1.3 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ЗА РУБЕЖОМ

В течение ряда последних десятилетий внимание энергетических компаний и производителей электротехнического и энергетического оборудования за рубежом было сфокусировано прежде всего на разви¬тии генерирующего комплекса. Строительству магистральных и распре-делительных сетей уделялось меньшее внимание. Для примера могут быть приведены данные по структуре капиталовложений в развитии электроэнергетики США. Так, если по принятой в США структуре ин-вестиций в отрасли на долю «передача и распределение электроэнер¬гии» в середине 1970-х годов приходилось 30–32 % общих затрат, то в конце 1990-х годов ситуация стала меняться, и эта составляющая воз¬росла до 45–47 %. Несмотря на отмеченный рост, в правительственном докладе «Национальная энергетическая политика США» (май 2001 г.) отмечено, что «...ограниченная пропускная способность связей не по¬зволяет в общем случае заменить производство электроэнергии пере¬дачей мощности и электроэнергии из «избыточных регионов» и пре¬пятствует повышению надежности электроснабжения потребителей и дальнейшему развитию бизнеса». Выводом доклада явилось подтверж¬дение необходимости строительства новых магистральных линий элек¬тропередачи. Такая же тенденция имеет место и в европейских странах.
Основным техническим параметром, определяющим достигнутый уровень развития электросетевого хозяйства страны, является шкала используемых номинальных напряжений. Сроки освоения отдельных номинальных напряжений в отечественной и зарубежной практике раз-вития энергосистем приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4
Освоение отдельных номинальных напряжений электрической сети

Класс напряжения, кВ

Год ввода первых ВЛ

Наименование первой линии электропередачи, страна

 

В мире

в СССР

 

110-156

1911

 

Лаухаммер – Риза (Германия)

 

 

1922

Каширская ГРЭС – Москва

220-287

1929

 

Браувейлер – Хоэнекк (Германия)

 

 

1933

Свирская ГЭС – Ленинград

330-345

1932

 

ГЭС Боддер ДАМ - Лос-Анджелес (США)

 

 

1959

Прибалтийская ГРЭС – Рига

400-500

1952

 

Харспрангет – Хальсберг (Швеция)

 

 

1956

Куйбышевская ГЭС – Москва

500

1959

1959

Волгоградская ГЭС – Москва

735-765

1965

 

Маникуаган – Монреаль (Канада)

 

 

 

1967

Конаковская ГРЭС - Белый Раст

 

1150

 

1984

Экибастуз – Кокчетав

 

1000

1993

 

АЭС Касивадзаки–Карива – район Токио (Япония)

 

Высшим напряжением основной электрической сети переменного тока стран Европы является напряжение 750 кВ, которое получило боль-шое развитие в энергосистеме Украины и частично в Польше и Венг¬рии, где имеются концевые участки межгосударственных электропере¬дач от энергосистемы Украины.
Высшим напряжением основной электрической сети энергосистем большинства стран Европы на уровне 2004 г. являлось 380–420 кВ. Сети этого напряжения в последние годы развивались наиболее высокими темпами. При этом сети 220–275 кВ, ранее являвшиеся основными, продолжают эксплуатироваться в условиях ограниченного развития: к этим сетям не присоединяются новые генерирующие мощности, а в отдельных случаях ВЛ этого класса напряжения используются в сети 110–150 кВ до полного физического износа.
Для распределительной сети высокого напряжения в энергосисте¬мах европейских стран используются напряжения 110 (115)–132–150 кВ. Вытеснение промежуточных напряжений характерно и для распре-делительных сетей на низшей ступени распределения электроэнергии (33–35, 66 кВ). Основной шкалой трансформации мощности в странах Европы становится 380-420/110-150/10-20 кВ, при которой шаг шкалы напряжения становится выше двух, что характерно для энергосис¬тем, где идет процесс электрификации «вглубь».
Основная системообразующая сеть энергосистем стран Европы, как правило, строится с использованием двухцепных, а в отдельных случа¬ях и четырехцепных ВЛ с обеспечением двухстороннего питания. В этих условиях даже при достаточно тяжелом виде аварийного повреждения – одновременном отключении двух цепей – питание узловых подстан¬ций сохраняется. Узловые ПС с высшим напряжением 380–420 кВ ос¬нащаются двумя – четырьмя трансформаторами.
В распределительных сетях, как правило, применяются резервиро-ванные схемы с широким использованием двухцепных ВЛ, кабельных сетей (в городах), двухтрансформаторных подстанций. Мощность ПС П0-150/НН кВ 2x20 - 2x80 МВ-А.
В электрических сетях энергосистем Европы широко использу¬ется элегазовое оборудование, комплектные распределительные ус¬тройства (КРУ) с элегазовым оборудованием (КРУЭ), маслонаполненные кабели и кабели с синтетическим покрытием, а в последние годы – кабели с изоляцией из сшитого полиэтилена, комплектные батареи статических конденсаторов и др. Некоторые характерные примеры прокладок кабельных линий (КЛ) СВН на территории крупнейших городов Европы, осуществленных в последние годы, приведены ниже. Так, в Лондоне электросетевая компания National Grid в 2004 г. ведет сооружение КЛ 420 кВ, связывающей электро¬станцию St. John Wood с подстанцией Elstree. Сечение кабеля – 2500 мм2, расчетный ток – 3700 А.
В Берлине энергокомпанией Bewag осуществлено строительство воздушно-кабельной передачи 380 кВ, основным назначением кото¬рой является создание надежной системы внешнего электроснабже¬ния центральной части города на дальнюю перспективу. Другим на¬значением кабельной электропередачи является усиление связи 380 кВ района Берлина с основной сетью энергосистем стран Центральной Европы, поскольку сооруженная линия является элементом основной сети UCPTE.
В настоящее время европейскими производителями кабельной продукции разработаны, испытаны и созданы промышленные об¬разцы кабеля СВН рекордной пропускной способности напряже¬нием:
до 1000 кВ (маслонаполненный, с поперечным сечением токоведущей части 2500 мм2, имеющей пропускную способность до 3 млн.. кВт);
до 500 кВ (с изоляцией из сшитого полиэтилена (XLPE) с попереч-ным сечением токоведущей части 2500 мм2, пропускная способность 1,9 млн. кВт). Кабели этого типа находят все более широкое примене¬ние.
Среди энергосистем Азии передовые позиции в мире занимают энергосистемы Токио и Южной Кореи.
Надолго столичной энергокомпании Японии (ТЕРСО) приходится треть всех абонентов страны, потребляющих треть всей реализуемой в стране электроэнергии. По объему производства электроэнергии и ус-тановленной мощности электростанций ТЕРСО превышает масштабы развития электроэнергетики таких стран, как Италия, Южная Корея, Канада и др., а также крупнейших энергосистем мира (энергокомпа¬нии штатов Нью-Йорк и Техас США и др.).
В электрической сети переменного тока (50 Гц) используется шкала напряжений 500–275–154–66 кВ. Протяженность воздушных и кабель¬ных линий электропередачи ТЕРСО, а также установленные мощности подстанций отдельных напряжений приведены в табл. 1.5.
Таблица 1.5
Показатели развития электрических сетей ТЕРСО

Напря­жении сети, кВ

Протяженность линий электропередачи, км

Число подстан­ций, шт.

Установ­ленная мощ­ность, МВ-А

Воздушные

Кабельные

Водно-цепном исчисле­нии

По трассе

Водно-цепном исчис­лении

По трассе

500

4054

2216

-

-

19

75790

275

2484

1275

952

350

44

54880

154

6287

3102

783

302

164

45140

66

15044

7825

5657

2999

1271

61788

Ниже 66 кВ

373

306

1854

1378

Отчетные данные по развитию электрических сетей позволяют от-метить ряд характерных особенностей технической политики ТЕРСО.
В распределительных и магистральных ВЛ высокого напряжения преимущественно используются двухцепные, а в ряде случаев и многоцепные линии. Так, практически все ВЛ 500 кВ имеют двухцепное ис¬полнение. Нередки случаи, когда на одной опоре подвешено 4–5 цепей разного напряжения. При сооружении КЛ нередко в одной траншее прокладывают 2–3 КЛ. Указанное объясняется стремлением максималь¬но использовать выделенную трассу.
Широко используются КЛ. Так, если для энергокомпаний всей стра-ны доля протяженности КЛ от общей на уровне 2000 г. составила 10,9 %, то для ТЕРСО - 24,7 %, а для Токио - 89,3 %.
Высокий уровень токов коротких замыканий (КЗ) является след-ствием сосредоточения на территории, обслуживаемой ТЕРСО, боль¬шой установленной мощности электростанций, а также значительной «плотности» электрической сети, при которой линии электропередачи не создают значительных реактансов, ограничивающих уровень токов КЗ. Указанная особенность определила широкое применение «тяжелых» выключателей, рассчитанных на 63 кА.
Помимо обычных требований к электротехническому оборудова¬нию (надежность, удобство эксплуатации, достаточный ресурс и др.) очень важным является требование минимизации размеров, относяще¬еся как к коммутационной аппаратуре, так и к силовым трансформато¬рам напряжением до 500 кВ включительно. Это требование продикто¬вано условиями сооружения закрытых и подземных подстанций в То¬кийском мегаполисе. Такой крупнейшей полуподземной подстанцией будет ПС 500 кВ Shin-Toyosu. Подстанция имеет пять этажей, из которых один этаж располагается над землей. На площади 16 тыс. м2 уста¬навливаются две группы AT 500/275 кВ мощностью 1500 МВА, два шунтирующих реактора (ШР) по 300 Мвар, 10 ячеек КРУЭ 500 и 275 кВ. Выключатели 500 кВ приняты с одним разрывом; питающие КЛ 500 кВ приняты с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Важное значение в электрических сетях ТЕРСО придается монито-рингу состояния оборудования, что позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях возникновения и контролировать динамику их разви¬тия.
Электроснабжение такого крупного мегаполиса, как Токио, – слож-ная техническая задача. Опорная сеть города формируется и развивает¬ся с использованием самых высших напряжений электрической сети: 275–500–1000 кВ. Надстройкой к сети 275 кВ явились первые объекты 500 кВ, ввод которых в работу был осуществлен в 1960-е годы. В 2003 г. потребители Токио получали электроэнергию от 11 ПС 500 кВ, в стадии строительства находится еще одна ПС этого напряжения. Трудности с новыми трассами ВЛ 500 кВ постоянно возрастают, и уже в 1970-х годах была выявлена целесообразность создания передающих систем на на¬пряжении 1000 кВ.
В конце 1980-х годов было начато строительство ВЛ кольцевой сети напряжением 1000 кВ. В отчетном году в работе находился двухцепный транзит 1000 кВ АЭС Касивадзаки Карива – ПС Ниши Гунма – ПС Син Имахи – ПС Минами Иваки (северная часть кольцевой сети). На ВЛ 1000 кВ использована конструкция фазы из восьми сталеалюминевых проводов сечением 810 мм2. С целью снижения шума от работающих ВЛ (корона) на отдельных участках использовано сечение 960 мм2х8. На части ВЛ, временно работающих на напряжении 500 кВ, подвешена половина токоведущей части (810 мм2х4). На отдельных ВЛ 1000 кВ сред¬няя высота двухцепных опор составила 97–120 м, а длина пролетов – 550-650 м.
Энергокомпания Южной Кореи (КЕРСО) занимает передовые по-зиции в развитии электроэнергетики Азии. Основное направление раз-вития сетевого хозяйства страны и формирование основной сети энер-госистемы в последние десятилетия осуществлялось с использованием номинального напряжения 345 кВ, получившего значительное разви¬тие во всех частях страны. В меридиональном направлении общая про-тяженность действующих ВЛ 345 кВ составляет 313 км, т. е. ВЛ пересе-кают всю территорию страны. То же относится к ВЛ 345 кВ, проходя¬щим в широтном направлении.
В значительной мере ВЛ 345 кВ трассируются по предгорным райо-нам и другим территориям, не вовлекаемым в хозяйственную деятель-ность. Получение коридоров для сооружения новых ВЛ высокого на-пряжения весьма затруднено. Это, а также высокие темпы роста спроса на электроэнергию явились основными факторами, определившими введение новой, более высокой ступени напряжения в сети перемен¬ного тока. После проведения соответствующих исследований и проек¬тных разработок было принято номинальное напряжение 765 кВ. Труд¬ности с получением новых трасс определили целесообразность в отдель¬ных случаях сооружения ВЛ 765 кВ по трассе демонтируемых ВЛ 66 кВ, а также использования впервые в мире двухцепных ВЛ 765 кВ. В бли¬жайшем году будет завершено строительство участка двухцепной ВЛ 765 кВ широтного направления. Отправным пунктом электропередачи яв¬ляется крупная угольная ТЭС Дангжин, расположенная на западном побережье страны. Приемный пункт расположен в средней части страны на сооружаемой ПС 765 кВ Син Ансеонг. По трассе ВЛ рас¬положена ПС 765 кВ Син Сеосан. Общая длина электропередачи составляет 178 км.
В 2004 г. переведен на номинальное напряжение ряд ранее постро-енных участков ВЛ 765 кВ, эксплуатация которых в течение несколь¬ких лет осуществлялась на напряжении 345 кВ.
Крупнейшим энергообъединением Северной Америки являются параллельно работающие энергосистемы США, Канады и Мексики. Основу объединения составляет энергетика США. Основные показа¬тели энергообъединения в 2001 г.:
Восток США и Канада: производство электроэнергии – 2950 млрд кВт•ч, максимум нагрузки – 483 ГВт, установленная мощность элект-ростанций – 722 ГВт;
Запад США, Канада и Мексика: производство электроэнергии – 764 млрд кВт•ч, максимум нагрузки – 128 ГВт, установленная мощность электростанций – 158 ГВт.
На начало 2001 г. общая протяженность магистральных линий элек-тропередачи объединения составила 326,4 тыс. км, из них по террито¬рии США – 252,4 тыс. км. К магистральным сетям в США относят ВЛ напряжением 230 кВ и выше.
В энергосистемах США используются две системы напряжений переменного тока: 115-230-500 кВ и 156-345-750 кВ. Первая система напряжений преимущественно используется в восточной части стра¬ны, а вторая – в центральной и западной части. Энергокомпании США не проводят твердой технической политики в области систем напряжений. Весьма распространена трансформация мощности 500/345 кВ. Сеть 750 кВ в последние годы развивается весьма ограниченно. Помимо ВЛ пе-ременного тока в энергосистемах США эксплуатируются свыше 7 тыс. км ВЛ постоянного тока.
Крупнейшей в Южной Америке является энергосистема Аргенти¬ны. Высшее напряжение электрической сети – 500 кВ. По состоянию на начало 2004 г. общая протяженность ВЛ 500 кВ составила около 10 тыс. км, а количество подстанций – 28. Значительному развитию ВЛ 500 кВ способствовала их относительно невысокая удельная стоимость.
Это определяется благоприятными условиями прохождения ВЛ 500 кВ по аргентинской пампе (отсутствие лесов, болот, минимальное коли-чество угловых опор, отсутствие необходимости сооружения дорог для строительства ВЛ и др.).
В 2000 г в работу введена межгосударственная (между Аргентиной и Бразилией) ВЛ 500 кВ пропускной способностью 1000 МВт. На сто¬роне Аргентины линия присоединена к электрической сети с частотой 50 Гц, на стороне Бразилии - 60 Гц. Преобразовательная ПС 50/60 Гц находится в г. Garabi (Бразилия). Номинальная мощность преобразо¬вательной подстанции 2x550 МВт.
В энергосистеме Бразилии для выдачи мощности крупнейшей в мире ГЭС Итайпу (12,6 млн. кВт) используется напряжение 750 кВ, а также передачи постоянного тока (ППТ) высокого напряжения.
В энергосистеме Бразилии намечена реализация трех крупных проектов развития сети 500 кВ (2,9 тыс. км). Общая протяженность ВЛ 500 кВ по стране при этом достигнет 19 тыс. км.
Области применения ППТ носят традиционный характер: транс¬порт электроэнергии на большие расстояния, связь электрических се¬тей с разными номинальными частотами, секционирование сетей энер¬госистем с целью повышения надежности работы объединения, пере¬сечение больших водных пространств. Рекордной в этом отношении будет являться подводная ППТ пропускной способностью 800 МВт меж¬ду побережьем Великобритании и Норвегии протяженностью 724 км. В последние годы значительно возросли масштабы применения ППТ, уве¬личились их номинальные напряжения и пропускные способности. Характеристики наиболее мощных и протяженных электропередач по¬стоянного тока приведены в табл. 1.6.
Таблица 1.6
Характеристика ряда крупных электропередач постоянного тока

Название электропередачи или вставки (страна)

Пропускная способ­ность, МВт

Напряже­ние, кВ

Длина линии, км

 

 

 

 

 

 

 

воздуш-ной

кабель­ной

 

Кабора-Басса (Мозамбик) -Аполло (ЮАР)

1920

±533

2x720

 

 

Инга-Шаба (Заир)

1120

±500

1630

 

 

Норвегия -Дания (через Скагеррак)

1000

± 500

113

127

 

Нельсон Ривер – Виннипег (Канада)

2x1620

±450

2х900

 

 

Бонневиль – Калифорния (США)

1400

400

1362

 

 

Выборг (СССР) - Финлян­дия

1420

±85

 

 

Швеция - Финляндия

500

±200

35

200

Caкумa (Япония)

300

±125

 

 

Шин-Шинано (Япония)

300

±125

 

 

Кингснорт – Лондон

(Ве­ликобритания)

640

±266

 

82