1.4.2. Электропередача

Сетевое хозяйство Российской Федерации чрезвычайно разнообразно. Общая протяженность воздушных линий электропередач, входящих в состав ЕЭС России, напряжением 0,38—1150 кВ на 1 января 2007 г. составляла свыше 3 млн. км в одноцепном исчислении, в том числе по классам напряжений:

0,38 кВ — 1250 тыс. км;

3—6 кВ — 90 тыс. км;

10 кВ — 1110 тыс. км;

15—20 кВ — 6 тыс. км;

36—60 кВ — 160 тыс. км;

110—154 кВ — 296 тыс. км;

220 кВ — 102 тыс. км;

330 кВ — 10,5 тыс. км;

400 кВ — 0,1 тыс. км;

500 кВ — 37,1 тыс. км;

750 кВ — 3 тыс. км;

800 кВ — 0,2 тыс. км;

1150 кВ — 0,8 тыс. км¹.

В обозримом будущем высшим классом напряжения в ЕЭС России останется 1150 кВ для сетей переменного тока и 1500 кВ для передачи постоянного тока.

Сеть 750 кВ будет развиваться в европейской части ЕЭС России для усиления связей между ОЭС Северо-Запада и Центра, повышения надежности выдачи мощности АЭС, находящихся в этой зоне.

Сети 500 кВ будут использованы для присоединения ОЭС Востока к ЕЭС России, усиления основных связей в ОЭС Северного Кавказа, Центра, Поволжья, Урала, Сибири а также для развития межсистемных связей между ОЭС России.

Сеть 330 кВ продолжит выполнять системообразующие функции в ряде энергосистем и ОЭС европейской части России и обеспечивать выдачу мощности крупных электростанций.

Протяженность вводимых электрических сетей напряжением 330 кВ и выше до 2015 г. в высоком, базовом и низком вариантах роста уровня электро- и теплопотребления оценивается соответственно 25, 20 и 15 тыс. км.

Основные тенденции в развитии сетей 220 кВ: усиление распределительных функций; сокращение длины участков; повышение плотности электрических сетей. В ряде энергосистем Дальнего Востока (Сахалинэнерго, Магаданэнерго, Камчатэнерго), а также европейской части страны (Архэнерго) эти сети останутся основными. Минимальная протяженность линий электропередачи 220 кВ, которые предполагается ввести до 2015 г., оценивается в 15 тыс. км.

Сети 110 кВ получили большое развитие во всех энергосистемах и изолированно работающих энергоузлах России. Основное направление в развитии сети 110 кВ — дальнейший охват ими территории России с целью повышения надежности электроснабжения потребителей. Минимальная протяженность вводимых линий электропередачи 110 кВ до 2015 г. оценивается в 55 тыс. км.

В распределительных сетях в качестве основной сохранится существующая система напряжений: НО-35-10(6)-0,4 кВ. Их развитие будет осуществляться путем приоритетного развития сетей ПО кВ и перевода линий электропередачи на более высокое напряжение (с 6 на 10 кВ и с 35 на 110 кВ).

Основные направления развития распределительных электрических сетей: опережающее развитие сетей 35—110 кВ; взаиморезервирование сетей 10 кВ; автоматизация и телемеханизация электросетевых объектов; разукрупнение центров питания; широкое внедрение изолированных проводов; внедрение автономных энергоисточников. Необходимый ввод линий электропередачи сельскохозяйственного назначения оценивается протяженностью порядка 2400 тыс. км. Реализация основных направлений развития распределительных электрических сетей требует участия государства в финансировании соответствующих работ.

Наряду с формированием ЕЭС России на обжитой территории страны, до 2015 г. может потребоваться решение сложной технико-экономической задачи формирования и объединения энергосистем и энергоузлов в малообжитых, удаленных от основных энергетических центров районов Восточной Сибири и Дальнего Востока. Характерными для этой зоны являются: большая удаленность друг от друга промышленных и энергетических узлов; высокая стоимость добычи топлива и его доставки к местам использования. Для объединения этих энергоузлов и энергосистем и присоединения их к ЕЭС России наряду с линиями электропередачи переменного тока можно рассматривать возможность использования электропередачи постоянного тока.

В период до 2020 г. предстоит решить ряд других актуальных задач. Одна из них — повышение управляемости электрических сетей за счет широкого применения различных управляемых элементов, в том числе управляемых реакторов, статических тиристорных компенсаторов, фазоповоротных трансформаторов, более современных устройств РПН для трансформаторов и автотрансформаторов, вставок постоянного тока и т.д. Применение этих средств управления повысит пропускную способность электрической сети, улучшит качество электрической энергии, повысит надежность и экономичность работы электрических сетей.

Важная задача — повышение степени компенсации реактивной мощности в электрических сетях 750 и 500 кВ, уровень которой в сетях 750 кВ в настоящее время оценивается 80 %, в сетях 500 кВ — 35 %. Целесообразно степень компенсации реактивной мощности в сетях 750 кВ довести до 100 %, а в сетях 500 кВ — до 80—100 %.

Требуемая высокая надежность электроснабжения заставляет искать различные пути усиления сетей при наличии жестких экономических ограничений. За рубежом в последние годы наблюдается существенное продвижение в этом направлении. Кроме прокладки новых линий в широких масштабах проводится реконструкция воздушных линий (BЛ) с применением новых типов проводов и опор для повышения нагрузочной способности при минимальном отчуждении земель под коридоры линий электропередач (ЛЭП).

Наиболее эффективный метод повышения пропускной способности ВЛ (без какой-либо реконструкции опор) — замена типа провода. Новые типы проводов с высокой термостойкостью (до 212 °С) и малым провесом позволяют повысить пропускную способность более чем вдвое. В разных странах мира разработано много типов проводов, позволяющих существенно повысить нагрузку высоковольтных линий (ВЛ). В качестве примера можно привести их применение в энергокомпании National Grid (Великобритания). Анализ показал, что наиболее эффективным в отношении возможности повышения температуры при допустимом провесе является провод из циркониевого сплава и высокотемпературного алюминия, усиленный стальной сердцевиной с зазором относительно провода (GZTACSR). Однако более экономично применение сталеалюминиевого провода с трапецеидальной формой жил (ACSSTW), который сравнительно немного дороже обычного сталеалюминиевого провода ACSR, но дешевле, чем другие провода. Пример другого решения — увеличение сечения провода с соответствующим усилением опор либо замена проводов ACSR на провода TACFR с полимерным сердечником из эпоксидной смолы, армированной высокопрочными углеродными волокнами.

В связи с необходимостью усиления сетей в России следует разработать и широко внедрять такие провода. За рубежом активно применяются провода, совмещенные с волоконно-оптическими линиями связи. Это технически и экономически целесообразное решение в России также применяется при строительстве новых и реконструкции старых ЛЭП (провода с оптико-волоконными каналами типа OPGW).

Протяженность подземных кабельных сетей исчисляется сотнями тысяч километров. Только в Москве находится в эксплуатации около 20 тыс. км силовых кабелей низкого напряжения 0,4 кВ, 36 тыс. км кабелей среднего напряжения 10 кВ и около 760 км кабелей высокого напряжения 110, 220 и 500 кВ. Бóльшая часть силовых кабелей, находящихся в эксплуатации, — это кабели старых конструкций с пропитанной бумажной изоляцией в свинцовых и алюминиевых оболочках (доля последних около 50 %). Сроки эксплуатации кабельных линий (КЛ) высокие — 40 лет и более. Соответственно кабели имеют высокие показатели удельной повреждаемости. Поэтому задача организации производства новых высоконадежных кабелей является крайне актуальной. Такими кабелями являются кабели последнего поколения с изоляцией из СПЭ^*, стойкого к развитию в изоляции водных триингов, рассчитанные на длительный срок эксплуатации, в том числе в неблагоприятных условиях подземной прокладки (химически агрессивные и обводненные грунты). Помимо высокой надежности, СПЭ-кабели имеют ряд эксплуатационных преимуществ перед кабелями с пропитанной бумажной изоляцией: повышенная на (17—25 %) пропускная мощность; низкая трудоемкость при монтажах и обслуживании; прокладка без ограничения разности уровней на трассах.

Другая важная проблема, связанная с кабельной техникой, — повышение пожаробезопасности кабелей и проводов. В настоящее время в России кабели пожаробезопасного исполнения получили широкое распространение пока на объектах атомной энергетики, их применение рекомендуется и для других потребителей.

Проблема повышения передаваемой мощности и минимизации потерь энергии в силовых кабелях имеет давнюю историю. В кабелях на основе традиционных материалов (медь, алюминий) существенный прогресс всегда был связан с использованием новых изоляционных композиций за счет повышения класса электрического напряжения. Сверхпроводящие кабели (СПК) позволяют увеличить передачу энергии до единиц-десятков гигавольт-ампер за счет повышения плотности тока при снижении потерь энергии и без изменения или при снижении класса напряжения.

Прогресс в области разработки высокотемпературных сверхпроводников возродил интерес к созданию СПК на основе высокотемпературной сверхпроводимости. В США, Японии к настоящему времени достаточно продвинуты работы по созданию СПК. Интерес к ним связан еще и с тем, что либерализация рынка сбыта электроэнергии в западных странах заставляет энергетические компании и сети заботиться об увеличении пропускной способности передающих линий. Основные преимущества СПК перед традиционными:

 увеличение единичной передаваемой мощности на линиях тех же габаритов;

 повышение эффективности передачи в связи с малыми потерями энергии и повышение качества электроэнергии;

 увеличение срока жизни кабеля;

 увеличение критической длины кабеля;

 экологическая чистота и пожаробезопасность;

 возможность передачи большей мощности при пониженном напряжении.

По оценкам различных специалистов, СПК на основе высокотемпературной сверхпроводимости становятся экономически конкурентоспособными в сравнении с обычными при уровне передаваемой мощности 0,3—0,5 ГВ·А.

Решению проблем надежного функционирования ЕЭС и увеличения пропускной способности системообразующих связей, оперативного регулирования реактивной мощности способствует развитие управляемых систем электропередачи переменного тока (FACTS)^.

Устройства FACTS фактически превращают электрические сети из пассивных транспортных средств передачи электроэнергии из одного пункта в другой в «активные» устройства, которые позволяют изменять параметры электрической сети в зависимости от режимных условий с требуемым быстродействием. В последнее время к статическим устройствам FACTS стали относить также разнообразные типы управляемых шунтирующих реакторов (УШР), обеспечивающих регулирование напряжения в электрических сетях при значениях активной мощности в границах от нуля до так называемой натуральной мощности. Электромашинные устройства FACTS представляют собой комплексы, состоящие из асинхронизированных машин, генераторов, компенсаторов для объединения электроэнергетических систем.

Во всем мире применению технологии и устройств FACTS в электроэнергетических системах уделяется большое внимание. Статические устройства и технологии FACTS создаются всеми ведущими мировыми производителями оборудования: АВВ, Сименс, Арева и др. В нашей стране наблюдается отставание в области их производства и освоения в эксплуатации. В области же электромашинных устройств FACTS Россия занимает лидирующее положение в мире.