книги из ГПНТБ / Новиков И.Т. Развитие энергетики и создание единой энергетической системы СССР

— уменьшение потерь в сетях, главным образом в связи с применением высокого напряжения, необхо­ димого для передачи большого количества энергии на значительные расстояния;

—■ускорение ввода новых электромощностей бла­ годаря сосредоточению капиталовложений на меньшем числе объектов;

—повышение технического уровня эксплуатации и уменьшение количества эксплуатационного персонала;

—увеличение производственных мощностей энерго­ машиностроительных заводов благодаря выпуску более крупных единиц оборудования.

Все эти преимущества особенно ярко сказываются

вусловиях советского общественного строя.

Спервых шагов социалистической электрификации было намечено сооружение ряда крупных районных электростанций. Термин «районная электростанция», со­ хранившийся и до наших дней, следует понимать в том смысле, что такие электростанции предназначались для

электроснабжения не отдельных предприятий или насе­ ленных пунктов, а целых экономических районов.

Сооружение районных электростанций по плану ГОЭЛРО сразу же закладывало основу создания, энер­ гетических систем. Уже в 1935 г. в Советском Союзе сложился ряд крупных энергетических объединений. Московская энергетическая система выработала за 1935 г. свыше 4 млрд, квт-ч электроэнергии и заняла пер­ вое место в Европе, опередив крупнейшую германскую Рейнско-Вестфальскую энергетическую систему по вы­ работке электроэнергии. Установленная мощность Мос­ ковской системы достигла почти 900 тыс. кет, а про­ тяженность ее линий электропередачи ПО и 35 кв со­ ставила почти 3,5 тыс. км.

Ленинградская энергосистема выработала за 1934 г. около 2,5 млрд, квт-ч электроэнергии при общей мощ­ ности станций свыше 600 тыс. кет и суммарной длине сетей 110 и 35 кв почти 1000 км.

Уральская энергосистема охватила территорию про­ тяженностью около 1200 км и объединила все электро­ станции Урала, мощность которых на конец 1934 г. достигла 560 тыс. кет, а выработка энергии превысила 2,1 млрд, квт-ч. Быстрое развитие энергетики позволило почти полностью механизировать и электрифицировать

172

как старые уральские заводы, так и вновь построенные промышленные гиганты — Березниковский -химический комбинат, Магнитогорский металлургический комбинат, Челябинский тракторный завод и т. д.

Крупные энергетические системы сложились в 30-е годы также в районах Баку, Горького, Донбасса и Приднепровья. Следует отметить, что энергетические си­ стемы начали создаваться первоначально в старых про­ мышленных районах, обеспечивая прежде всего электри­ фикацию производства на уже имевшихся предприятиях, подвергавшихся при этом существенной реконструкции. Однако в некоторых случаях создание энергетических систем шло одновременно с организацией целого ком­ плекса новых промышленных предприятий на базе энергии новых электростанций.

Примером энергетических систем первого типа мо­ гут быть Московская, Ленинградская, Бакинская, До­ нецкая, Уральская и др. К энергетическим системам второго типа относится Днепровская, центром которой являлся Днепрогэс им. Ленина.

Одновременно со строительством Днепровской ГЭС был построен целый ряд новых промышленных пред­ приятий в районе Запорожья, которые и явились ос­ новными потребителями энергии Днепрогэса. Вместе с последней в системе работали и достаточно крупные

суммарная мощность всех электростанций системы пре­ высила 600 тыс. кет, а промышленная выработка соста­ вила почти 1,5 млрд, квт-ч; протяженность сети 154 кв достигла 244 км, а сети 35 кв — 230 км.

Кроме упомянутых выше крупнейших энергосистем, в 30-е годы возникли энергетические системы с электро­ станциями значительной мощности также и в других районах страны: на западе РСФСР, в Ярославской об­ ласти, в Поволжье, Грузии, Армении, Сибири.

Происходившее параллельно с ростом энергетики развитие энергомашиностроительной промышленности позволило применять на электростанциях, как это уже было сказано, все более мощные агрегаты. На тепло­ вых электростанциях Мосэнерго, Ленэнерго, Днепроэнерго и Горэнерго уже в 1934 г. работали 25 турбинных агрегатов мощностью по 44—50 тыс. кет, причем их

173

суммарная мощность составляла почти половину общей установленной мощности этих энергетических систем.

Аналогичный процесс увеличения мощности как электрических станций, так и отдельных агрегатов имел место и на гидроэлектростанциях. Если на одной из

казала их высокую экономичность; вместе с тем выяс­ нилась целесообразность соединения отдельных энерге­ тических систем между собой, что облегчало задачу резервирования мощностей и повышало общий техни­ ческий уровень эксплуатации. Поэтому уже во второй пятилетке начался процесс создания крупных объеди­ ненных энергосистем. В 1933 г. были соединены Горь­

района Азово-Черноморской энергетической системы; соединились сети Московской и Горьковской систем.

В 1935 г. было начато осуществление решения XVII съезда партии о создании крупнейшей объединенной энергосистемы Донбасса и Приднепровья путем соору­ жения линии электропередачи 220 кв Днепрогэс — Донбасс.

Известно, что план ГОЭЛРО был воспринят зару­ бежными специалистами как нечто совершенно фанта­ стическое. Многие специалисты на Западе считали не­ реальным осуществление предусмотренного в плане ГОЭЛРО создания энергетических систем. Так, извест­ ный немецкий профессор Дитмар, которого Советское правительство пригласило для экспертизы ряда наи­ более важных энергетических проектов при составле­ нии первого пятилетнего плана, дал отрицательное за­ ключение по проекту кольца линий ПО кв вокруг Москвы. Он не мог согласиться с выбором места для подстанций кольца ПО кв, намеченных по проекту. Дитмар считал совершенно недопустимым, неправиль­ ным технически и неоправданным экономически строи­ тельство мощных трансформаторных подстанций посре­ ди пустого поля, на котором не было видно ни одного

174

промышленного сооружения, и с удивлением слушал советских инженеров, которые говорили об электро­ снабжении от этой подстанции гигантских промышлен­ ных предприятий как о ближайшей реальной задаче, хотя сами предприятия еще отсутствовали.

Советская действительность быстро опровергла мрачные предположения высококвалифицированного эксперта: вскоре после получения его обширного за­ ключения, когда еще не была полностью закончена от­ делка подстанций первой очереди, оказалось необходи­ мым начать работы по удвоению их мощности. Такое положение было вообще характерным и превратилось

вобычную практику развития энергетических установок

вСССР: к моменту окончания строительства крупных электростанций или подстанций обычно уже ставился вопрос о дальнейшем увеличении их мощности.

Советская техническая мысль уже в 30-е годы рабо­ тала над дальнейшей перспективой электрификации всей страны путем создания единой высоковольтной се­ ти. Эти проектные проработки имели большое значение для того, чтобы правильно наметить пути осуществле­ ния электрификации всей промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта при наиболее рациональ­ ном использовании энергоресурсов страны.

2. Автоматизация и телеуправление — техническая основа создания объединенных энергосистем

Универсальность электрической энергии и ее исклю­ чительная транспортабельность определили возможность соединения друг с другом отдельных мощных генериру­ ющих источников электрической энергии и создания в конечном счете единой энергетической системы.

Необходимость распределения электрической энер­ гии среди большого количества потребителей, зачастую значительно удаленных от источников энергии, объеди­ нение электростанций на параллельную работу — все это наложило существенный отпечаток на характер и направление развития электрической части электро­ станций и подстанций.

Под электрической частью электростанций и под­ станций понимают обычно совокупность электрических машин и аппаратов, служащих непосредственно для

175

выработки электрической энергии (генераторы), изме­ нения напряжения (трансформаторы) или рода тока (выпрямители), соединения станции или подстанции с линиями, идущими к потребителям или другим энерге­ тическим установкам (распределительные устройства), управления оборудованием электростанции (щиты уп­ равления, аппаратура регулирования, автоматики и те­ лемеханики), защиты от ненормальных режимов или повреждений (релейная защита), а также для питания электроэнергией различных вспомогательных устройств станции и подстанции (установки собственных нужд).

Совместная работа всех звеньев энергетических си­ стем практически осуществляется именно через элек­ трическую часть энергетических установок.

Основным элементом электрической части является распределительное устройство, в котором устанавли­ ваются силовые выключатели, служащие для соедине­ ния между собой генераторов, трансформаторов и ли­ ний электропередачи и для быстрого отключения их при авариях, а также различные вспомогательные аппараты. Так как на станции или подстанции обычно имеется большое количество отходящих линий, то их соединение с генераторами и трансформаторами осу­ ществляется через так называемые сборные шины — установленные (или подвешенные) на изоляторах про­ водники, к которым и присоединяется, обычно через си­ ловой выключатель, каждая воздушная или кабельная линия, каждый генератор или трансформатор.

Распределительные устройства для напряжений 6 тыс. я 10 тыс. в обычно размещаются в закрытых поме-'

Генераторы, непосредственно соединенные с паровы­ ми или водяными турбинами, располагаются чаще все­ го в специальных машинных зданиях; в последнее вре­ мя, как уже указывалось, на отдельных электростанци­ ях начали применять открытую установку генераторных агрегатов. Щиты управления всегда устанавливаются в закрытых помещениях, причем в непосредственной бли­ зости от главного щита управления размещаются уст­ ройства релейной защиты, панели собственных нужд, а также аппаратура связи, автоматики и телемеханики.

176

Уже выполнение плана ГОЭЛРО потребовало новых технических решений в проектировании и осуществле­ нии электрической части станции и подстанции; еще более высокие требования к этой части были предъяв­ лены дальнейшим бурным ростом советской энергетики.

Если в дореволюционной России установки напря­ жением 35 кв насчитывались единицами и только одна линия от ГРЭС «Электропередача» до Москвы имела более высокое напряжение, то в восстановительный период и в первые годы индустриализации страны ши­ рокое применение нашли электрические установки на­ пряжением 35 и ПО кв. Практически вся электрифика­ ция страны в части сетей высокого напряжения велась на трех напряжениях: 6, 35 и ПО кв. Только для рас­ ширения имевшихся установок в виде исключения при­ менялись напряжения 2 и 20 кв. Ограничение шкалы напряжения этими немногими значениями существенно облегчило развитие отечественного электроаппаратостроения.

Большая работа была проведена по составлению новых электротехнических правил и норм. Немногие правила, существовавшие в России до Великой Октя­ брьской социалистической революции, устарели, так как охватывали лишь небольшие устройства, являв­ шиеся в новых условиях весьма примитивными. Уже к 1925 г. список новых электротехнических правил и норм включал 122 наименования.

Проектные работы по электростанциям, сетям и подстанциям велись как в проектных отделах управле­ ний отдельных строительств и молодых энергосистем, так и в созданных в 30-е годы специальных проектных организациях.

На первых этапах развития энергетики каждая электростанция и подстанция проектировались индиви­ дуально; естественно, что в ту пору, при сравнительно небольшом количестве строившихся энергетических установок, не было необходимости разрабатывать для них одинаковые типовые конструкции. Однако принци­ пиальные решения были для большей части электро­ станций и подстанций в основном одни и те же. Так, в распределительных устройствах высокого напряжения широкое распространение получили схемы с двумя си­ стемами сборных шин, обеспечивающие достаточную

маневренность при различных режимах работы энерге­ тической системы и очень удобные с точки зрения раз­ вития распределительного устройства.

Для электростанций, удаленных от потребителей и выдававших свою энергию в основном на повышенном напряжении, начали применяться схемы непосредствен­ ного соединения генератора с трансформатором без сборных шин генераторного напряжения. ■

Конструкции распределительных устройств были весьма разнообразны. Для закрытых распределитель­ ных устройств при напряжении до 35 кв применялись конструкции с установкой выключателей в специальных железобетонных взрывных камерах. Это объяснялось недостаточной надежностью масляных выключателей, которые в ряде случаев взрывались во время отключе­ ния при тяжелых авариях.

При сооружении уже первых распределительных устройств ПО кв широкое распространение получили распределительные устройства открытого типа с под­ веской шин и всех соединений на металлических кон­ струкциях и с расположением всей аппаратуры высокого напряжения на открытом воздухе. Этот тип распре­ делительных устройств получил в последующем наибо­ лее широкое применение и для более высоких напряже­ ний. Следует отметить, что общий технический уровень проектирования и выполнения электрической части советских энергосистем уже в первые годы их создания в целом не уступал зарубежному.

Уже в период первых трех пятилеток бурное разви­ тие энергетики и все увеличивавшиеся масштабы строи­ тельства привели к необходимости применения типовых проектов электростанций, подстанций и их отдельных элементов, так как только этим путем можно было обеспечить своевременную выдачу чертежей для строи­ тельства десятков электростанций и сотен подстанций. Были разработаны не только типовые схемы электриче­ ских соединений, но и конструкции распределительных устройств. Типизация охватила как установку различ­ ных видов электрической аппаратуры, так и конструк­ ции самих распределительных устройств и строитель­ ную часть энергетических сооружений.

В годы первых пятилеток в СССР были проведены широкие теоретические и экспериментальные исследо­

178

вания по вопросам регулирования, обеспечения устойчи­ вости параллельной работы, по релейной защите, кото­ рые позволили осуществить высокий технический уровень эксплуатации энергосистем. Если до 1934— 1935 гг. в советских энергосистемах наблюдались тяже­ лые аварии из-за нарушения необходимых условий устойчивой параллельной работы электростанций, то в последующем благодаря проведению ряда соответствую­ щих мероприятий таких аварий почти не было.

С 30-х годов развернулись работы по исследованию перенапряжений и по защите электроустановок высоко­ го напряжения от грозовых разрядов. В результате всех этих исследований были разработаны соответствующие указания, а также было организовано производство необходимой защитной аппаратуры.

Как уже отмечалось выше, в последние годы про­ ектными институтами Министерства строительства электростанций был разработан ряд мероприятий, на­ правленных на сокращение сроков строительства, на снижение стоимости энергетических объектов.

В электрической части рекомендовано более широ­ кое применение упрощенных схем электрических соеди­ нений; были проведены пересмотр правил и норм с целью ликвидации излишних запасов и обеспечения более рационального использования материалов, облег­ чение и упрощение конструкций распределительных устройств и линий электропередачи (применение мало­ габаритных изоляторов, металлических и железобетон­ ных опор на оттяжках, ограничение применения грозо­ защитных тросов, использование арматуры железобе­ тонных фундаментов в качестве заземлителей и др;).

На электростанциях и подстанциях рекомендуется прежде всего установка агрегатов и трансформаторов максимально возможной мощности с учетом как пер­ спективы расширения данной станции или подстанции, так и развития энергетической системы. На подстанци­ ях целесообразно устанавливать минимальное количест­ во трансформаторов, причем дальнейшее развитие под­ станций эффективно может быть осуществлено путем замены действующих трансформаторов на более мощ­ ные без установки дополнительных.

Схема электрических соединений должна проектиро­ ваться не отдельно для каждой электростанции или

подстанции, а решаться в комплексе для целого района энергосистемы, так как ряд вопросов — резервирования, изменения режима работы той или иной установки — может быть правильно решен только с учетом условий

ееработы как элемента энергетической системы.

Для удешевления строительной части электростан­

ций и подстанций рекомендуется располагать аппара­ туру релейной защиты и измерительные приборы по возможности в непосредственной близости от соответ­ ствующих машин и аппаратов. Благодаря этому на гидроэлектростанциях и подстанциях малой и средней мощности, работающих при автоматическом управле­ нии, отпадает необходимость сооружения отдельных помещений для щитов управления.

Для напряжений до 10 кв вместо применявшихся ра­ нее закрытых распределительных устройств с железо­ бетонными ячейками находят теперь самое широкое применение комплектные распределительные устройства заводского изготовления как для внутренней, так и для наружной установки.

Только в том случае, если промышленность не про­ изводит комплектных распределительных устройств за­ водского типа с необходимыми характеристиками, в мастерских монтажных организаций изготовляются сборные распределительные устройства, позволяющие также свести монтаж на месте к простой установке го­ товых, заранее собранных ячеек.

На крупнейших электростанциях и подстанциях все более широкое применение находят напряжения 400 и 500 кв, при которых работают самые мощные дальние линии электропередачи — основные магистрали, связы­

вающие энергосистемы крупных экономических райо­ нов.

Внедрение новых технических решений по электри­ ческой части электростанций и подстанций в практику проектирования и строительства обеспечивает значи­ тельный экономический эффект. Так, например, приме­ нение на строящейся Нурекской ГЭС на реке Вахше в Таджикистане схемы непосредственного соединения трансформаторов с линиями электропередачи позволит вообще^ отказаться от установки дорогих выключа­ телей 500 кв и сократить стоимость устанавливаемого на этой ГЭС оборудования 500 кв по сравнению с пер­

180

воначальным проектом в 4 раза. Применение на строя­ щейся Братской ГЭС схемы соединения двух генерато­ ров мощностью по 225 тыс. кет с одной группой повы­ шающих трансформаторов 500 кв вместо установки для каждого генератора отдельного трансформатора, как это

Использование упрощенных схем электрических со­ единений, а также усовершенствованных строительных конструкций на подстанциях и в распределительных устройствах электростанций позволило снизить стои­ мость строительной части на 15—25%•

Огромная роль в развитии энергосистем принадле­ жит автоматике и телемеханике.

Последние десятилетия вообще характеризуются ин­ тенсивным проникновением автоматизации во все от­ расли народного хозяйства. При этом если первые попытки автоматизации отдельных процессов были направлены на вытеснение ручного управления, то по мере развития теории и практики автоматизации вы­ яснилось, что автоматические устройства в ряде слу­ чаев могут не только полностью заменить человека, управляющего той или иной производственной операци­ ей, но и обеспечить такое совершенное и быстрое про­ ведение этого процесса, какое не может выполнить са­ мый квалифицированный оператор-человек.

В тесной связи с автоматизацией производственных процессов находится и техника управления ими на рас­ стоянии, т. е. телемеханизация управления. Совместное использование средств автоматики и телемеханики поз­ воляет организовать работу отдельных установок, нахо­ дящихся иногда на весьма значительном удалении друг от друга, как единого целого. Современные энергети­ ческие системы и являются наглядным примером такой совместной работы сложного комплекса энергетических установок.

Внедрение автоматики в энергетическое хозяйство нашей страны началось прежде всего на гидроэлектро­ станциях и электрических подстанциях. Так, в 1934— 1938 гг. на канале им. Москвы творческими усилиями работников строительства, а также заводов ЛМЗ, «Электросила», ХЭМЗ и др. были запроектированы и

181