуз — Центр. Начнется сооруже­ние и других ВЛ напряжением 1150 кВ для связи с энергосистемами Средней Азии.

Глава первая

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

1.1. Потребление электрической энергии. Требования к качеству энергии и надежности электроснабжения*

Различают следующие основные группы потребителей электрической энергии: 1) промышленные предприя­тия; 2) строительство; 3) электрифици­рованный транспорт; 4) сельское хозяй­ство; 5) бытовые потребители и сфера обслуживания городов и рабочих посел­ков; 6) собственные нужды электростан­ций. Приемниками электроэнергии яв­ляются асинхронные электродвигатели, электрические печи, электротермические, электролизные, и сварочные установки, осветительные и бытовые приборы, кондиционные и холодильные установки, радио- и телеустановки, медицинские и другие установки специального назначе­ния. Кроме того имеется технологичес­кий расход электроэнергии, связанный с ее передачей и распределением в элект­рических сетях.

Режим потребления электрической энергии. Потребление электрической энергии отдельными предприятиями, на­селением городов и поселков в течение суток и года неравномерно, что объяс­няется работой предприятий в одну, две и три смены с неодинаковой на­грузкой, перерывами между сменами, из­менением режима работы в летнее время, праздничные дни, а также внешними факторами: продолжительностью свет­лой части суток, температурой воздуха и др. Значительную неравномерность вносит нагрузка светильников, возрас­тающая зимой в утренние и вечерние часы и спадающая днем и ночью, а также летом.

Режим потребления электроэнергии

__________________________

* Использована работа Б. Н. Неклепае-ва, написавшего «Введение» в первом изда­нии учебника.

может быть представлен графиком нагрузки — зависимостью активной, реактивной или полной мощности от времени. Различают суточные графики для разных дней недели и разных перио­дов года (зимний, летний, весенний, осенний), а также годовые графики.

В качестве примера на рис. 1.1 при­ведены суточные графики: подстанции с преимущественно осветительной на­грузкой (рис. 1.1, а); предприятия легкой промышленности с работой в две смены (рис. 1.1, б); нефтеперерабатывающего завода с работой в три смены (рис. 1.1, в).

Характерными величинами суточ­ного графика являются нагрузки: мак­симальная минимальная средняяа также коэффициент нерав­номерности нагрузки

Годовые графики (рис. 1.2) строят по характерным суточным графикам для зимних, весенне-осенних и летних дней. При этом ординаты этих графиков располагают вдоль оси абсцисс от 0 до 8760 ч в порядке их значений. При таком построении графика абсцисса t₁ соот­ветствующая ординате Р₁ указывает время в часах, в течение которого нагрузка равна или превышает P₁. Такие графики называют графиками, построен­ными по продолжительности.

Площадь годового графика соответ­ствует в некотором масштабе электро­энергии W, потребленной в течение года. Отношениеназывают

продолжительностью исполь­зования максимальной на­грузки, ч/год.

Графики электрических нагрузок предприятий различных отраслей про­мышленности, городов, рабочих посел­ков позволяют прогнозировать ожидае­мые максимальные нагрузки, режим и размеры потребления электроэнергии, обоснованно проектировать развитие системы. Чем равномернее графики нагрузки потребителей, тем равномернее

и график нагрузки электрической систе­мы в целом, тем легче обеспечить экономичную работу электростанции.

Требования к качеству электроэнер­гии. Под качеством электроэнергии понимают степень соответствия напря­жения и частоты нормированным зна­чениям. Ниже приведены важнейшие тре­бования, установленные ГОСТ 13109-67*:

а) отклонение напряжения от номи­ нального значения (при скорости измене­ ния напряжения менее 1% в секунду),%,

б) колебания напряжения (при ско­ рости изменения напряжения более 1% в секунду), %,

в) несинусоидальность или коэффи­ циент несинусоидальности, определяю­ щий форму кривой напряжения, %,

— напряжение у-и

гармоники;— напряжение основной частоты.

Если , то форма кривой

напряжения считается практически сину­соидальной;

г) отклонение частоты (за 10 мин), %,

Допустимые отклонения напряжения у зажимов электроприемников приве­дены в табл. 1.1.

Колебания напряжения у зажимов осветительных- ламп и радиоприборов допускаются не выше

где п — число колебаний в час;

- сред-

ний за час интервал между последую­щими колебаниями, мин.

Для приемников с ударной нагрузкой допускаются колебания напряжения до 1,5% при неограниченной частоте. Для остальных приемников электрической энергии колебания напряжения не норми­руются.

Отклонение частоты в нормальном режиме допускается в пределах +0,1 Гц. При этом расхождение между астроно­мическим и синхронным временем (т. е. временем, показываемым электри­ческими часами с синхронным электро­двигателем, подключенным к сети) не должно превышать +2 мин. Указанные нормативы на частоту не распростра­няются на период послеаварийного режима.

Требования к надежности электро­снабжения. Согласно Правилам уст­ройства электроустановок [1.1] прием­ники электрической энергии разделяются на следующие три категории:

электроприемники I категории — электроприемники, перерыв электро­снабжения ^которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, зна­чительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологиче­ского процесса, нарушение функциони­рования особо важных элементов ком­мунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная ра­бота которых необходима для безава­рийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорого­стоящего основного оборудования;

электроприемники II категории — электроприемники, перерыв электро­снабжения которых приводит к массо­вому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и про­мышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жите­лей;

электроприемники III категории —

все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II кате­горий.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резер­вирующих источников энергии, и пере­рыв их электроснабжения при нарушении электроснабжения от одного из источ­ников энергиии может быть допущен лишь на время автоматического восста­новления питания.

Для электроснабжения особой груп­пы электроприемников I категории должен быть предусмотрен третий неза­висимый источник энергии.

В качестве третьего независимого источника энергии для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника энергии для остальных электроприемников I катего­рии могут быть использованы мест­ные электростанции, электростанции энергосистем (в частности, сборные шины генераторного напряжения), спе­циальные агрегаты бесперебойного снаб­жения, аккумуляторные батареи и т. п.

Если резервированием электроснаб­жения нельзя обеспечить необходимую непрерывность технологического про­цесса или если резервирование электро­снабжения экономически нецелесооб­разно, должно быть осуществлено тех­нологическое резервирование, например, путем установки взаимно резервирую­щих технологических агрегатов, спе­циальных устройств безаварийного оста­нова технологического процесса, дейст­вующих при нарушении электроснабже­ния.

Электроснабжение электроприемни­ков I категории с особо сложным не­прерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на вос­становление рабочего режима, при нали­чии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников энергии, к которым предъ­являются дополнительны? требования, определяемые особенностями техноло­гического процесса.

Электроприемники II категории ре-

Комендуется обеспечивать электроэнер­гией от двух независимых взаимно резер­вирующих источников энергии.

Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников энергии допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного источника энергии действиями дежур­ного персонала или выездной оператив­ной бригады.

Допускается питание электроприем­ников II категории по одной ВЛ, в том числе с кабельной вставкой, если обеспе­чена возможность проведения аварий­ного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабе­лями, каждый из которых выбирается по наибольшему продолжительному току ВЛ. Допускается электроснабже­ние электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее чем из двух кабелей, присоеди­ненных к одному общему коммута­ционному аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возмож­ности замены повредившегося трансфор­матора за время не более 1 сут допускает­ся электроснабжение электроприемников II категории от одного трансформа­тора.

Для электроприемников III кате­гории электроснабжение может выпол­няться от одного источника энергии при условии, что перерывы электро­снабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не пре-вьщгают 1 сут.