15.1. От первых электростанций и линий электропередачи к объединенной энергетической системе Украины

Первый опыт использования электрической энергии для общественных нужд на территории Украины имел место в Киеве в 1878 году, когда известный русский инженер А.П. Бородин применил для освещения киевских железнодорожных мастерских четыре электрических светильника. В 1886 году электрические светильники использовались в Киеве уже для освещения сада Шато-де-Флер (ныне территория стадиона «Динамо») и отдельных особняков богатых киевлян. В то же время была сооружена в г. Полтаве первая на территории Украины электрическая станция общего пользования небольшой мощности.

С этого времени на Украине начинают вводить в эксплуатацию электростанции небольшой мощности в городах Екатеринославле (Днепропетровск), Константиновке (Донбасс), Львове и Одессе. Передача электроэнергии от таких электростанций осуществлялась на низком генераторном напряжении воздушными и кабельными линиями простейших конструкций. Однако к 1910 году на территории Украины (в Донбассе) впервые были установлены повышающие силовые трансформаторы и начата эксплуатация первых воздушных линий электропередачи трехфазного переменного тока напряжением 22 кВ.

В 1913 году установленная мощность электростанций Украины составляла всего 304,3 тыс. кВт, годовое производство электроэнергии – 543 млн. кВт·ч, что соответствовало потреблению электроэнергии на одного жителя Украины всего лишь 15 кВт·ч в год. Распределение электростанций по отраслям хозяйства Украины приведено в табл. 15.1.

Как следует из табл. 15.1, подавляющее большинство электростанций функционировало в металлургической и угольной промышленности (более 63%), а электростанции общего пользования были сосредоточены лишь в крупных городах Украины.

В 1916 году наиболее крупной электростанцией была электростанция Александровского завода в г. Екатеринославе, которая имела мощность 14,5 тыс. кВт.

В целом, несмотря на наличие больших запасов топливно-энергетических ресурсов, Украина к 1917 году имела слаборазвитую электроэнергетику.

Электроэнергия использовалась преимущественно в промышленности для привода крупных машин и механизмов, для освещения шахт, цехов, улиц и домов наиболее богатой части населения. Как правило, оборудование электростанций было зарубежным. Электростанции характеризовались очень низкими технико-экономическими показателями: к.п.д. – 11–12%, удельный расход топлива – 1–3 кг на выработанный 1 кВт·ч. Число часов использования максимума нагрузки на наиболее крупных электростанциях составляло 2600–2900 в год, на мелких – 1300–1800 в год, что определялось режимами работы подсоединенного к ней потребителя. Система электрического тока не была стандартизована. Использовался однофазный, трехфазный и постоянный ток. Частота переменного тока также была различной (25, 40, 50 и 52,5 Гц).

Таблица 15.1. Распределение электростанций Украины мощностью свыше 1000 кВт по отраслям хозяйства в 1913 году

Отрасли	Количество электростанций	Общая мощность, тыс. кВт	Удельный вес, в %
Угольные шахты	26	68,2	29,8
Металлургические заводы	19	95,4	41,6
Другие промышленные предприятия	6	11,7	5,2
Общего пользования (в городах)	20	53,7	23,4
Всего	71	229,0	100,0

Рис. 15.1. Штеровская ГРЭСПервенец ГОЭЛРО в Донбасе – Штеровская ГРЭС – стала катализатором роста достижений в энергетике региона и страны, а ряд достижений отныне назывался не иначе как «впервые в мире». Нигде в мире не было практического сжигания антрацитового штыба в пылевидном состоянии. Лабораторные опыты были, но первое промышленное сжигание состоялось весной 1927 года в котле № 2 на Штеровской ГРЭС. А ведь только в отвалах в этом районе Донбасса тогда его накопилось около 50 миллионов пудов. При этом успешно была решена и проблема золоудаления; на Штеровке впервые были испытаны два прудаохладителя, сооруженные на реке для бесперебойного снабжения электростанций технологической водой. В феврале 1927 г. с пуском второго турбогенератора ШтерГРЭС электроэнергия в Кадиевское кольцо была подана по ВЛ-115 (!) кВ. (До этого Донбасс не знал напряжения выше 22 кВ).

Географическое положение и экономическое развитие регионов Украины накладывало свой индивидуальный отпечаток на формирование структуры электрических сетей. Например, в донбасском регионе четко выявилась тенденция построения схемы сетей в виде разветвленной сети линий электропередачи с электростанциями небольшой мощности в узлах.

Первая мировая и гражданская войны чрезвычайно подорвали экономику Украины. Почти полностью была разрушена энергетика, многие электростанции и электрические сети уничтожены, а сохранившиеся мелкие электростанции бездействовали из-за отсутствия топлива и запасных частей. Нехватка квалифицированного кадрового персонала не позволяла организовать нормальную эксплуатацию уцелевших электростанций и электрических сетей.

Интенсивное строительство электрических станций, электрических сетей и мощных трансформаторных подстанций на территории Украины началось лишь в период осуществления плана ГОЭЛРО, принятого в 1920 году, в котором развитию энергетики Украины, особенно района Донбасса, придавалось приоритетное значение.

Характерной чертой плана ГОЭЛРО была ориентация на строительство мощных электростанций, сооружение электрических сетей переменного тока на самые высокие для того времени уровни номинального напряжения 35 и 110 кВ, обеспечение параллельной работы тепловых и гидравлических электростанций, создание электрических систем с максимальной централизацией управления для эффективного использования топливных и энергетических ресурсов. Почти 30% объема новых энергетических мощностей, предусмотренных планом ГОЭЛРО, планировалось разместить и ввести на территории Украины. Планом ГОЭЛРО также предусматривалось первоочередное объединение в Донбассе для перехода на параллельную работу 24 электростанций угольных шахт и металлургических заводов общей установленной мощностью в 67,4 МВт, ряда электростанций металлургических заводов Приднепровья общей мощностью 22,5 МВт.

К 1926 году была построена первая очередь Штеровской ГРЭС – первой электростанции Украины, на которой было освоено сжигание антрацитового штыба в пылевидном состоянии (рис. 15.1).

Вслед за Штеровской в октябре 1928 г. началось сооружение Северо-Донецкой ГРЭС, первые агрегаты которой были пущены через два года. Её электроэнергией питались предприятия г. Лисичанска, а теплом – завод «Донсода». При этом в Донбассе впервые было применено комбинированное производство энергии электрической и тепловой (в виде пара и горячей воды).

К этому времени в Донбассе реконструировали 62 наиболее крупные заводские электростанции. Около половины всех электростанций Донбасса (44%) в 1930 году уже эксплуатировались на параллельной работе. Это явилось началом формирования энергетической системы Донбасса. Однако большинство электростанций Донбасса, а также все электростанции других регионов Украины продолжали работать изолированно и неэкономично, осуществляя электроснабжение потребителей по простейшим радиальным схемам.

Параллельная работа ряда электростанций на общую сеть поставила перед инженерами и учеными-электротехниками Украины сложные задачи обеспечения экономичного распределения нагрузок между электростанциями, эффективного регулирования уровней напряжения в сети, надежной блокировки условий нарушения устойчивой работы электрических станций.

В реальных условиях параллельная работа электростанций в тот период времени была затруднена. Руководители электрических станций стремились работать в наиболее выгодных для себя режимах, абсолютно не считаясь с изменением нагрузки сети в часы максимума и минимума. Эффективный выход из этой ситуации заключался в централизации управления и подчинении режимов работы всех электрических станций одному ответственному техническому работнику. К 1925 году эта идея диспетчерского управления получила первое практическое воплощение в системе Мосэнерго, а в последующие несколько лет была реализована в Донбассэнерго и Днепроэнерго.

В 1929 году была введена в эксплуатацию первая на Украине линия электропередачи направлением Штеровская ГРЭС – Кадиевка напряжением 110 кВ. Дальнейшее развитие в Донбассе разветвленных разомкнутых сетей напряжением 22–35 кВ обеспечило построение простейших схем замкнутых сетей, объединивших в своем составе электростанции «Донугля» и «Югостали».

В 1927 году на Днепре в г. Запорожье (до 1921 года – г .Александровск) было начато строительство крупнейшей в Европе Днепровской ГЭС мощностью 230 тыс. кВт с последующим увеличением мощности станции на перспективу до 560 тыс. кВт. В мае 1932 года первые гидроагрегаты Днепровской ГЭС были введены в эксплуатацию (рис. 15.2). Отходящие от ДнепроГЭС высоковольтные линии электропередачи, выполненные в соответствии со стандартом США с номинальным напряжением 154 кВ, явились первым связующим звеном между электростанциями Донбасса и Приднепровья.

Рис. 15.2. Днепровская ГЭС

Несмотря на достигнутые результаты, электросетевое хозяйство и мощности электростанций Украины в этот период существенно отставали от интенсивно возрастающих потребностей народного хозяйства. Остро ощущались дефицит генерирующих мощностей и ненадежность электроснабжения потребителей из-за высокой аварийности оборудования электростанций и электрических сетей. При этом большинство аварий возникало именно в электрических сетях, поскольку последние строились по упрощенным схемам, не были защищены от воздействия молний и гололёда. Изоляция линий электропередачи при загрязнениях часто повреждалась, примитивные устройства релейной защиты и сетевой автоматики работали крайне неэффективно.

В этих условиях среди части практических и научных работников в области электроэнергетики стало распространяться мнение о нецелесообразности расширения централизованного электроснабжения, проявилась тенденция к преимущественному электроснабжению потребителей от мелких ведомственных собственных электростанций. Эти негативные тенденции можно было преодолеть лишь на пути усиления научно-исследовательских работ в области энергетики. В лабораториях промышленных предприятий, научно-исследовательских и проектных институтах Украины начались интенсивные электроэнергетические научные исследования. Была развита теория устойчивости параллельной работы энергосистем и успешно решены вопросы ее практической реализации, проведены эффективные исследования в области техники высоких напряжений, особенно по вопросам перенапряжения и защиты от них электрических сетей, создана теория грозовых разрядов, разработана инженерная методика определения уровней грозоупорности линий, сформированы основы теории гололедообразования на линиях электропередачи. Были уточнены районы наиболее интенсивного гололедообразования, разработаны эффективные способы борьбы с гололедом. На базе этих исследований были изменены технические условия на проектирование линий электропередачи, коренным образом усовершенствованы опоры линий электропередачи, устройства релейной защиты и системной автоматики. Все это создало благоприятные условия для освоения прогрессивных для того времени номинальных напряжений 110 и 220 кВ.

Рис. 15.3. Зуевская ГРЭС, первый агрегат которой введен в эксплуатацию в 1931 г.

Здесь необходимо подчеркнуть ведущую роль ученых-электротехников киевской, харьковской и львовской научных школ, принявших в годы первых предвоенных пятилеток самое активное участие в решении перечисленных выше задач. В частности, проф. Городецкий Г.М. основатель киевской школы электротехников был одним из авторов первого отечественного стандарта на стальные провода, широко используемые в тот период времени для целей электроснабжения потребителей.

К концу первой пятилетки (1930–1932 гг.) были введены в эксплуатацию крупнейшие тепловые районные электростанции для того времени – Криворожская, Северодонецкая, Зуевская (рис. 15.3), Днепродзержинская ГРЭС, Харьковская и Киевская ГРЭС-2, Старобешевская, Лисичанская и другие промышленные электростанции.

Интенсивный ввод в строй районных электростанций на Украине обусловил закрытие и демонтаж многих мелких неэкономичных заводских электростанций. Развивался динамичный прогрессивный процесс концентрации выработки электроэнергии на районных электростанциях. К концу первой пятилетки в Донбассе и Приднепровье демонтаж мелких неэкономичных электростанций привел к сокращению их числа с 264 до 44 при увеличении общей установленной мощности оставшихся электростанций в 3,8 раза.

В результате напряженной работы энергетиков Украины к 1929 году общая установленная мощность электростанций страны достигла уровня 474 тыс. кВт, производство электроэнергии по сравнению с 1913 годом увеличилось более чем в два раза и составило 1265 млн. кВт·ч. Таким образом, план ГОЭЛРО, рассчитанный на период 10–15 лет, по своим основным показателям был выполнен к 1931 году.

К 1933 году на территории Украины действовали 13 районных электростанций с установленной мощностью около 1 млн. кВт (при общей мощности всех электростанций Украины 1,42 млн. кВт). Производство электроэнергии на районных электростанциях составило 2/3 общей выработки электроэнергии электростанциями Украины, равной 3248 млн. кВт·ч.

С увеличением числа и мощности электростанций одновременно интенсивно развивалось и электросетевое хозяйство Украины. К 1928 году в Донбассе уже эксплуатировалось более 200 км линий электропередачи напряжением 22–35 кВ. С целью ускорения электрификации Донбасса в 1928 году была разработана перспективная схема развития питающих электрических сетей, предусматривающая использование номинальных напряжений 6; 35 и 110 кВ. В связи с предстоящим пуском ДнепроГЭС быстрыми темпами сооружались высоковольтные электрические сети Приднепровья с номинальным наивысшим напряжением 154 кВ.

Были введены в эксплуатацию следующие, в основном разветвленные радиальные линии электропередачи с номинальными напряжениями 110 кВ (Донбасс) и 154 кВ (Приднепровье): район Донбасса: ЗуГРЭС – ШтерГРЭС; ШтерГРЭС – Кадиевка – Луганск; ШтерГРЭС – п/ст Парижской коммуны – п/ст Должанка; ЗуГРЭС – Мариуполь; ЗуГРЭС – Амвросиевка – Таганрог; ЗуГРЭС – Юзовка (Смолянка) – Горловка – Енакиево; ЗуГРЭС – Горловка – Константиновка – Краматорск – Славянск; район Приднепровья: ДнепроГЭС – Днепропетровск – п/ст завода им.Петровского и К.Либкнехта – Днепродзерджинская ГРЭС; ДнепроГЭС – п/ст Металлургическая – п/ст Ферросплавная; ДнепроГЭС – Никополь.

Отметим, что в этот же период достаточно мощные электростанции Приднепровья (КривГЭС и КривТЭЦ) и Донбасса (Сев.ДонГРЭС) продолжали работать изолированно.

Электрические сети напряжением 154 кВ, охватывающие район электроснабжения ДнепроГЭС – п/ст Металлургическая – п/ст Ферросплавная и ДнепроГЭС – Днепродзержинская ГРЭС (Приднепровье), а также ЗуГРЭС – Юзовка – Горловка – Енакиево (Донбасс) образовали три первых замкнутых контура на уровне высоковольтных сетей 154 и 110 кВ соответственно.

К 1930 году электрические линии напряжением 22 и 35 кВ были закольцованы и, таким образом, часть электростанций Донбасса и Приднепровья перешла на параллельную работу. Вводом линии напряжением 110 кВ по направлению Штеровская ГРЭС – Кадиевка было положено начало эксплуатации первой на Украине энергосистемы Донбассэнерго. В это время в Донбассе, как отмечалось выше, эксплуатировались 212 км высоковольтных линий напряжением 20–35 кВ и более десятка достаточно мощных трансформаторных подстанций.

Интенсивное электросетевое строительство, сооружение мощных трансформаторных подстанций и сосредоточение выработки электроэнергии на районных электростанциях обусловили острую необходимость осуществления централизованного электроснабжения районов Украины от мощных энергосистем.

В 1933 году на территории Украины были организованы районные энергетические управления: Донбассэнерго, Днепронерго, Харьковэнерго. В 1930 году в г. Киеве было создано на базе Управления электрических предприятий при городской коммунальной службе государственное акционерное товарищество «Киевток», переименованное в 1934 году в районное энергетическое управление Киевэнерго. В этот период в энергообъединении Киевэнерго в режиме параллельной работы действовали три районных электростанции: Киевская ТЭЦ-1, ГРЭС-2 и ТЭЦ-3.

Таким образом, к 1935 году на Украине функционировали изолированно две крупных энергосистемы – Донбасская и Днепровская – с выработкой электроэнергии более чем по 2 млрд. кВт·ч в год. В энергосистеме Донбассэнерго на общую основную электрическую сеть работали три районные электростанции (Северодонецкая, Штеровская и Зуевская) и несколько небольших центральных электростанций. В составе Днепроэнерго в условиях параллельной работы функционировали ДнепроГЭС, Криворожская и Днепродзержинская ГРЭС и семь промышленных электростанций. К 1933 году ДнепроГЭС была доведена до проектной мощности 560 МВт и к тому времени стала самой мощной в Европе.

Таблица 15.2. Динамика роста протяженности линий электропередачи на территории Украины за период 1914–1940 гг.

Номинальное напряжение элек- тропередачи, кВ	Длина линий электропередачи, км
	1914 г.	1928 г.	1930 г.	1932 г.	1937 г.	1940 г.
22	14	242	418	427	-	-
35	-	198	500	633	1463	2161
110	-	-	56	568	836	1242
154	-	-	-	233	440	477
220	-	-	-	-	-	241

В энергосистеме Харьковэнерго в то время на параллельной работе находились три районные электростанции: ГРЭС-1, ГРЭС-2 и ТЭЦ-3.

Для оперативного управления электростанциями и электрическими сетями во всех районных энергетических управлениях были созданы диспетчерские службы. Помимо них, функционировали различные производственные службы: электрических сетей, тепловых сетей и другие.

Энергосистемы оснащались наиболее современными для того времени устройствами релейной защиты, телемеханики и автоматики. Из года в год росла квалификация кадров, техническая культура эксплуатации энергообъектов, увеличивалась надежность работы энергосистем.

Процесс централизации энергоснабжения в период 1932–1941 гг. имел место также и в других промышленных центрах Украины, а именно в городах Одессе, Николаеве и Львове, где на базе наиболее крупных городских электростанций и электрических сетей были созданы энергокомбинаты.

В электрических сетях широко проводились работы по переводу линий электропередачи с максимальным напряжением 22 кВ на 35 кВ и к 1928 году такая работа была полностью завершена. Динамика роста протяженности линий электропередачи на территории Украины за период 1914–1940 гг. отображена в табл.15.2.

Самое высокое номинальное напряжение электрических сетей в энергосистеме «Харьковэнерго» достигало уровня 110 кВ; Днепроэнерго – 154 кВ и Донбассэнерго – 220 кВ. Схема электрических сетей напряжением 110–150 кВ в Украине по состоянию на 1 января 1935 года приведена на рис.15.4.

Формируемые в период 1930–1935 гг. региональные энергетические системы, в частности Донбасская, Днепровская, Харьковская и др., обладали своими диспетчерскими центрами управления. В 1938 году в г. Горловке (Донбасс) начало функционировать Бюро Южной энергосистемы, которое в 1940 году было преобразовано в Объединенную диспетчерскую службу Юга (ОДС Юга).

Первая на Украине линия электропередачи с номинальным напряжением 220 кВ была сооружена в Донбассэнерго в 1940 году по направлению Зуевка – Кураховка (длиной 87 км).

В начале 1940 года была введена в эксплуатацию межсистемная связь напряжением 220 кВ Днепр (п/ст ДД) – Донбасс (п/ст Чайкино) с единой диспетчерской службой, объединившая энергосистемы Донбассэнерго и Днепроэнерго для параллельной работы. К тому времени система Донбассэнерго работала параллельно с Ростовской энергосистемой (Азчерэнерго) и была объединена с ней линией электропередачи напряжением 110 кВ. Этим была заложена основа для формирования Объединенной энергосистемы Юга (ОЭС Юга). Таким образом, ОДС Юга уже в 1940 году координировала работу трех параллельно работающих энергосистем. В 1940 году установленная мощность параллельно работающих в составе ОЭС Юга электростанций превысила 1800 тыс. кВт.

Рис. 15.4. Схема электрических сетей напряжением 110–150 кВ в Украине по состоянию на 1 января 1935 года

Ввод в эксплуатацию этой межсистемной связи обусловил резкий качественный скачок в развитии электроэнергетики Украины. Существенно повысилась надежность электроснабжения потребителей крупнейших экономических регионов Украины, значительно улучшились технико-экономические показатели работы трех ранее изолированных энергосистем. Были сняты ограничения для потребителей по снабжению электроэнергией, начала интенсивно повышаться электровооруженность отраслей народного хозяйства Украины. Улучшились режимы работы всех электростанций ОЭС, сократился необходимый общесистемный резерв генерирующей мощности, снизилось число часов использования неэкономичных тепловых электростанций, а наиболее крупные тепловые электростанции Донбасса и Приднепровья стали работать по более ровным графикам, надежно и экономично.

Ввод межсистемной связи Днепр – Донбасс положил конец длительной дискуссии, во время которой излагалась ошибочная теория целесообразности раздельной работы энергосистем Донбассэнерго и Днепроэнерго. На практике были доказаны преимущества совместной работы крупных тепловых и гидравлических электростанций в составе объединенных энергосистем.

В эти годы продолжалось интенсивное развитие электросетевого хозяйства Украины. В энергосистемах и энергокомбинатах были сооружены более 180 крупных сетевых трансформаторных подстанций и более 4 тыс. км линий электропередач напряжением 35–220 кВ. Как следует из данных табл. 15.2, развитие электрических сетей в этот период характеризуется быстрым ростом номинального напряжения линий электропередачи, что обусловливалось прежде всего интенсивным повышением величины и удаленности электрических нагрузок потребителей, а также номинальных мощностей силовых трансформаторов, устанавливаемых на крупных подстанциях.

Таблица 15.3 Динамика изменения количества и мощностей подстанций на 01.01.41 г.

Номинальное напряжение, кВ	Трансформаторные подстанции
	количество	мощность, МВт
35	156	1650
110	12	680
154	10	776
220	3	360

 

Динамика изменения количества и мощностей подстанций (по номинальному напряжению обмотки высшего напряжения силовых трансформаторов) по состоянию на 01.01.41 г. приведена в табл.15.3.

Одновременно увеличивались рабочие сечения проводов, использовались более совершенные конструкции опор, улучшалась изоляция линий электропередачи, возрастали разрывные мощности выключателей, совершенствовались устройства релейной защиты и системной автоматики электрических сетей.

Характерными особенностями развития электроэнергетики Украины в довоенный период явились улучшение структуры энергетического производства и централизация выработки энергии. В 1940 году на территории Украины 3/4 всей потребляемой электроэнергии производилось на районных электростанциях, а в энергосистемах Донбассэнерго и Днепроэнерго этот показатель превышал 80%, что было самым высоким показателем в мировой практике.

В этот период резко увеличились мощности отдельных электростанций. В 1941 году Зуевская ГРЭС достигла мощности 350 МВт, став наиболее крупной электростанцией в Европе. Для сравнения подчеркнем еще раз, что в 1913 году наиболее мощная электростанция на Украине располагала мощностью лишь в 14,5 МВт, что значительно уступало мощностям крупных электростанций европейских стран. Суммарная установленная мощность всех электростанций Украины к концу 1940 года превысила 2,6 млн. кВт (при установленной мощности ТЭС – 1,8 млн. кВт, ГЭС – 0,8 млн. кВт).

Данные об общей выработке электроэнергии всеми электростанциями Украины за период 1913–1940 гг. приведены в табл. 15.4 .

За этот период резко улучшились техникоэкономические показатели производства электроэнергии, например существенно снизились в среднем по Украине расходы условного топлива на выработанный кВт·ч – с 1,5 до 0,596 кг. Потребление электроэнергии на собственные нужды электростанций уменьшилось с 15 до 7,2%. В частности, на наиболее экономичной Северодонецкой ГРЭС эти показатели в 1940 году составляли соответственно 0,458 кг/кВт·ч и 5,3%.

Показатель	1913 г.	1928 г.	1932 г.	1937 г.	1940 г.
Общая выработка всеми электростанциями Украины,	543	1261	3248	9451	12411
в том числе на районных электростанциях	-	54,5	2077	7187	9356
Удельный вес выработки электроэнер- гии на районных электростанциях, %	-	4,3	63,9	76	75,4