Скачать fb2
Справочник по проектированию электрических сетей

Справочник по проектированию электрических сетей

Аннотация

    Приводятся сведения по проектированию электрических сетей энергосистем, методам технико-экономических расчетов, выбору параметров и схем сетей, данные по электрооборудованию, воздушным и кабельным линиям, по стоимости элементов электрических сетей.
    В настоящем издании учтены последние изменения структуры российской энергетики и требования новых нормативных документов; приведены новые технические данные по кабельным линиям, автотрансформаторам, коммутационным аппаратам и другим видам оборудования, а также уточненные стоимостные показатели объектов сетевого хозяйства; рассмотрены современные подходы к формированию тарифов на электроэнергию.
    Справочник предназначен для инженеров, занятых проектированием и эксплуатацией энергетических систем и электрических сетей, а также для студентов энергетических вузов.


Справочник по проектированию электрических сетей под ред. Д. Л. Файбисовича Издание 4-е, переработанное и дополненное

Предисловие

    Проектирование электроэнергетических систем требует комплексного подхода к выбору и оптимизации схем электрических сетей и технико-экономическому обоснованию решений, определяющих состав, структуру, внешние и внутренние связи, динамику развития, параметры и надежность работы системы в целом и ее отдельных элементов.
    Решение этих задач требует использования большого объема информации, рассредоточенной в различных литературных источниках, нормативных документах, ведомственных инструкциях, а также накопленного десятилетиями отечественного и зарубежного опыта проектирования. Концентрация такого материала в одном издании существенно облегчает работу проектировщика.
    В СССР такую роль успешно выполнял «Справочник по проектированию электроэнергетических систем» под редакцией С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро, выдержавший 3 издания (1971, 1977 и 1985 гг.). Успех книги (3-е издание тиражом 30 000 экземпляров разошлось очень быстро) побудил авторов подготовить в 1990 г. 4-ю редакцию. Однако по не зависящим от них причинам это издание не вышло в свет.
    За прошедшие с тех пор более 20 лет в стране произошли существенные социально-экономические изменения. Образование на территории бывшего СССР ряда самостоятельных государств изменило состав и структуру Единой энергетической системы (ЕЭС) страны. Переход к рыночной экономике коренным образом отразился на электроэнергетике. Значительная часть собственности в отрасли акционирована и приватизирована с сохранением контрольного пакета акций у государства. Создан рынок электроэнергии.
    В этих условиях авторы, принимавшие участие в разработке указанного справочника, сочли необходимым подготовить настоящее издание, ограничившись в нем вопросами проектирования электрических сетей. При этом в основном сохранены структура и наименования разделов. Материал предыдущего издания существенно обновлен, а в ряде разделов — полностью переработан.
    Авторы стремились в сжатой форме привести необходимую информацию по развитию современных электрических сетей, принципиальным методическим вопросам проектирования, стоимостным показателям элементов электрических сетей, а также последние данные по отечественному оборудованию и материалам, применяемым в электроэнергетических системах.
    В настоящем издании учтены последние изменения структуры российской энергетики и требования новых нормативных документов; приведены новые технические данные по кабельным линиям, автотрансформаторам, коммутационным аппаратам и другим видам оборудования, а также уточненные стоимостные показатели объектов сетевого хозяйства; рассмотрены современные подходы к формированию тарифов на электроэнергию.
    Авторы выражают признательность Л. Я. Рудык и Р. М. Фришбергу за полезные предложения.
    Авторы благодарят рецензента к. т. н. В. В. Могирева за ценные замечания, сделанные им при просмотре рукописи.

Раздел 1
Развитие энергетических систем и электрических сетей. Задачи их проектирования

1.1. Развитие энергосистем России

    Начало развития электроэнергетики России связано с разработкой и реализацией плана ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России). Энергетики нашей страны первыми в мире получили опыт широкого государственного планирования целой отрасли промышленности, такой важной и определяющей, как электроэнергетика. Известно, что с плана ГОЭЛРО началось многолетнее планирование развития народного хозяйства в масштабе всей страны, начались первые пятилетки.
    Принципы централизации выработки электроэнергии и концентрации генерирующих мощностей на крупных районных электростанциях обеспечили высокую надежность работы и эффективность энергетического хозяйства страны. Все годы строительства электроэнергетика опережала темпы роста валовой промышленной продукции. Это принципиальное положение и в последующие годы, после завершения плана ГОЭЛРО, продолжало служить генеральным направлением развития электроэнергетики и закладывалось в последующие планы развития народного хозяйства. В 1935 г. (конечный срок выполнения плана ГОЭЛРО) его количественные показатели по развитию основных отраслей промышленности и электроэнергетики были значительно перевыполнены. Так, валовая продукция отдельных отраслей промышленности выросла по сравнению с 1913 г. на 205–228 % против 180–200 %, намеченных планом ГОЭЛРО. Особенно значительным было перевыполнение плана развития электроэнергетики. Вместо намеченного планом сооружения 30 электростанций было построено 40. Уже в 1935 г. по производству электроэнергии СССР перегнал такие экономически развитые страны, как Англия, Франция, Италия, и занял третье место в мире после США и Германии.
    Динамика развития электроэнергетической базы СССР, а с 1991 г. — России, характеризуется данными табл. 1.1 и рис. 1.1.


    Развитие электроэнергетики страны в 1930-е гг. характеризовалось началом формирования энергосистем. Наша страна протянулась с востока на запад на одиннадцать часовых поясов. Соответственно этому в отдельных регионах меняется потребность в электроэнергии и режимы работы электростанций. Эффективнее использовать их мощность, «перекачивая» ее туда, где она необходима в данный момент. Надежность и устойчивость снабжения электроэнергией можно обеспечить лишь при наличии взаимосвязей между электростанциями, т. е. при объединении энергосистем.
    Таблица 1.1

    К 1935 г. в СССР работало шесть энергосистем с годовой выработкой электроэнергии свыше 1 млрд кВтч каждая, в том числе Московская — около 4 млрд кВтч, Ленинградская, Донецкая и Днепровская — более чем по 2 млрд кВтч. Первые энергосистемы были созданы на основе линий электропередачи напряжением 110 кВ, а в Днепровской энергосистеме — напряжением 154 кВ, которое было принято для выдачи мощности Днепровской ГЭС.
    Со следующим этапом развития энергосистем, характеризующимся ростом передаваемой мощности и соединением электрических сетей смежных энергосистем, связано освоение электропередач класса 220 кВ. В 1940 г. для связи двух крупнейших энергосистем Юга страны была сооружена межсистемная линия 220 кВ Донбасс — Днепр.
    Нормальное развитие народного хозяйства страны и его электроэнергетической базы было прервано Великой Отечественной войной 1941–1945 гг. На территории ряда временно оккупированных районов оказались энергосистемы Украины, Северо-Запада, Прибалтики и ряда центральных районов европейской части страны. В результате военных действий производство электроэнергии в стране упало в 1942 г. до 29 млрд кВтч, что существенно уступало предвоенному году. За годы войны было разрушено более 60 крупных электростанций общей установленной мощностью 5,8 млн кВт, что отбросило страну к концу войны на уровень, соответствующий 1934 г.
    Во время войны было организовано первое Объединенное диспетчерское управление (ОДУ). Оно было создано на Урале в 1942 г. для координации работы трех районных энергетических управлений: Свердловэнерго, Пермэнерго и Челябэнерго. Эти энергосистемы работали параллельно по линиям 220 кВ.
    В конце войны и особенно сразу же после ее окончания были развернуты работы по восстановлению и быстрому развитию электроэнергетического хозяйства страны. Так, с 1945 по 1958 г. установленная мощность электростанций увеличилась на 42 млн кВт, или в 4,8 раза. Производство электроэнергии выросло за эти годы в 5,4 раза, а среднегодовой темп прироста производства электроэнергии составил 14 %. Это позволило уже в 1947 г. выйти по производству электрической энергии на первое место в Европе и второе — в мире.
    В начале 1950-х гг. развернулось строительство каскада гидроузлов на Волге. От них протянулись на тысячу и более километров к промышленным районам Центра и Урала линии электропередачи напряжением 500 кВ. Наряду с выдачей мощности двух крупнейших Волжских ГЭС это обеспечило возможность параллельной работы энергосистем Центра, Средней и Нижней Волги и Урала. Так был завершен первый этап создания Единой энергетической системы (ЕЭС) страны. Этот период развития электроэнергетики прежде всего был связан с процессом «электрификации вширь», при котором на первый план выступала необходимость охвата обжитой территории страны сетями централизованного электроснабжения в короткие сроки и при ограниченных капиталовложениях.
    В 1970 г. к Единой энергосистеме европейской части страны была присоединена Объединенная энергосистема (ОЭС) Закавказья, а в 1972 г. — ОЭС Казахстана и отдельные районы Западной Сибири.
    Производство электроэнергии в 1975 г. по стране достигло 1038,6 млрд кВтч и увеличилось по сравнению с 1970 г. в 1,4 раза, что обеспечило высокие темпы развития всех отраслей народного хозяйства. Важным этапом развития ЕЭС явилось присоединение к ней энергосистем Сибири путем ввода в работу в 1977 г. транзита 500 кВ Урал — Казахстан — Сибирь, что способствовало покрытию дефицита электроэнергии в Сибири в условиях маловодных лет, и, с другой стороны, использованию в ЕЭС свободных мощностей сибирских ГЭС. Все это обеспечило более быстрый рост производства и потребления электроэнергии в восточных районах страны для обеспечения развития энергоемких производств территориально-промышленных комплексов, таких как Братский, Усть-Илимский, Красноярский, Саяно-Шушенский и др. За 1960–1980 гг. производство электроэнергии в восточных регионах возросло почти в 6 раз, тогда как в европейской части страны, включая Урал, — в 4,1 раза. С присоединением энергосистем Сибири к ЕЭС работа наиболее крупных электростанций и основных системообразующих линий электропередачи стала управляться из единого пункта. С пульта Центрального диспетчерского управления (ЦДУ) ЕЭС в Москве с помощью разветвленной сети средств диспетчерской связи, автоматики и телемеханики диспетчер может в считанные минуты перебрасывать потоки мощности между энергообъединениями. Это обеспечивает возможность снижения устанавливаемых резервных мощностей.
    Новый этап развития электроэнергетики (так называемая «электрификация вглубь»), связанный с необходимостью обеспечения все возрастающего спроса на электроэнергию, потребовал дальнейшего развития магистральных и распределительных сетей и освоения новых, более высоких ступеней номинальных напряжений и был направлен на повышение надежности электроснабжения существующих и вновь присоединяемых потребителей. Это потребовало совершенствования схем электрических сетей, замены физически изношенного и морально устаревшего оборудования, строительных конструкций и сооружений.
    К 1990 г. электроэнергетика страны получила дальнейшее развитие. Мощности отдельных электростанций достигли около 5 млн кВт. Наибольшую установленную мощность имели Сургутская ГРЭС — 4,8 млн кВт, Курская, Балаковская и Ленинградская АЭС — 4,0 млн кВт, Саяно-Шушенская ГЭС — 6,4 млн кВт.
    Развитие электроэнергетики продолжало идти опережающими темпами. Так, с 1955 г. производство электроэнергии в СССР выросло более чем в 10 раз, в то время как произведенный национальный доход увеличился в 6,2 раза. Установленная мощность электростанций увеличилась с 37,2 млн кВт в 1955 г. до 344 млн кВт в 1990 г. Протяженность электрических сетей напряжением 35 кВ и выше в этот период возросла с 51,5 до 1025 тыс. км, в том числе напряжением 220 кВ и выше — с 5,7 тыс. до 143 тыс. км. Значительным достижением развития электроэнергетики было объединение и организация параллельной работы энергосистем стран — членов СЭВ, общая установленная мощность электростанций которых превысила 400 млн кВт, а электрическая сеть охватила территорию от Берлина до Улан-Батора.
    Электроэнергетика бывшего СССР в течение длительного периода времени развивалась как единый народнохозяйственный комплекс, а ЕЭС страны, являющаяся его частью, обеспечивала межреспубликанские перетоки мощности и электроэнергии. До 1991 г. ЕЭС функционировала как государственная общесоюзная централизованная структура. Образование на территории СССР независимых государств привело к коренному изменению структуры управления и развития электроэнергетики.
    Изменение политических и экономических условий в стране уже в это время стало оказывать серьезное негативное влияние на развитие и функционирование электроэнергетики. Впервые за послевоенные годы в 1991 г. уменьшилась установленная мощность электростанций, снизились выработка и потребление электроэнергии. Ухудшились показатели качества электрической энергии. Возросли потери электроэнергии в электрических сетях, удельные расходы топлива на производство электрической и тепловой энергии. Увеличилось число ограничений и отключений потребителей, существенно снизились поставки электроэнергии в страны Восточной Европы.
    Образование на территории бывшего СССР независимых государств и раздел электроэнергетической собственности между ними привели к коренному изменению структуры управления электроэнергетикой. В этих государствах были созданы собственные органы управления и самостоятельные субъекты хозяйствования в электроэнергетике. Разрушение системы централизованного управления таким сложным единым технологическим объектом, каким была электроэнергетика СССР, поставило задачу скорейшего создания системы скоординированного управления и планирования развития электроэнергетики государств Содружества.
    Для этих целей государства — члены СНГ заключили 14 февраля 1992 г. соглашение «О координации межгосударственных отношений в области электроэнергетики Содружества Независимых Государств», в соответствии с которым был создан Электроэнергетический Совет СНГ и его постоянно работающий орган — Исполнительный комитет. Электроэнергетическим Советом СНГ был принят ряд важных решений, способствующих стабилизации электроэнергетики государств Содружества. Однако преобладание дезинтеграционных процессов в экономике стран СНГ в целом, нарушение сложившихся в ЕЭС принципов координации управления производством и распределением электроэнергии, отсутствие эффективных механизмов совместной работы, неспособность отдельных энергосистем обеспечить поддержание частоты в требуемых диапазонах привели к прекращению параллельной работы между большинством энергосистем, т. е. фактически к распаду ЕЭС бывшего СССР и, соответственно, к потере всех преимуществ, которые она обеспечивала.
    Основные изменения в электроэнергетике России в последующие годы связаны с акционированием объектов электроэнергетики, в результате которого на федеральном уровне было образовано Российское акционерное общество энергетики и электрификации (РАО) «ЕЭС России», на региональном уровне — акционерные общества — АО-энерго и началось создание федерального оптового рынка электроэнергии и мощности.
    Несмотря на тяжелые экономические условия в стране, электроэнергетическая отрасль России продолжала в целом обеспечивать потребности экономики и населения в тепловой и электрической энергии.
    В ЕЭС России не было крупных системных аварий с погашением большого числа потребителей. (Только в 2006 г. подобная авария, затронувшая энергосистемы 12 стран, имела место в Западной Европе.)
    Продолжалось строительство новых энергетических объектов — электростанций и электрических сетей, в первую очередь, в энергодефицитных районах России и в районах, энергоснабжение которых после разделения СССР оказалось зависимым от других государств.
    Установленная мощность электростанций России увеличилась незначительно: с 213,3 млн кВт в 1990 г. до 214,1 млн кВт в 1998 г. В то же время производство электроэнергии за эти годы упало более чем на 23 %: с 1082,1 млрд кВтч в 1990 г. до 827 млрд кВтч в 1998 г. Падение производства электроэнергии с 1990 по 1998 г. оказалось значительно меньшим, чем падение внутреннего валового продукта (ВВП) (более чем на 40 %) и промышленного производства (более чем на 50 %), что привело к существенному росту энергоемкости народного хозяйства. В 1999 г. производство электроэнергии в России впервые с 1990 г. увеличилось и составило 847 млрд кВтч.
    За годы после распада СССР произошло ухудшение экономических показателей работы отрасли — возросли удельный расход условного топлива на отпущенный киловатт-час, потери электроэнергии на ее транспорт, удельная численность персонала, снизились показатели качества электроэнергии и надежность электроснабжения потребителей, а также эффективность использования капитальных вложений.
    За последние 10 лет рост абсолютных и относительных потерь на транспорт электроэнергии в электрических сетях России характеризуется данными рис. 1.2 (относительные потери приведены в процентах от отпуска электроэнергии в сеть).


    Основными причинами снижения экономической эффективности работы отрасли явились проблема неплатежей потребителей за полученную электроэнергию, несовершенство существующих механизмов управления электроэнергетическими предприятиями в новых условиях, а также неурегулированность отношений между странами СНГ в области электроэнергетики. Хотя условия для конкуренции в электроэнергетике России созданы (благодаря акционированию и образованию федерального оптового рынка электроэнергии и мощности, на котором имеется более 100 собственников электроэнергетических объектов), правила эффективной совместной работы различных собственников, обеспечивающие минимизацию затрат на производство, транспорт и распределение электрической энергии в рамках ЕЭС России разработаны не были.
    ЕЭС России охватывает всю обжитую территорию страны от западных границ до Дальнего Востока и является крупнейшим в мире централизованно управляемым энергообъединением. В составе ЕЭС России действует семь ОЭС — Северо-Запада, Центра, Волги, Урала, Юга, Сибири и Востока. В настоящее время параллельно работает шесть первых ОЭС. Общие сведения о структуре ОЭС России приведены в табл. 1.2. Энергосистема Калининградской области Янтарь-энерго отделена от России территорией государств Балтии.
    ОЭС Востока включает Хабаровскэнерго, Амурэнерго и Дальэнерго, а также южный энергорайон Якутии.
    На территории России действует ряд изолированных энергосистем и энергорайонов. Электроснабжение потребителей Таймырского автономного округа осуществляется Таймырэнерго и Норильскэнерго. В зоне Дальнего Востока работают Камчатская, Сахалинская, Якутская и Магаданская энергосистемы. В состав последней входит Чукотскэнерго и Колымэнерго; Якутская энергосистема включает Сахаэнерго.
    Всего на начало 2010 г. на территории России работают 78 энергосистем и энергорайонов, из них в составе ЕЭС России — 69 энергосистем.
    Таблица 1.2

    В кризисный период (1990-е гг.) в стране существенно уменьшился объем потребления электроэнергии. На начало века общее положение в отрасли характеризовалось следующим:
    процесс обновления мощностей практически остановился;
    по технологическим показателям (удельный расход топлива, средний КПД оборудования, рабочая мощность электростанций) российские энергокомпании отставали от своих аналогов в развитых странах;
    отсутствовали стимулы к повышению эффективности режимов производства и потребления электроэнергии;
    в отдельных регионах имели место частые перебои энергоснабжения;
    существовала высокая вероятность крупных аварийных отключений;
    отсутствовала платежная дисциплина;
    доступ на рынок электроэнергии был закрыт для новых независимых участников.
    Отмеченные негативные явления определили необходимость проведения масштабных преобразований в электроэнергетике, которые создали бы стимулы для повышения эффективности работы энергокомпаний и позволили существенно увеличить объем необходимых инвестиций в отрасли. В противном случае при дальнейшем расширении внешнеэкономического сотрудничества российские предприятия проиграли бы экономическое соревнование не только на зарубежных рынках, но и на внутреннем рынке страны. Такие преобразования требуют значительных инвестиций. На развитие отрасли до 2011 г. РАО «ЕЭС России» было запланировано потратить свыше 3 трлн руб. При этом более половины средств должны быть обеспечены новыми отечественными и иностранными инвесторами. Намеченные преобразования в отрасли касаются прежде всего развития генерирующего комплекса страны, на долю которого приходится основная часть необходимых инвестиций.
    По плану реформы, проводимой с 2003 г., электростанции были разделены на три группы. В первую группу входят государственные генерирующие компании, объединяющие все атомные (концерн «Росэнергоатом») и гидростанции (ОАО «Гидро ОГК», с 2008 г. — ОАО «РусГидро»). На долю этих компаний приходится около четверти электроэнергии, поступающей на оптовый рынок.
    Вторая группа — территориальные генерирующие компании (ТГК), главный продукт электростанций которых — тепловая, а не электрическая энергия. Эти электростанции сгруппированы по территориальному принципу.
    Третья часть — генерирующие компании оптового рынка (ОГК) — включают крупные электростанции страны. Эта группа компаний формирует цены на оптовом рынке, где электроэнергию приобретают крупнейшие потребители. Чтобы избежать монополии на производство электроэнергии в отдельных регионах в состав каждой ОГК включены электростанции, расположенные в разных районах страны.
    В 2008 г. закончено формирование целевой структуры всех ОГК и ТГК, в основном завершена организация компании «РусГидро».
    Магистральные электрические сети (напряжением 220 кВ и выше) перешли под контроль Федеральной сетевой компании (ФСК), распределительные сети интегрированы в межрегиональные сетевые компании (МРСК). Функции и активы региональных диспетчерских управлений переданы общероссийскому системному оператору.
    РАО «ЕЭС России» в целом выполнило поставленные задачи по реформированию отрасли и в 2008 г. прекратило свое существование.
    АО-энерго сохраняются только в изолированно работающих энергосистемах страны (Сахалинэнерго, Камчатскэнерго и др.).

1.2. Основные сведения о развитии электрических сетей энергосистем

    Одним из важнейших показателей уровня электроэнергетики страны является развитие электрических сетей — линий электропередачи и подстанций (ПС). От электростанций мощностью в несколько миллионов киловатт каждая протянулись на тысячу и более километров к промышленным центрам линии электропередачи сверхвысокого напряжения (СВН) — 500–750—1150 кВ.
    Общая протяженность воздушных линий электропередачи (ВЛ) напряжением 110 кВ и выше на начало 2010 г. в одноцепном исчислении составила по стране 461,7 тыс. км, а установленная мощность ПС — 691,4 млн кВА, в том числе на отраслевых ПС, обеспечивающих электроснабжение тяговых ПС электрифицированных участков железных дорог, насосных и компрессорных станций нефте-и газопроводов, металлургических заводов и других потребителей электроэнергии, установлено около 100 млн кВА трансформаторной мощности.
    Структура электрической сети и динамика ее роста за последние годы приведена в табл. 1.3. Столь огромное электросетевое хозяйство формировалось и развивалось в соответствии с потребностью народного хозяйства страны в течение многих десятилетий.
    Первая ВЛ напряжением 110 кВ в России была построена в 1922 г. для передачи мощности от Каширской ГРЭС в Москву. С вводом в работу этой ВЛ было положено начало развитию электрической сети страны. Для обеспечения передачи мощности от Нижне-Свирской ГЭС в Ленинград в 1933 г. была введена в работу первая ВЛ 220 кВ. В современном понимании электрические сети начали развиваться высокими темпами только со второй половины 1950-х гг., что связано с завершением работ по восстановлению народного хозяйства после Великой Отечественной войны, устойчивым характером роста спроса на электроэнергию, развитием генерирующего комплекса электроэнергетики и формированием энергосистем.
    В 1956 г. вошла в эксплуатацию первая ВЛ 400 кВ Куйбышевская ГЭС — Москва. С переводом первых электропередач 400 кВ на 500 кВ (1959 г.) был поставлен вопрос о введении промежуточного напряжения между 500 и 220 кВ. Таким напряжением явилось 330 кВ, а первая электропередача этого класса напряжения Прибалтийская ГРЭС — Рига была введена в работу в 1959 г.
    При практической реализации рекомендаций по введению в действующую систему напряжений 110–220—500 кВ промежуточного напряжения — 330 кВ — в электрических сетях нашей страны стали параллельно развиваться две системы напряжений: 110-220-500-1150 кВ и 110-330-750 кВ.
    В электрических сетях большинства энергосистем России принята шкала напряжений 110-220-500-1150 кВ. В ОЭС Северо-Запада и частично в ОЭС Центра используется шкала 110-330-750 кВ. В ОЭС Центра сети 330 и 750 кВ, а в ОЭС Северного Кавказа сети напряжением 330 кВ получили определенное распространение и в перспективе намечены к дальнейшему развитию, как правило, в пределах районов их существующего использования.
    Граница использования указанных систем напряжений в ЕЭС России в течение последних 15 лет постепенно смещалась в восточном направлении. Указанное является следствием использования напряжений 750 и 330 кВ для выдачи мощности Калининской, Смоленской и Курской АЭС, расположенных в зоне стыка двух систем напряжений. Если на начало 1980 г. восточная граница распространения сетей 750 кВ лежала на линии Ленинград — Калинин — Брянск — Курск, то к концу 2000 г. линия разграничения систем напряжений проходила через Санкт-Петербург — Владимир — Михайлов — Курск, т. е. на 200–250 км восточнее.
    Таблица 1.3


    Характерной особенностью отмеченного смещения сетей 750 кВ в восточном направлении является использование этого напряжения для выдачи мощности указанных выше АЭС. Как известно, одним из последствий аварии на Чернобыльской АЭС явился отказ от строительства новых АЭС и доведения до проектной мощности Калининской, Смоленской и Курской АЭС. В связи с этим строительство ряда ВЛ от Смоленской АЭС в габаритах 750 кВ, рассчитанных на использование полной пропускной способности с вводом в работу последующих энергоблоков АЭС, было остановлено, а авансированные капиталовложения оказались «замороженными». Поэтому в перспективный период дальнейшее развитие сетей 750 кВ и их возможное смещение в восточном направлении будет связано с продолжением строительства этих АЭС и доведением ряда действующих АЭС до проектной мощности.
    Смещение сетей 330 кВ в восточном направлении за тот же период носит ограниченный характер, поскольку в прилегающих энергосистемах получила значительное развитие сеть напряжением 220 кВ.
    В условиях использования двух различных систем номинальных напряжений схема сети в зонах стыковки обеих шкал развивается таким образом, чтобы свести к минимуму трансформации 220/330, 330/500 и 500/750 кВ.
    По оценке на начало 2004 г. система 330–750 кВ обеспечивала передачу и распределение около 11 % всей мощности электростанций страны.
    Основу транспортной системы ЕЭС России составляют электрические сети напряжением 500-750-1150 кВ. Общая протяженность ВЛ этих классов напряжений на начало 2010 г. составила 44,6 тыс. км, а установленная трансформаторная мощность ПС этих напряжений — около 119,6 млн кВА.
    Электрические сети 500 кВ эксплуатируются во всех регионах страны и являются основными в ЕЭС России, выполняя системообразующие и межсистемные функции, выдачу мощности крупнейших электростанций (Балаковской АЭС, Сургутской ГРЭС, Саяно-Шушенской ГЭС и др.), электроснабжение крупных нагрузочных узлов сети 220 и 110 кВ и концентрированно расположенных потребителей нефтяной, газовой и металлургической промышленности (ПС БАЗ, Демьянская, Луговая, Липецкая и др.).
    Общие показатели развития электрических сетей 500 кВ на начало 2010 г. характеризуются следующими данными:
    протяженность — 40,18 тыс. км;
    общая установленная мощность ПС — 104,4 млн кВА.
    В 2007 г. введена Транссибирская магистраль 500 кВ Заря — Барабинск — Таврическая (730 км).
    В последние годы выполнено строительство ряда ВЛ и ПС 500 кВ (Западная, Ключи, Емелино, Владивосток, Пересвет и др.), а так же заходы действующих ВЛ на новые ПС; осуществлен перевод на номинальное напряжение ранее построенных ВЛ (Ильково — Луговая, Холмогоры — Тарко-Сале); проведена реконструкция ряда крупных ПС 500 кВ (Бескудниково, Тюмень и др.). Наиболее крупные строящиеся ВЛ 500 кВ (на 1.01.2011 г.): Фроловская — Шахты — Ростов с ПС Ростовская (441 км, 2x501 МВА), Сургутская ГРЭС — ПС магистральная (157 км), Алюминиевая — Абакан-Итат (вторая цепь), Северная — БАЗ (199 км) и др.
    Электрические сети 750 кВ используются в ОЭС Северо-Запада и частично в западной части ОЭС Центра.
    Электропередачи 750 кВ используются как системообразующие, для выдачи мощности крупных электростанций, в первую очередь АЭС рассматриваемых регионов, питания мощных нагрузочных узлов 500 и 330 кВ, а также для связи ЕЭС России с энергосистемами Украины и Белоруссии.
    Общее развитие электрических сетей 750 кВ на начало 2010 г. характеризуется следующими количественными показателями:
    протяженность ВЛ, включая ППТ ± 400 кВ
    Волгоград — Донбасс — 3,6 тыс. км;
    количество ПС — 5;
    установленная мощность автотрансформаторов (АТ) — 15,2 млн кВА.
    В 2005 г. введена в работу ВЛ 750 кВ Калининская АЭС — ПС Белозерская (272 км) и ПС Белозерская 750/500 кВ, 2 × 1251 МВА.
    Электрическая сеть 1150 кВ России состоит из участков межсистемной электропередачи Сибирь — Казахстан — Урал, которые вводились в работу с середины 80-х гг. Основное назначение электропередачи было связано с передачей мощности и электроэнергии из Сибири и Казахстана в ОЭС Урала. С отделением энергосистемы Казахстана от ЕЭС России эту функцию электропередачи следует считать утраченной.
    Общая протяженность ВЛ 1150 кВ по состоянию на начало 2010 г. составила 953 км. Действующие ПС 1150 кВ на территории России отсутствуют, сооруженные ВЛ эксплуатируются на напряжении 500 кВ. Строительство ВЛ 1150 кВ продолжается. Так, в последние годы закончено строительство ВЛ Итат — ПС Алтайская (448 км). Перевод указанной электропередачи на номинальное напряжение будет осуществлен в более поздние сроки.
    В период до 2015 г. планируется начать строительство ВЛ 1150 кВ ПС Алтайская — Омск протяженностью 735 км.
    В 1965 г. в нашей стране была введена в работу ППТ по воздушной биполярной линии Волгоград — Донбасс напряжением ±400 кВ.
    Пропускная способность электропередачи — 720 МВт, протяженность линии — 473 км (по территории России — 376 км). Сечение полюса — 600 х 2, опоры металлические. ППТ Волгоград — Донбасс предназначена для работы в реверсивном режиме. Средняя точка четырехмостовой схемы заземлена наглухо, образуя две полуцепи «полюс — земля» биполярной передачи. Каждая из полуцепей может оставаться в работе при выведенной другой полуцепи в ремонт или по другой причине. В этом случае передача будет работать по униполярной схеме с возвратом тока через землю и со сниженной вдвое мощностью.
    Трудности переходного периода в развитии экономики страны сказались на уровне спада промышленного потребления электроэнергии и, как следствие, на резком сокращении объемов электросетевого строительства всех напряжений. Так, среднегодовые вводы ВЛ 500, 220 и 110 кВ за последние 15 лет по России снизились в 3 раза.
    Одной из основных причин роста повреждаемости ВЛ и оборудования ПС является значительный объем физически и морально устаревшего оборудования, находившегося в эксплуатации. Так, на начало 2010 года износ сетевого хозяйства ФСК ЕЭС в целом составил 50,6 %, в том числе подстанционного оборудования — 60 %, зданий и сооружений — 39 %. Около 40 % оборудования уже выработало свой нормативный ресурс.
    На ПС напряжением 110–220 кВ со сроком службы более 50 лет требуют замены 8,5 млн кВА, из которых более половины подлежит восстановлению. Преодоление дефицита финансовых и материальных ресурсов для проведения реконструкции невозможно без привлечения крупномасштабных инвестиций. В этих условиях стратегия проведения работ по техперевооружению и реконструкции объектов электрических сетей должна учитывать финансовое положение РАО «ЕЭС России» и АО-энерго и строиться в ближайшие годы в направлении продления ресурса оборудования, применения восстановительных технологий. При замене оборудования на ПС рекомендуется ориентироваться на лучшие образцы оборудования, выпускаемого отечественными заводами. Использование оборудования производства иностранных фирм должно относиться к «приоритетным» объектам в случаях отсутствия аналогов в номенклатуре отечественных заводов.
    Продление ресурса оборудования неминуемо скажется на увеличении объема работ по устранению физического и морального износа объектов электрических сетей в будущем.
    Выдача мощности строящихся электростанций, внешнее электроснабжение новых потребителей, проведение реконструкции и технического перевооружения требуют весьма значительного объема электросетевого строительства. Так, в 2010 г. ОАО «ФСК ЕЭС» начало строительство 36 ПС и 40 ВЛ напряжением 110 кВ и выше общей установленной мощностью 7416 МВА протяженностью свыше 5 тыс. км. Затраты на реализацию всех направлений инвестиционной программы ФСК ЕЭС в 2010 г. составили более 170 млрд руб., а всего на период 2010–2012 гг. планируется более 520 млрд руб.
    В 2000-е гг. продолжалось совершенствование организационной структуры электросетевого хозяйства страны. Постановлением Правительства РФ «О реформировании электроэнергетики Российской Федерации» ЕЭС России была признана «общенародным достоянием и гарантией энергетической безопасности» государства. Основной частью ЕЭС «является единая национальная энергетическая сеть, включающая в себя систему магистральных линий электропередачи, объединяющих большинство регионов страны, и представляющая собой один из элементов гарантии целостности государства». Для ее «сохранения и укрепления, обеспечения единства технологического управления и реализации государственной политики в электроэнергетике» было предусмотрено создание Федеральной сетевой компании (ФСК). В последующем постановлении Правительства РФ были утверждены критерии отнесения магистральных линий электропередачи и объектов электросетевого хозяйства к единой национальной (общероссийской) электрической сети (ЕНЭС).
    Для реализации правительственной программы реформирования электроэнергетики в части электросетевого комплекса, относящегося к ЕНЭС, в ноябре 2001 г. Совет директоров ОАО РАО «ЕЭС России» определил этапы создания и основные нормы управления ФСК. В январе 2002 г. Совет директоров ОАО РАО «ЕЭС России» принял решение об учреждении ОАО «Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы» (ОАО «ФСК ЕЭС»). Решениями Совета Директоров было одобрено участие ОАО РАО «ЕЭС России» в качестве единого учредителя ОАО «ФСК ЕЭС» и утверждена кандидатура Председателя Правления ОАО «ФСК ЕЭС», утверждены размеры и стоимость имущества ОАО РАО «ЕЭС России», передаваемого в уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС», одобрена крупная сделка по внесению имущества в уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС». Согласно решениям Совета директоров ОАО РАО «ЕЭС России» уставный капитал ОАО «ФСК ЕЭС» составлял 127 млрд руб. В его оплату ОАО РАО «ЕЭС России» вносились денежные средства, а также электросетевой комплекс, принадлежавший ОАО РАО «ЕЭС России», который включал 140 ПС, линии электропередачи протяженностью более 44 тыс. км, производственные базы, системы технологического управления.
    В июне 2002 г. состоялась официальная государственная регистрация новой компании — ОАО «ФСК ЕЭС», созданной как организация по управлению ЕНЭС с целью ее сохранения и развития. Основными направлениями деятельности ОАО «ФСК ЕЭС» являются:
    управление ЕНЭС;
    предоставление услуг субъектам оптового рынка электрической энергии по передаче электрической энергии и присоединению к электрической сети;
    инвестиционная деятельность в сфере развития ЕНЭС;
    поддержание в надлежащем состоянии электрических сетей;
    технический надзор за состоянием сетевых объектов ЕЭС России.
    К середине октября 2002 г. было завершено первичное формирование ОАО «ФСК ЕЭС». В конце 2003 г. по распоряжению Правительства РФ было создано и зарегистрировано семь (по числу ОЭС) межрегиональных магистральных сетевых компаний (ММСК): Северо-Запада, Центра, Юга, Волги, Урала, Сибири и Востока. В уставные капиталы ММСК переданы сетевые объекты и активы, принадлежавшие АО-энерго и относящиеся к ЕНЭС. Учредители ММСК выступили Российский фонд федерального имущества (85 %) и ОАО «ФСК ЕЭС» (15 %).
    На начало 2010 г. формирование ММСК было практически завершено. Принята окончательная схема формирования ЕНЭС, предусматривающая одноэтапное присоединение ранее созданных магистральных сетевых компаний (МСК) к ОАО «ФСК ЕЭС».
    ММСК являются компаниями, только владеющими магистральными сетями, но не осуществляющими функции эксплуатации и развития сетей. Последнее является прерогативой ОАО «ФСК ЕЭС».
    В соответствии с Федеральным законом «Об электроэнергетике» по объектам, входящим в ЕНЭС, права собственников ограничиваются и передаются «ФСК ЕЭС» как организации, осуществляющей управление ЕНЭС. Концентрация управления всем магистральным сетевым комплексом страны в рамках ФСК ЕЭС создаст условия для обеспечения надежной работы в рыночных условиях, то есть возможность равного доступа к электрической сети, реализации единой стратегии и единых норм развития, нормальное функционирование рынка электроэнергии и проч. Функции и активы региональных диспетчерских управлений (РДУ) переданы общероссийскому системному оператору (ОАО «СО ЕЭС»).
    Протяженность ВЛ по ММСК в процентах от общей длины ВЛ ОАО «ФСК ЕЭС» приведена на рис. 1.3.


    К ЕНЭС относятся следующие магистральные линии электропередачи и объекты электросетевого хозяйства (Постановление Правительства РФ от 26 января 2006 г. № 41).
    1. Линии электропередачи (воздушные и кабельные), проектный номинальный класс напряжения которых составляет 330 кВ и выше.
    2. Линии электропередачи (воздушные и кабельные), проектный номинальный класс напряжения которых составляет 220 кВ:
    обеспечивающие выдачу в сеть энергетической мощности электрических станций, общая установленная мощность каждой из которых составляет не менее 200 МВт;
    обеспечивающие соединение и параллельную работу энергетических систем различных объектов Российской Федерации;
    обеспечивающие выдачу энергетической мощности в узлы электрической нагрузки с присоединенной трансформаторной мощностью не менее 125 МВА;
    непосредственно обеспечивающие соединение указанных линий электропередачи, включая магистральные линии электропередачи с подстанциями, внесенными в уставный фонд Российского открытого акционерного общества энергетики и электрификации «ЕЭС России».
    3. Линии электропередачи, пересекающие государственную границу Российской Федерации.
    4. Линии электропередачи (воздушные и кабельные), проектный номинальный класс напряжения которых составляет 110 (150) кВ и вывод из работы которых приводит к технологическим ограничениям перетока электрической энергии (мощности) по сетям более высокого класса напряжения.
    5. Трансформаторные и иные подстанции, проектный номинальный класс напряжения которых составляет 220 кВ и выше, соединенные с линиями электропередачи, указанными в пунктах 1–3, а также технологическое оборудование, расположенное на их подстанциях, за исключением распределительных устройств электрических станций, входящих в имущественный комплекс генерирующих энергообъектов.
    6. Оборудование распределительных устройств напряжением 110 (150) кВ и связанное с ним вспомогательное оборудование на трансформаторных и иных подстанциях, проектный номинальный класс напряжения которых составляет 110 (150) кВ, обеспечивающие транзитные перетоки электрической энергии по линиям электропередачи напряжением 110 (150) кВ, указанным в пункте 4.
    7. Комплекс оборудования и производственно-технологических объектов, предназначенных для технического обслуживания и эксплуатации указанных объектов электросетевого хозяйства.
    Важным направлением реформирования АО-энерго при их разделении по видам деятельности стало создание системы управления распределительным сетевым комплексом (сети напряжением 110 кВ и ниже).
    Распоряжением Правительства России (декабрь 2007 г.) утверждена следующая конфигурация межрегиональных распределительных сетевых компаний (МРСК): создаются 8 региональных МРСК, а так же самостоятельные компании на базе Мосэнерго, Ленэнерго и Тюменьэнерго.
    Централизация управления распределительным сетевым комплексом позволяет улучшить его управляемость, повышает инвестиционную привлекательность и капитализацию распределительных сетевых компаний.
    Дальнейшее развитие в электроэнергетике страны получает энергорынок, который подразумевает сосуществование нескольких сегментов: долгосрочный сегмент мощности, оптовый рынок электроэнергии и рынок системных услуг (РСУ). Системные услуги предполагают действия генераторов электростанций, направленные на поддержание параметров ЕЭС (например, стабильной частоты в сети) и ее готовности к работе в аварийных условиях. Правила РСУ направлены на первичное и вторичное регулирование частоты, развитие систем противоаварийного управления. Исполнители на РСУ определяются конкурентным отбором по критерию минимальной цены.

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 развитии генерирующего комплекса. Строительству магистральных и распределительных сетей уделялось меньшее внимание. Для примера могут быть приведены данные по структуре капиталовложений в развитие электроэнергетики США. Так, если по принятой в США структуре инвестиций в отрасли на долю «передача и распределение электроэнергии» в середине 1970-х гг. приходилось 30–32 % общих затрат, то в конце 1990-х гг. ситуация стала меняться, и эта составляющая возросла до 45–47 %. Несмотря на отмеченный рост, в правительственном докладе «Национальная энергетическая политика США» (май 2001 г.) отмечено, что «…ограниченная пропускная способность связей не позволяет в общем случае заменить производство электроэнергии передачей мощности и электроэнергии из «избыточных регионов» и препятствует повышению надежности электроснабжения потребителей и дальнейшему развитию бизнеса». Выводом доклада явилось подтверждение необходимости строительства новых магистральных линий электропередачи. 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 развития энергосистем приведены в табл. 1.4.
    Таблица 1.4


    Развитию электрических сетей стран Западной Европы способствуют высокие темпы роста потребления электроэнергии и весьма активный обмен электроэнергией между странами сообщества. Для этих стран весьма различна структура производства электроэнергии (табл. 1.5), что также способствует развитию электрических сетей объединения. Так, в Норвегии 99,3 % электроэнергии вырабатывается на ГЭС и только 0,6 — на ТЭС; во Франции 78 % — на АЭС. Самая большая доля (13 %) возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Дании (ветроэнергетика) и Финляндии (сжигание биомассы и отходов).
    Таблица 1.5


    В Европе происходит активный обмен электроэнергией между странами, иногда составляющий значительную часть производимой в отдельной стране электроэнергии. Через границы государств перетекают примерно 20 % вырабатываемой электроэнергии. В 2002 г. перетоки составляли 551 млрд кВтч электроэнергии, в 2001 г. — 543 млрд кВтч. Самый крупный экспортер — Франция (77 млрд кВтч, или 14 % всего производства в стране), на втором месте — Норвегия (10 млрд кВтч, или 7 %). Больше всего электроэнергии импортирует Италия, купившая за рубежом 50 млрд кВтч (19 % собственного производства), на втором месте — Нидерланды (16 млрд кВтч, или также 19 %). Германия имеет почти нулевое сальдо: экспорт 44 млрд кВт-ч, импорт — 43,9.
    Высшим напряжением основной электрической сети переменного тока стран Европы является напряжение 750 кВ, которое получило большое развитие в энергосистемах Украины и частично Белоруссии, Польши, Венгрии и Болгарии, а также стран Восточной Европы, где имеются концевые участки межгосударственных электропередач от энергосистем России и Украины.
    Высшим напряжением основной электрической сети энергосистем большинства стран Центральной и Западной Европы на уровне 2006 г. являлось 380–420 кВ, законодательно принятое как наивысшее. 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 энергосистемах европейских стран используются напряжения 110 (115) — 132–150 кВ. Вытеснение промежуточных напряжений характерно и для распределительных 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 энергосистем, где идет процесс электрификации «вглубь».
    Основная системообразующая сеть энергосистем стран Европы, как правило, строится с использованием двухцепных, а в отдельных случаях и четырехцепных ВЛ с обеспечением двухстороннего питания. В этих условиях даже при достаточно тяжелом виде аварийного повреждения — одновременном отключении двух цепей — питание узловых подстанций сохраняется. Узловые ПС с высшим напряжением 380–420 кВ оснащаются двумя — четырьмя трансформаторами. В распределительных сетях, как правило, применяются резервированные схемы с широким использованием двухцепных ВЛ, кабельных сетей (в городах), двухтрансформаторных подстанций. Мощность ПС 110–150/НН кВ 2×20 — 2×80 МВ А.
    В электрических сетях энергосистем Европы широко используется элегазовое оборудование, комплектные распределительные устройства (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 электростанцию 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 которой является создание надежной системы внешнего электроснабжения центральной части города на дальнюю перспективу. Другим назначением кабельной электропередачи является усиление связи 380 кВ района Берлина с основной сетью энергосистем стран Центральной Европы, поскольку сооруженная линия является элементом основной сети энергообъединения стран Западной Европы (UCPTE).
    В настоящее время европейскими производителями кабельной продукции разработаны, испытаны и созданы промышленные образцы кабеля СВН рекордной пропускной способности напряжением:
    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 поперечным сечением токоведущей части 2500 мм2, пропускная способность 1,9 млн кВт). Кабели этого типа находят все более широкое применение.
    Среди энергосистем Азии передовые позиции в мире занимают энергосистемы Токио и Южной Кореи.
    На долю столичной энергокомпании Японии (ТЕРСО) приходится треть всех абонентов страны, потребляющих треть всей реализуемой в стране электроэнергии. По объему производства электроэнергии и установленной мощности электростанций ТЕРСО превышает масштабы развития электроэнергетики таких стран, как Италия, Южная Корея, Канада и др., а также крупнейших энергосистем мира (энергокомпании 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 кабельных линий электропередачи ТЕРСО, а также установленные мощности подстанций отдельных напряжений приведены в табл. 1.6.
    Таблица 1.6


    Отчетные данные по развитию электрических сетей позволяют отметить 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 исполнение. 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 максимально использовать выделенную трассу.
    Широко используются КЛ. Так, если для энергокомпаний всей страны 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 следствием сосредоточения на территории, обслуживаемой ТЕРСО, большой 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 оборудованию (надежность, удобство эксплуатации, достаточный ресурс и др.) очень важным является требование минимизации размеров, относящееся как к коммутационной аппаратуре, так и к силовым трансформаторам напряжением до 500 кВ включительно. Это требование продиктовано условиями сооружения закрытых и подземных подстанций в Токийском мегаполисе. Такой крупнейшей полу-подземной подстанцией будет ПС 500 кВ Shin-Toyosu. Подстанция имеет пять этажей, из которых один этаж располагается над землей. На площади 16 тыс. м2 устанавливаются две группы АТ 500/275 кВ мощностью 1500 МВ А, 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 мониторингу состояния оборудования, что позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях возникновения и контролировать динамику их развития.
    Электроснабжение такого крупного мегаполиса, как Токио, — сложная техническая задача. Опорная сеть города формируется и развивается 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 гг. была выявлена целесообразность создания передающих систем на напряжении 1000 кВ.
    В конце 1980-х гг. 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 сталеалюминиевых проводов сечением 810 мм2. С целью снижения шума от работающих ВЛ (корона) на отдельных участках использовано сечение 960 мм2 × 8. На части ВЛ, временно работающих на напряжении 500 кВ, подвешена половина токоведущей части (810 мм2 × 4). На отдельных ВЛ 1000 кВ средняя высота двухцепных опор составила 97-120 м, а длина пролетов — 550–650 м.
    Энергокомпания Южной Кореи (КЕРСО) занимает передовые позиции в развитии электроэнергетики Азии. Основное направление развития сетевого хозяйства страны и формирование основной сети энергосистемы в последние десятилетия осуществлялось с использованием номинального напряжения 345 кВ, получившего значительное развитие во всех частях страны. В меридиональном направлении общая протяженность действующих ВЛ 345 кВ составляет 313 км, т. е. ВЛ пересекают всю территорию страны. То же относится к ВЛ 345 кВ, проходящим в широтном направлении.
    Получение коридоров для сооружения новых ВЛ высокого напряжения весьма затруднено. Это, а также высокие темпы роста спроса на электроэнергию явились основными факторами, определившими введение новой, более высокой ступени напряжения в сети переменного тока: 765 кВ. В отдельных случаях ВЛ 765 кВ сооружаются по трассам демонтируемых ВЛ 66 кВ. Впервые в мире строятся двухцепные ВЛ 765 кВ.
    В 2004 г. переведен на номинальное напряжение ряд ранее построенных участков ВЛ 765 кВ, эксплуатация которых в течение нескольких лет осуществлялась на напряжении 345 кВ.
    В последние годы наблюдается быстрый рост потребления электроэнергии в Китае — втором в мире производителе электроэнергии. Полное потребление электроэнергии в 2004 г. составило 2090 ТВтч, что на 11 % выше, чем в предшествующем году. Общая протяженность ВЛ 110 кВ и выше составила в 2004 г. 598,9 тыс. км в одноцепном исчислении, в т. ч. 220 кВ — 115,2 тыс. км. Основная сеть переменного тока энергосистемы КНР строится с использованием ВЛ номинальных напряжений 330 и 500 кВ, общая протяженность которых составляет 30,9 тыс. км. В настоящее время заканчивается строительство первой электропередачи напряжением 750 кВ Manpig — Lanzhou.
    Дальнейшее развитие получит использование электропередач постоянного тока ±500 кВ, обеспечивающих выдачу мощности ряда строящихся и перспективных ГЭС в основные промышленные центры страны.
    Крупнейшим энергообъединением Северной Америки являются параллельно работающие энергосистемы США, Канады и Мексики. Основу объединения составляет энергетика США. Основные показатели энергообъединения в 2001 г.:
    Восток США и Канада: производство электроэнергии — 2950 млрд кВтч, максимум нагрузки — 483 ГВт, установленная мощность электростанций — 722 ГВт;
    Запад США, Канада и Мексика: производство электроэнергии — 764 млрд кВтч, максимум нагрузки — 128 ГВт, установленная мощность электростанций — 158 ГВт.
    В энергосистемах США используются две системы напряжений переменного тока: 115-230-500 кВ и 156-345-765 кВ. Первая преимущественно используется в восточной части страны, а вторая — в центральной и западной частях. Энергокомпании США не проводят твердой технической политики в области систем напряжений. Весьма распространена трансформация мощности 500/345 кВ. Сеть 765 кВ в последние годы развивается весьма ограниченно.
    В середине текущего десятилетия общая протяженность магистральных линий электропередачи (230 кВ и выше) составила около 330 тыс. км, из них по территории США около 245 тыс. км, в т. ч. напряжением 230 кВ — 116,9 тыс. км, 345 кВ — 79,2, 500 кВ — 41,1, 765 кВ — 3,9, постоянного тока 400–500 кВ — 3,5 тыс. км.
    Высокий уровень развития электрических сетей не исключил в последние годы ряда крупных погашений в энергосистемах США. Анализ аварийных ситуаций показывает, что конфликты между надежностью и коммерческими целями в практике США решаются, как правило, в пользу высокой надежности.
    Крупнейшей в Южной Америке является энергосистема Аргентины. 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 количество 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 стороне 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 преобразовательной подстанции 2 × 550 МВт.
    В энергосистеме Бразилии для выдачи мощности крупнейшей в мире ГЭС Итайпу (12,6 млн кВт) используется напряжение 750 кВ, а также 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: транспорт электроэнергии на большие расстояния, связь электрических сетей с разными номинальными частотами, секционирование сетей энергосистем с целью повышения надежности работы объединения, пересечение больших водных пространств.
    В последние годы техника постоянного тока в электроэнергетике развивается по двум направлениям:
    сооружение ППТ, предназначенных для передачи энергии на достаточно большие расстояния;
    создание так называемых вставок постоянного тока (ВПТ) для связи примыкающих друг к другу систем с различными номинальными частотами или с одной номинальной частотой, но работающих несинхронно с целью обеспечения регулируемых перетоков мощности.
    В зарубежных странах значительно возросли масштабы применения ППТ, увеличились их номинальные напряжения и пропускные способности.
    Широкое распространение постоянного тока стало возможным благодаря созданию в середине 70-х гг. высоковольтных тиристорных вентилей, рассчитанных на большие токи и напряжения.
    Характеристики наиболее мощных и протяженных электропередач постоянного тока приведены в табл. 1.7.
    Таблица 1.7

1.4. Организация проектирования электрических сетей

    Проектирование развития электрических сетей осуществляется в иерархической последовательности и включает в себя выполнение комплекса внестадийных проектных работ, к которым относятся следующие.
    1. Разработка схемы развития ЕЭС и ОЭС. В составе указанных работ задачами проектирования являются обоснование развития основной электрической сети, выбор конфигурации, основных параметров и очередности сооружения основной сети напряжением 500 кВ и выше (ЕЭС) и 220 кВ и выше (ОЭС). Схемы развития ЕЭС и ОЭС разрабатываются, как правило, по заданию ОАО «ФСК ЕЭС» и МЭС.
    2. Разработка схем развития распределительных сетей. Задачами проектирования являются разработка и обоснование развития сети, а также определение очередности строительства отдельных объектов на проектный уровень с учетом перспективы. Схемы разрабатываются по заданию МРСК (или ее филиалов), муниципалитетов, сельских кооперативов и отдельных потребителей электроэнергии.
    3. Разработка схем развития распределительных сетей 110 кВ и выше для сетей энергосистемы в целом или для крупных энергосистем по отдельным сетевым районам (как правило, в границах отдельной области).
    Схемы развития распределительных сетей 110 кВ и выше разрабатываются на основе решений, принятых по схемам развития ОЭС, отдельных сетевых районов или крупных потребителей электроэнергии.
    Разработка схем внешнего электроснабжения объектов народного хозяйства (электрифицируемых участков железных дорог, нефте- и газопроводов, промышленных узлов, отдельных предприятий и др.) ведется в соответствии с намеченными сроками их строительства (расширения, реконструкции) по исходным данным заказчиков работ: РАО «РЖД», проектных институтов отдельных отраслей, акционерных обществ, юридических и физических лиц и др.
    Такая организация проектирования обеспечивает возможность корректировки ранее намеченных планов развития электрических сетей (в той части, в которой они не реализованы) на основе уточненной исходной информации.
    Общие требования по организации проектирования электросетевого объекта изложены в постановлении Правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87. Разъяснения о порядке применения Положения, утвержденного настоящим постановлением, дает Министерство регионального развития РФ. По вопросам, входящим в компетенцию иных федеральных органов исполнительной власти, указанные разъяснения даются по согласованию с федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими функции по выработке государственной политики и нормативно-правовому регулированию в соответствующей сфере.
    Положение устанавливает состав разделов проектной документации и требования к содержанию этих разделов.
    Объекты капитального строительства в зависимости от назначения и характерных признаков подразделяются на объекты производственного назначения (здания, сооружения, ПС и др.), линейные объекты (трубопроводы, дороги, линии электропередачи и др.), а также объекты непроизводственного назначения.
    Проектная подготовка строительства состоит из трех этапов:
    1-й этап — определение цели инвестирования, назначения и мощности объекта строительства, номенклатуры продукции, места (района) размещения объекта с учетом принципиальных требований и условий заказчика (инвестора). В соответствии с принятыми на данном этапе решениями местного органа исполнительной власти заказчик приступает к разработке обоснований инвестиций в строительство;
    2-й этап — разработка «Обоснований инвестиций» в объеме, достаточном для принятия заказчиком (инвестором) решения о целесообразности дальнейшего инвестирования, согласования с исполнительной властью предварительного выбора места размещения объекта и разработки проектной документации;
    3-й этап — разработка, согласование, экспертиза и утверждение проектной документации, получение решения об отводе земельного участка под строительство. Основным проектным документом на строительство объекта является, как правило, проект строительства. На основании утвержденного проекта строительства разрабатывается рабочая документация по объекту.
    Утверждение (одобрение) «Обоснований инвестиций» заказчиком осуществляется на основе заключения государственной экспертизы и решения органа исполнительной власти о согласовании места размещения объекта.
    Материалы «Обоснований инвестиций» могут использоваться заказчиком:
    для проведения социологических исследований, опросов общественного мнения и референдумов о возможности сооружения объекта;
    разработки бизнес-плана, обеспечивающего подтверждение гарантии по кредитам, платежеспособности и финансовой устойчивости предприятия или иного объекта инвестирования в части возможности выполнения обязательств по долгам;
    переговоров с федеральными и местными органами исполнительной власти о предоставлении субсидий, налоговых и иных льгот.

1.5. Содержание проектов развития электрических сетей

    Проект развития электрических сетей выполняется в качестве самостоятельной работы, именуемой «Схемой развития электрической сети энергосистемы» (объединенной, города, промышленного узла и др.), или как составная часть «Схемы развития энергосистемы».
    Как указано выше, проектирование развития электрических сетей энергосистем осуществляется в иерархической последовательности.
    На уровне ЕЭС обосновывается развитие системообразующих связей ЕЭС, включающих в себя связи между отдельными ОЭС и наиболее важные магистрали внутри ОЭС, загрузка которых определяется режимом работы ЕЭС в целом. На уровне проектирования сетей ОЭС осуществляется обоснование развития системообразующих связей ОЭС, включающих сети для выдачи мощности крупных электростанций, межсистемные связи между энергосистемами и наиболее важные внутренние связи энергосистем, загрузка которых определяется режимом работы ОЭС. На уровне развития распределительных сетей 110 кВ осуществляется уточнение развития сетей 220 кВ и выше.
    В процессе проектирования осуществляются взаимный обмен информацией и увязка решений по развитию электрических сетей различных назначений и напряжений.
    При различном составе и объеме задач, решаемых на отдельных этапах проектирования электрических сетей, указанные работы имеют следующее примерное содержание:
    анализ существующей сети энергосистемы (района, города, объекта), включающий ее рассмотрение с точки зрения загрузки, условий регулирования напряжения, выявления «узких» мест в работе;
    определение электрических нагрузок потребителей и составление балансов активной мощности по отдельным подстанциям и энергоузлам, обоснование сооружения новых ПС и ВЛ;
    выбор расчетных режимов работы электростанций (если к рассматриваемой сети присоединены электростанции) и определение загрузки проектируемой электрической сети;
    электрические расчеты различных режимов работы сети и обоснование схемы построения сети на рассматриваемые расчетные уровни; проверочные расчеты статической и динамической устойчивости параллельной работы электростанций (выполняются, как правило, только при проектировании электрических сетей объединенных или достаточно мощных отдельных энергосистем), выявление основных требований к системной противоаварийной автоматике;
    составление баланса реактивной мощности и выявление условий регулирования напряжения в сети, обоснование пунктов размещения компенсирующих устройств (КУ), их типа и мощности;
    расчеты токов КЗ в проектируемой сети (как правило, трехфазных) и установление требований к отключающей способности коммутационной аппаратуры, разработка предложений по ограничению токов КЗ;
    выбор и обоснование количества, мощности и мест установки дугогасящих реакторов для компенсации емкостных токов (как правило, производится для сетей 35 кВ и ниже);
    сводные данные по намеченному объему развития электрической сети, натуральные и стоимостные показатели, очередность развития.
    В соответствии с заданием содержание «Схем…» может уточняться заказчиком за счет включения (или исключения) дополнительных вопросов.
    При нанесении элементов электроэнергетической системы на картографической основе (карта-схема сети) используются условные графические обозначения (табл. 1.8). При этом рекомендуется линии разных номинальных напряжений и ПС 110–220 кВ различать по толщине линии и размеру круга. На демонстрационных картах-схемах дополнительно рекомендуется обозначать сети различных номинальных напряжений разным цветом.
    Таблица 1.8

Раздел 2
Потребление электроэнергии и электрические нагрузки

2.1. Анализ динамики электропотребления

    Народное хозяйство России в период после 1991 г. переживает сложный переходный этап развития, характеризующийся реформированием хозяйственного механизма и преобразованием форм собственности. Критическим годом социально-экономического кризиса России явился 1998 г., когда все отрасли промышленности достигли наименьшего уровня объема выпускаемой продукции. Исключение составили ориентированные на экспорт сырьевые отрасли. Последующий период характеризуется положительными тенденциями развития экономики (табл. 2.1.).
    Абсолютные и удельные показатели ВВП России характеризуют социально-экономический уровень ее развития.
    С 2000 по 2004 г. ВВП в России вырос на 26,3 %, а с 2005 по 2008 г. — на 22,9%
    В 2002 г. по общей величине ВВП Россия занимала девятое место в мире ($ 1235 млрд по ППС[1]), уступая США ($ 8869 млрд), Китаю ($ 5930 млрд), Японии ($ 3045 млрд), Индии ($ 2670 млрд), Германии ($ 1923 млрд), Франции ($ 1376 млрд), Великобритании ($ 1327 млрд) и Италии ($ 1305 млрд).
    По сравнению с развитыми странами структура ВВП по России отличается более низкой долей сферы услуг 35–38 % против 75–80 %, более высокой долей производства товаров (62–65 % против 20–25 %) и более низкой долей расходов в домашнем хозяйстве (50 % против 55–70 %).
    Численность занятых в экономике России за период 2005–2009 гг. медленно увеличивалась, в основном, за счет сферы услуг, так как в промышленности и в сельском хозяйстве она снижалась.
    Производительность труда в экономике России по ВВП увеличивалась несколько медленнее, чем росли величины абсолютного объема ВВП.
    Структура электропотребления по видам экономической деятельности и динамика изменения указанных показателей за период 2005–2009 гг. приведена в табл. 2.2 (по зоне централизованного электроснабжения).
    Таблица 2.1


    В целом в текущем десятилетии на долю промышленного производства приходится 46–47 % общего потребления электроэнергии, в том числе:
    добыча полезных ископаемых — 9,5-10,5 %;
    обрабатывающие производства — 33,5-33,8 %;
    производство и распределение газа, пара и воды — 3,0–3,5 %.
    Крупной составляющей в структуре потребления электроэнергии является коммунально-бытовое потребление и сфера услуг, на долю которых приходится 22,8-23,2 % общего потребления электроэнергии.
    Потребность отрасли «электроэнергетика» (собственные нужды электростанций и потери в сетях) составила в отдельные годы рассматриваемого периода около 18–19 % общего потребления.
    Объем сельскохозяйственного производства в период кризиса 1998 г. сократился весьма значительно. По отношению к уровню 1990 г. объем продукции этой отрасли снизился на 44 %.
    Подъем отрасли начался в 1998 г. и продолжался в рассматриваемый период. Динамика роста продукции сельского хозяйства составила:


    В 2004 г. уровень производства продукции сельского хозяйства России составил 85 % от показателя 1990 г.
    Принятый в 2009 г. Федеральный закон «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» (ноябрь 2009 г.) направлен на стимулирование энергосбережения (постепенное ограничение и запрет на изготовление ламп накаливания, расширение области применения приборов учета расхода энергоресурсов и др.). Полагают, что реализация закона обеспечит существенное сокращение расхода электроэнергии и прежде всего — в коммунально-бытовом секторе.
    Таблица 2.2

2.2. Методы расчета электропотребления и электрических нагрузок

    Определение перспективной потребности в электроэнергии производится с целью составления балансов электроэнергии по энергосистеме и выявления необходимости ввода новых энергоисточников. Определение электрических нагрузок необходимо для решения большинства вопросов, возникающих при проектировании развития энергосистемы, в том числе выбора объема и структуры генерирующих мощностей, напряжения и схемы электрической сети, основного оборудования, расчетов режимов работы сетей.
    Основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой на электростанциях системы, являются промышленность и строительство, сельскохозяйственное производство, электрифицированный транспорт, потребители быта и сферы обслуживания в городах и сельской местности.
    Электроэнергию, расходуемую непосредственно на нужды производства и быта (т. е. полученную потребителем), принято называть полезно расходуемой электроэнергией. Часть вырабатываемой на электростанциях энергии расходуется на СН электростанций и на транспорт по электрическим сетям при передаче электроэнергии от генераторов электростанций к электроприемникам.
    При формировании общего уровня спроса на электроэнергию учитывается возможность и эффективность осуществления в перспективе энергосберегающих мероприятий, а также эффективность внедрения новых технологий.
    Основным методом оценки электропотребления на перспективу является метод прямого счета, основанный на применении укрупненных удельных норм или обобщенных показателей расхода электроэнергии и плановых или прогнозных данных по объемам производства или развития отраслей народного хозяйства.
    При разработке схем внешнего электроснабжения конкретных потребителей — промышленных предприятий, электрифицированных участков железных дорог, компрессорных и насосных станций газопроводов и нефтепроводов и др. — потребность в электроэнергии и максимальной нагрузке принимается по данным заказчика и соответствующих проектных институтов с учетом принятых решений о сроках строительства, финансовых возможностей инвестора, наличия проектной документации и других факторов. Важным источником информации о новых потребителях являются технические условия на присоединение нагрузки, выдаваемые электроснабжающими организациями.
    При решении вопросов развития распределительной сети достаточно данных о максимальных нагрузках потребителей Pmax. Один из наиболее распространенных методов расчета ожидаемой максимальной электрической нагрузки потребителя состоит в использовании данных о его суммарном годовом электропотреблении Агод и продолжительности использования максимальной нагрузки Tmax:
    Pmax = Агод/Тmах. (2.1)
    Используемые методы расчета электрических нагрузок отдельных групп потребителей рассмотрены ниже.

2.3. Электрические нагрузки и потребление электроэнергии в промышленности, на транспорте и в сельскохозяйственном производстве

    При разработке систем электроснабжения промышленных предприятий определение электрических нагрузок должно производиться на всех стадиях проектирования объекта. При предпроектной проработке (схема внешнего электроснабжения) должна определяться результирующая электрическая нагрузка предприятия, позволяющая решать вопросы, связанные с его присоединением к сети энергосистемы. На этой стадии проектирования ожидаемая электрическая нагрузка предприятия может быть определена:
    по фактическому электропотреблению предприятия-аналога;
    значению коэффициента спроса при наличии достоверных данных о суммарной установленной мощности электроприемников;
    удельным показателям электропотребления.
    Потребность в электроэнергии на перспективу для отдельных промышленных предприятий может быть определена:
    для действующих (не реконструируемых и не расширяемых) предприятий — на основании отчетного электропотребления с учетом тенденции его изменения в перспективе;
    вновь сооружаемых или реконструируемых предприятий — по данным специализированных проектных институтов.
    Годовой расход энергии, потребляемой промышленным предприятием, может быть определен по выражению
    Агод = Рр Тmax, (2.2)
    где Рр — математическое ожидание расчетной активной мощности (нагрузки) на границе балансового разграничения с электроснабжающей организацией;
    Tmax — годовое число часов использования максимума активной мощности, определяемое в зависимости от сменности предприятия. Для одно-, двух- и трехсменных предприятий Tmax соответственно рекомендуется принимать 1900, 3600 и 5100, для непрерывного производства — 7650 ч.
    При отсутствии проектных проработок расход электроэнергии, потребляемой предприятием, Агод определяется на основании годового объема выпускаемой продукции М и удельных показатели расхода электроэнергии Ауд. В табл. 2.3 приведены ориентировочные показатели удельного расхода электроэнергии по видам продукции, составленные на основе обобщенных отчетных данных по промышленным предприятиям. Удельные показатели табл. 2.3 характеризуют уровень, достигнутый с помощью внедрения новых и совершенствования существующих технологических процессов, проведения в последнее время политики снижения расхода электроэнергии.
    На изменение промышленного электропотребления в перспективе влияют следующие факторы:
    на увеличение удельных расходов — повышение безопасности и комфортности труда (подземные выработки, шахты), усложнение условий добычи сырья (угледобыча, нефтедобыча), углубление переработки сырьевых продуктов (нефтепереработка), вовлечение в производство ресурсов с низким содержанием ценных компонентов, повышение качества продукции за счет применения электроемких технологий и др.;
    на уменьшение удельных расходов — совершенствование технологий, повышение эффективности использования электроэнергии (черная и цветная металлургия, химия, машиностроение), внедрение мероприятий по экономии электроэнергии.
    Таблица 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3

    Продолжение табл. 2.3