История электротехники

К 1990 г. СССР имел высокий международный рейтинг в области ЛЭП сверхвысокого (СВН) и ультравысокого (УВН) напряжения переменного тока.

В результате освоения в СССР ЛЭП 500 и 750 кВ в ОЭС сложились две шкалы номинальных напряжений электрических сетей: ПО — 150–330–750 кВ и 110–220–500–1150 кВ. Каждая последующая ступень в этих шкалах превышает предыдущую примерно в два раза, что позволяет повысить пропускную способность линий в два-четыре раза. Первая шкала напряжений получила распространение в северо-западных областях России, на Украине и на 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 в ОЭС, передачи электроэнергии от удаленных электростанций, например атомных или ГЭС, в приемные системы.

В соответствии с установившейся терминологией Международной конференции по большим электрическим системам высокого напряжения (СИГРЭ) к линиям высокого напряжения относятся линии с наибольшим номинальным напряжением ниже 400 кВ, к линиям СВН — линии с наибольшим номинальным напряжением (линейным для линий переменного и межполюсным для линий постоянного тока) от 400 до 800–900 кВ, т.е. ниже 1000 кВ (400–550, 735–800 кВ переменного тока, 400–900 кВ постоянного тока), а к линиям УВН — линии с наибольшим номинальным напряжением 1000 кВ и выше.

В мировой практике в настоящее время значительное внимание уделяется электропередачам постоянного тока, где отсутствуют волновые процессы в линии, благодаря чему эти электропередачи приобретают новые свойства. 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.

Для передачи энергии на большие расстояния, как уже отмечалось, необходимо повышение напряжения линии. Поскольку постоянный ток не трансформируется, то повысить напряжение можно путем последовательного соединения нескольких источников. Такую схему предложил Рэне Тюри (Швейцария). По его схеме было сооружено около 15 электропередач. Главная из них — электропередача Мутье — Лион (Франция). Эта электропередача была введена в работу в 1906 г. и имела длину 180 км при напряжении 57 кВ, передаваемая мощность на первом этапе составляла 4,6 МВт.

На ГЭС Мутье несколько генераторов постоянного тока были включены последовательно, причем каждый из них был изолирован от земли, а с валом турбины они соединялись через изолирующие прокладки. На приемном конце, в Лионе, последовательно соединялись двигатели постоянного тока, которые вращали трехфазные генераторы переменного тока, включенные в сеть города.

Впоследствии мощность этой передачи была доведена до 20 МВт, а напряжение до 115 кВ. Только в 1937 г. эта электропередача была заменена трехфазной линией переменного тока.

В 30-х годах были созданы ртутные выпрямители, позволившие создать достаточно мощные преобразовательные подстанции, предназначенные для электрификации транспорта и технологических процессов в промышленности. Тогда же в США была построена первая электропередача постоянного тока на ртутных вентилях (15 кВ), предназначенная для связи энергосистем с разной частотой.

У нас в стране первая опытно-промышленная кабельная электропередача Кашира — Москва была пущена в 1950 г. Для ее создания были использованы ртутные вентили с током 50 А и напряжением 120 кВ. Длина этой электропередачи 120 км, напряжение ±100 кВ, передаваемая мощность 30 МВт. В 1954 г. была построена электропередача постоянного тока Швеция — о. Готланд (длина 100 км, мощность 20 МВт, напряжение 100 кВ).

Ртутными преобразователями в 50–60-х годах было оснащено несколько электропередач (Англия — Франция, Швеция — Дания, Тихоокеанская передача в США и др.).

Одной из важнейших проблем того периода было создание мощного высоковольтного ртутного вентиля, который мог быть использован для дальних мощных электропередач постоянного тока. Разработка такого вентиля велась во многих странах. В нашей стране в ВЭИ был создан вентиль типа ВР-9 (напряжение 130 кВ, ток 300 А). На этих вентилях в 1962–1965 гг. была сооружена электропередача Волгоградская ГЭС — Донбасс (400 км, 720 МВт, ±400 кВ), которая в течение ряда лет была крупнейшей в мире.

Опыт эксплуатации ртутных вентилей в различных странах выявил их недостаточную надежность в работе.

Положение изменилось в конце 60-х годов, когда были разработаны мощные полупроводниковые вентили — тиристоры.

Первые тиристоры имели напряжения 1–1,5 кВ и ток несколько сот ампер, что при разработке высоковольтных вентилей требовало их последовательно-параллельного соединения. В последующем успехи полупроводниковой техники привели к созданию тиристоров с током 2–3 кА и напряжением до 4 кВ. Это позволило отказаться от параллельного соединения тиристоров и уменьшило их число в последовательной цепочке.

В настоящее время сооружен ряд электропередач постоянного тока с использованием тиристорных вентилей. Крупнейшей является электропередача ГЭС Итайпу — Сан Пауло (Бразилия) (±600 кВ; 6300 МВт; 900 км), которая введена в работу в 1988 г.

В нашей стране разработано и испытано оборудование для электропередачи Экибастуз — Центр (2400 км; ±750 кВ; 6300 МВт).

В разработке проблем электропередач постоянного тока в нашей стране ведущая роль принадлежит коллективам Научно-исследовательского института постоянного тока (А.В. Поссе, В.И. Емельянов, Л.Р. Нейман) и ВЭИ (В.П. Фотин, А.В. Стукачев, И.П. Таратута). В решении этой задачи также принимали участие коллективы многих промышленных предприятий.

Помимо электропередач постоянного тока получили распространение так называемые 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, как межгосударственные связи.

Вставки постоянного тока сооружены в Канаде, Японии, США, Австрии. В России вставка введена в работу в 1981 г. и служит для связи энергосистем России и Финляндии.

5.3.2. СОЗДАНИЕ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ СВН И УВН — ВЫДАЮЩЕЕСЯ ДОСТИЖЕНИЕ РОССИЙСКИХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКОВ

В 30-е годы сложились две крупные научные электротехнические школы: ленинградская и московская.

В Ленинграде в ЛПИ под руководством чл.-корр. АН СССР М.А. Шателена над проблемами дальних электропередач работали крупные ученые — профессора А. А. Горев, Н.П. Виноградов, A.M. Залесский, Н.Н. Щедрин. Большой вклад в развитие техники передачи электрической энергии внесли работавшие в ЛЭТИ под руководством проф. А.А. Смурова профессора Г.Т. Третьяк, Л.Е. Машкиллейсон и др. Фундаментальные исследования, в том числе по электрической изоляции, проводились в Электрофизическом институте (выделившемся из Физико-технического института) выдающимися учеными А.П. Александровым, Н.Н. Семеновым, А.Ф. Вальтером, Б.М. Гохбергом и др.

В Москве исследования и разработки по широкому кругу вопросов, связанных с проблемами передачи электроэнергии, проводились в 30-е годы в основном в ВЭИ, МЭИ, «Мосэнерго». В центре этих проблем находился профессор-энциклопедист Л.И. Сиротинский, занимавший в то время посты начальника отдела высоких напряжений ВЭИ и одновременно заведующего кафедрой техники высоких напряжений МЭИ. Работы по электрическим сетям, включая вопросы их строительства, вели А.А. Глазунов, Н.И. Сушкин, А.Я. Рябков и др. Значительным вкладом в решение проблем устойчивости параллельной работы электростанций явились результаты исследований П.С. Жданова и С.А. Лебедева, затем Г.Р. Герценберга. Над вопросами электрической изоляции сетей и электрооборудования работали А.В. Александров, А.В. Ефимов, В.К. Кожухов, П.А. Флоренский и др. Коммутационную аппаратуру разрабатывали А.Я. Буйлов, Г.В. Буткевич, Е.М. Цейров, A.M. Бронштейн, М.А. Бабиков и др. Вопросами защиты от перенапряжений и разработкой защитной аппаратуры занимались А.А. Акопян, Л.И. Иванов, В.И. Пружинина, В.А. Карасев и др.