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 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.