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

сооружены 5 автоматических насосных станций с мощ­ ными вертикальными насосными агрегатами и 7 авто­ матических гидроэлектростанций.

В1938—1940 гг. впервые в СССР осуществлена те­ лемеханизация насосных станций канала им. Москвы, что дало возможность управлять насосными агрегата­ ми с диспетчерского пункта, а в 1943 г. было разрабо­ тано и осуществлено телеуправление с диспетчерского пункта канала мощной электростанцией.

Впериод 1946—1950 гг. проведена автоматизация двух крупных гидроэлектростанций в системе Мосэнер­ го, оборудованных агрегатами мощностью по 55 тыс. кет,

атакже телеуправление ими с центрального диспетчер­ ского пункта на расстоянии более 200 км. В этот же

период была проведена большая работа по автоматиза­ ции и телемеханизации Чирчик-Бозсуйского каскада электростанций в Ташкенте. Высокая степень автома­ тизации и телемеханизации сооружений и оборудования этого каскада, включающего более 10 автоматизиро­ ванных ГЭС, позволила полностью снять с большинства гидроэлектростанций дежурный персонал.

Первым этапом автоматизации гидроэлектростанций явилось внедрение автоматического пуска и остановки отдельных агрегатов. Вместо того чтобы сначала от­ крыть направляющий аппарат турбины, а иногда и расположенный перед нею входной затвор, затем раз­ вернуть агрегат до нормального числа оборотов, син­ хронизировать генератор, включить его в сеть и т. д., как это делалось на станции с ручным управлением, дежурный на щите управления гидроэлектростанции с автоматизированными агрегатами должен нажать толь­ ко на одну кнопку. Впоследствии оказалось целесообраз­ ным передать даже эту функцию дежурного автомати­ ческому устройству, которое не только автоматически равномерно распределяет нагрузку между работающи­ ми агрегатами, но и пускает и останавливает агрегаты в зависимости от имеющегося расхода воды в реке или же от изменения нагрузки энергетической системы.

Современные гидростанции полностью автоматизи­ рованы, причем дежурный персонал сохраняется только на самых мощных ГЭС и на немногих базисных уста­ новках, с которых производится управление другими ГЭС или подстанциями. При этом функции дежурного

182

теперь, при комплексной автоматизации, стали прин­ ципиально иными. Если еще в недалеком прошлом де­ журный должен был прежде всего по указанию дис­ петчера или в соответствии с заданным графиком пускать и останавливать агрегаты, изменять их нагруз­ ку или напряжение, включать и отключать трансфор­ маторы и линии, то теперь его работа сводится в ос­ новном к наблюдению за действием автоматических устройств, которые производят все необходимые опера­ ции лучше, быстрее и точнее, чем самый опытный де­ журный.

Несколько лет назад в энергосистеме Донбасса, ра­ ботавшей, как обычно, параллельно с Днепровской энер­ госистемой, из-за аварии отключилась от сети крупная

4 гидроагрегата работали в режиме синхронных ком­ пенсаторов. В этом режиме вода к турбине не подво­ дится, ее рабочее колесо вращается в воздухе, а гене­ ратор, работая двигателем, отдает в систему реактив­ ную мощность, поддерживая необходимый уровень напряжения в энергосистеме. В момент аварии, естест­ венно, частота в сети стала быстро понижаться и со­ ответствующее автоматическое устройство на Днепро­ гэсе сразу же дало команду на перевод агрегатов, работавших компенсаторами, в режим активной нагруз­ ки. Направляющие аппараты турбин автоматически открылись,и все 4 агрегата один за другим приняли нагрузку. В результате потребители даже не почувст­ вовали, что в системе произошла крупная авария. Весь процесс перевода агрегатов мощностью по 72 тыс. кет из одного режима в другой занял менее 1 мин. Естест­ венно, что ни один дежурный не был бы в состоянии осуществить такой быстрый ввод аварийного резерва.

Благодаря автоматизации резервные агрегаты на гидроэлектростанциях пускаются и включаются в рабо­ ту в такие короткие сроки, какие невозможно осущест­ вить при ручном управлении. Так, например, пуск высо­ конапорного гидроагрегата Храмской ГЭС № 1 мощ­ ностью 37 тыс. кет производится за 40—45 сек.; гигант­ ские машины мощностью по 115 тыс. кет Волжских ГЭС им. Ленина и им. XXII съезда КПСС пускаются в ход и подключаются к сети благодаря автоматическому

183

пуску меньше чем за 2 мин. Включение резервных трансформаторов или линий в распределительных уст­ ройствах тепловых и гидравлических электростанций и подстанций происходит в течение нескольких секунд.

Практически уже в 1952 г. была закончена автома­ тизация всех действующих районных гидроэлектростан­ ций страны, и начиная с этого времени все крупные гидростанции строятся с автоматическим управлением.

Устройства автоматики на современных советских гидроэлектростанциях успешно решают следующие ос­ новные задачи:

—непрерывный контроль за состоянием и режимом работы сооружений, основного оборудования и различ­ ных вспомогательных устройств;

—защита оборудования и сооружений от поврежде­ ний, нарушающих нормальную работу и угрожающих их сохранности;

—повышение эффективности использования водной энергии как за счет уменьшения потерь воды, так и путем повышения среднего к. и. д. работы агрегатов;

—ускорение процессов управления;

—обеспечение высокого качества отпускаемой энер­ гии— поддержание необходимого уровня напряжения в отдельных точках сети и точное регулирование частоты переменного тока.

Автоматический контроль за состоянием оборудова­ ния и сооружений повышает надежность их работы, снижает до минимума и предупреждает возможность развития аварии. При нарушении заданного режима ра­ боты или при возникновении неисправности устройства автоматики либо подают предупредительный сигнал, либо автоматически пускают в ход резервные механиз­ мы или устройства.

В качестве защитных устройств автоматики, обес­ печивающих быстрое выведение из работы поврежден­ ного оборудования и сокращение размеров аварии, по­ мимо обычной релейной защиты, могут быть названы: температурное реле подшипника, обеспечивающее ос­ тановку агрегата при сильном его перегреве; реле ско­ рости течения воды в трубопроводе, которое закрывает входной затвор при повреждении трубопровода; реле скорости агрегата, останавливающее агрегат при чрез­ мерном повышении его скорости.

184

Повышение эффективности использования водной энергии обеспечивается на автоматизированных гидро­ электростанциях несколькими путями.

Во-первых, при правильном распределении нагрузки в энергосистеме агрегаты ГЭС всегда работают с такой мощностью, при которой соблюдается наивыгоднейшее распределение нагрузки между электростанциями раз­ личных видов, имеющимися в данной энергосистеме.

Во-вторых, при любой величине суммарной нагруз­ ки данной ГЭС и любом количестве работающих на ней агрегатов автоматически обеспечивается работа гидротурбин при максимальном значении к. п. д. и под­ держании наибольшего напора, т. е. при наилучшем возможном использовании энергии потока.

В-третьих, благодаря автоматизации устраняются потери, связанные с работой вхолостую различных вспо­ могательных механизмов собственных нужд. Наконец, автоматический пуск агрегата при современном реше­ нии этой задачи, когда почти все отдельные операции совершаются не последовательно, а одновременно, зна­ чительно снижает потери воды на работу агрегата вхо­ лостую при пуске.

В настоящее время считается, что при современном уровне развития автоматики ее применение на гидро­ электростанциях дает увеличение выработки электро­ энергии ГЭС приблизительно на 5% по сравнению с выработкой при ручном управлении.

На советских тепловых электростанциях еще в пер­ вые пятилетки нашли широкое применение устройства теплотехнического контроля. Однако дальнейшее со­ вершенствование тепловых электростанций — основных источников электроснабжения страны и важнейших генерирующих точек подавляющего большинства энер­ госистем настоятельно требовало перехода техники управления ими на более высокую ступень, применения автоматических устройств не только в электрической, но и в тепловой части.

В начале 30-х годов были начаты работы по созда­ нию отечественных систем автоматического регулиро­ вания процесса горения в топке и автоматического ре­ гулирования подачи воды в паровой котел. В 1936 г. были смонтированы на 1-й Московской электростанции опытные регуляторы процесса горения. В это же время

185

Центральным котлотурбинным институтом, а также Всесоюзным теплотехническим институтом были разра­ ботаны различные системы автоматизации питания котлов водой.

Впослевоенные годы автоматизация основных тех­ нологических процессов на тепловых электростанциях получила широкое развитие. По пятилетнему плану на 1946—1950 гг. было намечено охватить автоматизацией процесса горения 35% паровых котлов на районных электростанциях; это задание было значительно пере­ выполнено. Одновременно с регулированием процесса горения начали автоматизировать и процесс приготов­ ления пылевидного твердого топлива. Помимо регули­ рования подачи воды в котел, началась также автома­ тизация регулирования температуры пара, выходящего из пароперегревателя, а также автоматизация различ­ ных вспомогательных устройств.

В50-е годы автоматизация тепловых электростан­ ций успешно развивалась. В «Правилах технической

эксплуатации электростанций и сетей», изданных в 1953 г., уже было предусмотрено обязательное приме­ нение автоматических регуляторов питания для всех паровых котлов производительностью более 20 т/час пара, а для котлов производительностью более 35 т/час— также и автоматических регуляторов процесса горе­ ния и температуры пара. Предусматривалось также обязательное применение автоматического регулиро­

Еще более высокие требования к автоматике тепловых электростанций предусмотрены в новом издании «Пра­ вил технической эксплуатации электростанций и се­ тей» 1961 г.

В директивах XX съезда КПСС по шестому пягилетнему плану по вопросу о внедрении автоматизации на тепловых электростанциях было записано: «Предус­ мотреть осуществление комплексной автоматизации управления на всех тепловых электростанциях, начи­ наемых строительством в шестой пятилетке». Харак­ терно, что в директивах не выделяются только крупные электростанции; устройства автоматики являются те­

перь неотъемлемой частью всех тепловых электростанний.

186

По состоянию на 1 января 1961 г. на тепловых элек­ тростанциях всех энергосистем, находящихся в подчи­ нении энергоуправлений совнархозов, процесс питания паровых котлов водой был автоматизирован на 98,5%,

считая по их суммарной паропроизводительности. Ши­ рокое применение начали находить автоматические устройства для защиты котельных агрегатов — авто­ матическое зажигание мазутных форсунок, защита от подачи излишней воды в котел, от недостатка воды, от понижения температуры перегрева и чрезмерного по­ вышения давления пара.

На многих тепловых электростанциях внедряется автоматизация различных вспомогательных устройств, как, например, автоматизация подачи пара в уплотне­ ния турбин и автоматическое управление насосными установками. На многих паровых турбинах установлены автоматы для разгрузки или отключения при ненор­ мальных значениях давления и температуры пара.

В последние годы начаты также работы по авто­ матизации устройств топливоподачи, что имеет особен­ но большое значение как для повышения надежности работы станции, так и для уменьшения численности персонала.

Внедрение автоматики на тепловых электростанциях приводит не только к уменьшению количества эксплуа­ тационного персонала, но и к изменению его квалифи­ кации. Место кочегара в котельных теперь занял ма­ шинист котла, работа которого все больше и больше сводится к наблюдению за действием автоматических устройств.

Большая работа проведена в последние годы по ав­ томатизации и телемеханизации подстанций. Если в 1950 г. в СССР имелась всего одна телемеханизированная подстанция, а в 1955 г.— 184, то к началу 1961 г. из 2606 подстанций, работающих при напряжении 20 кв и выше, находящихся в ведении энергоуправлений сов­ нархозов, 1359 подстанций (52,1%) работали без по­ стоянного дежурного персонала. Такие устройства ав­ томатики, как автоматическое повторное включение линий, автоматическое включение резервных транс­ форматоров, применяются практически на всех под­

787

станциях. При этом 17% подстанций оборудованы уст­ ройствами телеуправления, на 23% всех подстанций при­ менены различные виды сигнализации на расстоянии.

Проведены широкие работы по телемеханизации центральных диспетчерских пунктов. Из общего числа

по установленной мощности 80,7% всех электростанций. Из 132 районных диспетчерских пунктов телемехани­ зировано 69.

Все шире применяются различные устройства си­ стемной автоматики, позволяющие перейти от автома­ тического управления отдельными электростанциями к комплексной автоматизации энергетических систем. Большая работа ведется по применению для расчетов режимов энергосистем универсальных цифровых вычис­ лительных машин, а также по изготовлению специаль­ ных опытных вычислительных машин типа аналогов.

Применение автоматики и телемеханики не только увеличивает производительность труда эксплуатацион­ ного персонала, но и значительно повышает надежность электроснабжения и ускоряет ликвидацию возникших нарушений нормальной работы. Автоматические уст­ ройства быстро и безошибочно вводят в работу резерв­ ное оборудование при повреждении основных агрега­ тов, повторно включают отключающиеся линии, регу­ лируют частоту и напряжение, а телемеханизация поз­ воляет диспетчеру энергетической системы или сетевого района не только немедленно узнать о возникшем на­ рушении нормальной работы, но и принять необходи­ мые меры по восстановлению нормального питания потребителей без каких-либо переговоров с персона­ лом, т. е. без потери времени.

Телемеханизация нашла широкое применение и в кабельных сетях городов, причем в качестве линий свя­ зи для телемеханических устройств обычно использу­ ются провода существующих городских телефонных се­ тей. Опыт эксплуатации автоматизированных и телемеханизированных кабельных сетей показывает, что телемеханические передачи не вызывают никаких по­ мех в работе телефонной связи.

Экономическая эффективность внедрения устройств автоматики и телемеханики настолько велика, что они

188

Обычно окупаются за 1—2 года. Достаточно сказать, что после телемеханизации городских сетей аварии с недоотпуском энергии в них снизились не менее чем на 70%, а число перерывов в электроснабжении уменьши­ лось на 25%.

Советские энергетические системы оснащены вполне современными видами связи, позволяющими надежно передавать на необходимые расстояния разнообразные команды диспетчеров или автоматических устройств, сигналы о положении оборудования, показания измери­ тельных приборов, а также осуществлять телефонные разговоры. Помимо различных видов проволочной свя­ зи, широко применяется и высокочастотная связь по проводам линий электропередачи, а в отдельных слу­ чаях— и радиорелейная связь.

Достигнутый уровень техники автоматики и теле­ управления в энергетике и ближайшие перспективы его развития несомненно обеспечат работу будущей Еди­

Линии электропередачи высокого и сверхвысокого напряжения являются основными связями как внутри отдельных энергосистем, так и между этими системами. Именно дальние линии электропередачи образуют мощ­ ные объединенные энергосистемы, простирающиеся на тысячи километров как с запада на восток, так и с се­ вера на юг. Сооружение дальних линий электропере­ дачи в нашей стране имеет огромное народнохозяйствен­ ное значение; чем больше развивается наша энергетика, чем ближе мы подходим к созданию Единой энергоси­ стемы СССР, тем большую роль начинают играть в энергетике страны дальние линии электропередачи.

Можно отметить, что на первых этапах объедине­ ния отдельные энергосистемы, расположенные на срав­ нительно небольших расстояниях друг от друга и свя­ занные линиями с небольшой пропускной способностью, так называемыми маневренными связями, образуют объединенную энергосистему, не нуждаясь в сооруже­ нии дальних линий электропередачи большой мощности.

189

Примером таких объединенных энергосистем могут слу­ жить, например, существовавшая до сооружения линий электропередачи Волжская ГЭС им. Ленина—Москва объединенная энергосистема Центра, охватывавшая Московскую, Ивановскую, Ярославскую и Горьковскую энергосистемы, или объединенная энергосистема Юга Европейской части СССР. Подобные примеры имеются и за рубежом — в США и в Европе, где в настоящее время связаны между собой энергосистемы Западной Германии, Франции, Австрии, Швейцарии, Италии,

Голландии, Бельгии и других стран.

В настоящее время в нашей стране объединение энергосистем и создание в ближайшей перспективе Единой энергетической системы Европейской части

СССР, а в несколько более отдаленной — Единой энер­ гетической системы Советского Союза тесно связано с сооружением мощных и сверхмощных дальних линий электропередачи. На огромных просторах нашей Ро­ дины немало таких районов, где соседние энерго­ системы отстоят друг от друга на сотни, а то и на ты­ сячи километров, и объединение их неизбежно требует применения линий весьма высокого напряжения.

Не случайно, что первоначально выбранное для строительства самых мощных линий напряжение 400 кв было очень скоро заменено напряжением 500 кв. А сей­ час уже вполне конкретно ставится задача освоения напряжения переменного тока порядка 750 кв, а на по­ стоянном токе — и еще более высоких напряжений. Ли­ нии же такого высокого напряжения, как 330 кв', а тем более 500 кв и больше экономически невыгодно строить на небольшую пропускную способность.

Кроме того, в нашей стране освоение любого ново­ го района происходит всегда комплексно. Если даже первоначально предполагается, например, построить где-либо в необжитом северном районе мощную гид­ равлическую или тепловую электростанцию для пере­ дачи вырабатываемой ею энергии на большое расстоя­ ние в уже освоенные промышленные районы, то, как правило, вблизи этой электростанции всегда находятся те или иные естественные богатства, возникает новый промышленный комплекс, который, естественно, полу­ чает энергию от этой электростанции. В результате вокруг мощной электростанции возникает своя энерго­

190

система, а линия передачи, идущая к старому промыш­ ленному району, превращается в межсистемную.

Интересно отметить, что быстрые темпы развития промышленности во вновь осваиваемых районах СССР

вызывали у некоторых специалистов мнение о том, что дальние линии передачи вообще постепенно отомрут, так как окажется экономически выгоднее во всех слу­ чаях потреблять электроэнергию на месте ее получения. Однако практика развития энергетических систем по­ казала, что именно дальние линии позволяют создавать мощные объединенные энергосистемы, обеспечивая воз­ можность передачи необходимых количеств энергии.

Развитие промышленности в районе, непосредствен­ но прилегающем к мощной электростанции, приводило лишь к изменению режима работы линий электропере­ дачи. Если при отсутствии местных потребителей мощ­ ность передавалась только в одном направлении — от новой электростанции в существующую систему, то при развитии прилегающего к электростанции района в не­ которых режимах для обеспечения оптимальной работы объединенных систем оказывалось целесообразным пе­ редавать мощность из существующей системы во вновь

ния удаленных источников энергии, в частности белого угля, выдвигалось и такое крайнее решение: чтобы по­ лучить самую низкую возможную стоимость энергии и не иметь потерь при передаче ее на далекие расстоя­ ния, предлагалось использовать по возможности всю мощность и энергию вновь строящейся электростанции на месте, а соединение ее с существующей системой (или системами) предусмотреть лишь маневренного ти­ па для возможности, например, некоторого взаимного резервирования при авариях. При этом считалось, что если проектируется гидроэлектростанция, предназначен­ ная для питания энергоемких потребителей типа алю­ миниевых заводов, имеющих весьма ровный график на­ грузки, то мощность ее может быть выбрана в основ­ ном из расчета питания этого потребителя.

Так, например, когда составлялся эскизный проект Братской ГЭС, то мощность ее при том же напоре по­

191