ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И СЕТИ

История кафедры - От окончания ВОВ до начала «перестройки»


В послевоенный период в развитии советской электроэнергетики начался качественно новый этап, связанный со строительством крупнейших электростанций, созданием объединенных энергосистем и Единой электроэнергетической системы СССР, разработкой оборудования новых классов высокого и сверхвысокого напряжения не применявшихся ранее номинальных мощностей. Возникла настоятельная необходимость разработки методов и техники управления создававшимися гигантскими электроэнергетическими объединениями. Это привело к развитию исследований по широкому кругу проблем, связанных с изучением установившихся режимов, устойчивости параллельной работы электрических станций и энергосистем, и переходных процессов в них при аварийных возмущениях и изменении их режимов. Теоретической основой этих исследований стали фундаментальные работы выдающихся советских ученых – А.А. Горева, П.С. Жданова, С.А. Лебедева.

Щит управления электродинамической моделью в высоковольтном корпусе ЛПИ

Теоретическому и экспериментальному исследованию процессов, происходящих в электроэнергетических системах (ЭЭС), способствовало развитие идеи физического моделирования электропередач и ЭЭС. Эти работы еще в тридцатые годы были начаты на электромеханическом факультете нашего института. Здесь следует назвать профессоров В.А. Толвинского, М.П. Костенко (академик АН СССР (1953), Герой Социалистического Труда (1969)) и О.В. Щербачева. 

Одна из первых в мире электродинамических моделей была построена в высоковольтном корпусе института, затем более совершенная модель – в Институте электромеханики АН СССР, возглавлявшемся М.П. Костенко.

Одна из аналоговых вычислительных машин лаборатории ЭС и ТВН им. А.А. Горева

Научные основы проектирования электрогенераторов для электродинамических моделей были разработаны под его руководством. Для обеспечения в соответствии с критериями подобия требуемых параметров модельных генераторов была предложена оригинальная система компенсации активных сопротивлений в цепи возбуждения.

За разработку и создание комплекса электродинамических моделей академику М.П. Костенко и заведующему кафедрой «Электрических систем и сетей» Московского Энергетического института (МЭИ) профессору В.А. Веникову в 1958 году была присуждена Ленинская премия.

 

Созданная экспериментальная база позволила в течение длительного времени удерживать передовые позиции в исследованиях свойств крупных энергообъединений.

Выполненные в конце сороковых – начале пятидесятых годов исследования электропередач, настроенных на половину волны, доказали принципиальную возможность передачи электрической энергии по ЛЭП переменного тока длинной 2000 – 4000 км, что явилось выдающимся вкладом наших ученых (А.А. Вульфа, Н.Н. Щедрина и О.В. Щербачева) в развитие техники электропередачи во всем мире.

На кафедре ТВН под руководством чл.-кор. РАН М.В. Костенко велись работы, посвященные исследованию электромагнитных процессов в энергосистемах, грозовых и коммутационных перенапряжений, экологическим проблемам воздействия линий электропередачи на окружающую среду и их влияния на линии связи.

Их результатом стали: разработка методов анализа надежности грозозащиты подстанций и линий, создание анализаторов грозозащиты и автоматических регистраторов перенапряжений в сетях энергосистем. С помощью последних был получен огромный статистический материал, позволивший разработать схемные мероприятия и аппараты, предназначенные для глубокого ограничения перенапряжений в энергосистемах. В этих работах принимали участие будущие профессора кафедры «Электрические системы и сети» О.В. Щербачев, М.Л. Левинштейн, К.П. Кадомская.

Михаил Владимирович Костенко

(1912–2001)

Эти работы позволили в середине 50-х годов, перевести уже построенные линии электропередачи 400 кВ в класс 500 кВ без переделки механической части ЛЭП, существенно увеличив их пропускную способность.

В середине 50-х – начале 60-х годов наблюдается бурное развитие научных исследований в лаборатории Электрических систем и техники высоких напряжений (ЭС и ТВН) им. А.А. Горева и на кафедре «Электрические системы и сети». Это определялось потребностью развития энергосистем, наличием результатов основополагающих исследований советских ученых, появлением в распоряжении исследователей мощных аналоговых, а вскоре и цифровых вычислительных машин.

В 1956 году коллективом сотрудников кафедр ТВН и математических и счетно-решающих приборов и устройств радиофизического факультета (М.Л. Левинштейн, В.С. Тарасов, И.А. Груздев, Ю.В. Ракитский) на аналоговой вычислительной машине Модель-2, разработанной в ЛПИ, была впервые в СССР поставлена и успешно решена задача исследования статической устойчивости дальней электропередачи с промежуточными синхронными компенсаторами. 

В 1957 – 1962 годах в лаборатории ЭС и ТВН им. А.А. Горева под руководством М.Л. Левинштейна и И.А. Груздева было налажено изготовление и использование для решения задач, связанных со строительством сибирских ГЭС и созданием ЕЭС СССР, уникального по меркам того времени парка аналоговых вычислительных машин, который характеризовался числом, входящих в них решающих усилителей, доходившим до трехсот. 

Олег Владимирович Щербачев

(1915–1980)

Михаил Львович Левинштейн

(1920–1991)

С их помощью в последующие годы были выполнены исследования динамических свойств крупных энергообъединений, устойчивости энергосистем Европейской части СССР и Сибири. Были проведены обширные исследования, которые подтвердили правильность схемно-режимных решений, положенных в основу ЕЭС СССР, и позволили дать рекомендации по автоматическому управлению энергосистемами в аварийных условиях. В этих работах принимали участие профессора О.В. Щербачев, М.Л. Левинштейн, И.А. Груздев, аспиранты и молодые сотрудники кафедры Ю.Н. Руденко, Л.А. Кучумов, А.А. Рагозин, С.В. Смоловик и другие.

Игорь Александрович Груздев

(1926–1992

Кира Пантелеймоновна Кадомская

(род. в 1927 г.)

К 1962 году стало очевидным, что без использования цифровой вычислительной техники дальнейшее развитие исследований скоро окажется невозможным. Однако конкретная реализация этого направления была еще не ясна. Перспективным казалось использование цифровых дифференциальных анализаторов (ЦДА), повторявших идеологические принципы аналоговых вычислительных машин, но построенных на цифровых решающих элементах. Из альтернативных вариантов – ЦДА или универсальные цифровые вычислительные машины (после доклада Ю.П. Горюнова, командированного в группу разработчиков ЦДА для ознакомления с их работами) – И.А. Груздевым был выбран второй. Жизнь показала, что это далеко не очевидное в тех условиях решение было своевременным и правильным. 

Сотрудники кафедр ТВН и «Электрические системы и сети» (1959 г.). Слева направо: О. В. Щербачев, М. Л. Левинштейн, В. Г. Слабикова, В. В. Пакина, М. Д. Каменский, В. И. Михайлова, А. Н. Грибов
В 1962 году произошел переход ряда сотрудников кафедры ТВН (И.А Груздев, К.П. Кадомская, М.Л. Левинштейн, О.В. Щербачев, Л.А. Кучумов, А.Н. Грибов, В.М. Чертоусова) на кафедру «Электрические сети и системы», которую возглавлял профессор М.Д. Каменский. С 1965 года руководство кафедрой было возложено на О.В. Щербачева. Образовался новый коллектив, способный развивать исследования, основанные на широком использовании математического моделирования и вычислительной техники.

В последствии из-за преобладания в научных работах кафедры направлений, связанных с созданием и развитием Единой электроэнергетической системы Советского Союза, ее название было изменено и она приобрела сегодняшнее свое название – кафедра «Электрические системы и сети».

Заметным явлением стал выход в 1964 г. монографии М.Л. Левинштейна «Операционное исчисление в задачах электротехники». Позднее эта книга была переиздана в СССР и за рубежом. 

Юрий Николаевич Руденко

(1931–1994)

В период 1963 – 1969 гг. на базе обширных научных работ кафедры было развернуто обучение большого числа аспирантов, среди них: Ю.Н. Руденко (впоследствии директор Сибирского энергетического института (СЭИ) академик АН СССР), Л.В. Маркявичус, Ю.А. Максимов, А.С. Зеккель, В.А. Каленик, А.А. Рагозин (впоследствии д.т.н. профессор, Заслуженный энергетик России).

В это же время началась интенсивная разработка математического обеспечения для решения задач электроэнергетики на ЭВМ. Наибольшей известностью пользовались программы расчета коммутационных перенапряжений (К.П. Кадомская, М.Л. Левинштейн, Г.А. Евдокунин), исследований динамической устойчивости (О.В. Щербачев, Ю.П. Горюнов), расчета установившихся режимов и апериодической статической устойчивости (О.В. Щербачев, Л.Э. Ножин, А.М. Конторович, Ю.В. Макаров). 

В работах по исследованию динамической устойчивости в 1964 – 1966 годах принимал участие студент Н.И. 

Воропай, впоследствии видный ученый-энергетик д.т.н. профессор, член-кор. РАН, директор Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева, Заслуженный деятель науки РФ, Лауреат государственной премии СССР. 

Николай Иванович Воропай в студенческие год

Александр Михайлович Конторович

Продолжались и работы, выполненные с помощью аналоговых вычислительных машин; соответствующие методические разработки были обобщены в книге «Применение аналоговых вычислительных машин в электроэнергетике», вышедшей в 1964 и переизданной в 1970 году. Ленинградскую группу авторов этой книги представляли сотрудники кафедры «Электрические системы и сети» ЛПИ И.А. Груздев, К.П. Кадомская, Л.А. Кучумов. 

Тогда же были начаты работы по созданию методов исследования с помощью ЭВМ колебательной статической устойчивости электроэнергетических систем. Упор был сделан на разработку вычислительных программ, не привязанных к какому-либо конкретному математическому описанию элементов ЭЭС, как это делалось, например, в МЭИ. 

Практика показала, что именно такой подход в то время являлся наиболее конструктивным, т.к. позволял выполнять решение постоянно возникающих новых задач без переделки математического обеспечения, для которого требовались большие затраты времени при существовавшем тогда уровне развития цифровых вычислительных машин.

На основе математического моделирования выполнен большой комплекс научно-исследовательских работ по обоснованию схемно-режимных решений в развивающейся Единой Электроэнергетической системе страны, связанных с повышением эффективности устройств автоматического регулирования возбуждения, с ограничением перенапряжений и токов короткого замыкания.

Леонид Александрович Кучумов

Сотрудники кафедры принимали участие в экспериментальных работах по уточнению законов регулирования генераторов электростанций Сибири, в обосновании режимов транзитной электропередачи 1150 кВ Экибастуз – Урал – Центр.

Кафедра «Электрические системы и сети» также успешно участвовала в крупных комплексных исследованиях проводившихся в Ленинграде для Красноярской ГЭС и ОЭС Сибири (1960 – 1970), для Саяно-Шушенской ГЭС (1970 – 1980) и других электростанций и энергосистем Сибири, Дальнего Востока и Европейской части России.

Огромный объем научно-исследовательских работ способствовал профессиональному росту сотрудников кафедры. В начале и середине 70-х годов были защищены кандидатские диссертации Ю.П. Горюновым, Г.А. Евдокуниным, А.М. Конторовичем, С.В. Смоловиком, О.М. Шахаевой.

В 1974 году успешно защитил докторскую диссертацию И.А. Груздев.

Рост квалификации продолжался и в дальнейшем. Успешно защитили кандидатские диссертации С.Е. Герасимов, А.Е.Веселов, С.А. Иванов, Е.Н. Попков, В.А. Масленников, Ю.В. Макаров, В.А. Гамилко, Л.В. Спиридонова.

В 1988 – 1990 годах три сотрудника кафедры защитили докторские диссертации по направлениям, связанным с математическим моделированием переходных процессов в электроэнергетических системах (С.В. Смоловик), моделированием и оптимизацией конструкций преобразовательных устройств (Б.А. Коротков), разработкой мероприятий по усовершенствованию конструктивного исполнения высоковольтных линий и ограничению перенапряжений в них (Г.А. Евдокунин).

В течение 70-х годов оформились основные научные направления кафедры: исследование демпферных свойств и устойчивости больших электроэнергетических систем (О.В. Щербачев, И.А. Груздев, Ю.П. Горюнов, А.М. Конторович); моделирование и исследование тиристорно-реакторных токоограничивающих устройств для систем электроснабжения (И.А. Груздев, Л.А. Кучумов); исследование коммутационных перенапряжений и разработка мероприятий по усовершенствованию конструктивного исполнения линий электропередачи и ограничителей перенапряжений (Г.А. Евдокунин, В.И. Гавриков, В.А. Гамилко); передача электроэнергии по линиям переменного и постоянного тока (О.В. Щербачев, А.Н. Грибов, Г.А. Евдокунин); исследование переходных процессов при авариях (О.В. Щербачев, И.А. Груздев, С.В. Смоловик, О.М. Шахаева); ограничение токов короткого замыкания и исследование способов повышения качества электроэнергии (Л.А. Кучумов А.Е. Веселов).

Научная группа Е. Н. Попкова: (слева направо) Е. Н. Попков, О. А. Мельничникова, А. И. Фильчков, Б. А. Коротков, …

Владимир Иванович Гавриков, Георгий Анатольевич Евдокунин и Вера Александровна Гамилко в лаборатории кафедры (1975 год)

С приходом в 1974 году на кафедру Б.А. Короткова (ныне д.т.н. профессор) получило усиленное развитие направление, связанное с моделированием преобразовательных устройств. В этих работах принимал активное участие молодой выпускник кафедры Е.Н. Попков (сегодня д.т.н. профессор, заведующий кафедрой). 

Уникальный вклад в развитие исследований демпферных свойств и устойчивости сложных ЭЭС внес А.А. Рагозин. Широта взглядов, энциклопедичность знаний в области электроэнергетики, глубина и тщательность проработки исследуемых вопросов и замечательные личные качества снискали ему непререкаемый авторитет среди вузовских преподавателей, работников проектных организаций и энергосистем. 

Александр Афанасьевич Рагозин

(1939–2004)

Разработки в области использования вычислительной техники были обобщены в книге «Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике», вышедшей под редакцией О.В. Щербачева в 1980 году.

В 1980 году после смерти Олега Владимировича Щербачева, возглавлявшего кафедру до последнего дня своей жизни, заведующим кафедрой становится д.т.н. профессор Игорь Александрович Груздев. При нем интенсивно развиваются научные направления, возникшие еще в 70-х годах.

Результаты этих работ внедрены в большом количестве производственных объединений и научно-исследовательских и проектных организациях: ЛПЭО «Электросила», ВНИИ Проектэлектромонтаж, ВНИПИ Тяжпромэлектропроект, институте «Механобр», Новосибирском электротехническом институте, НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, институте «Энергосетьпроект», ЦКБ Морского Флота «Рубин» и других.

В этот период была закончена работа над программой «Конус» для расчета на ЭВМ установившихся режимов и статической апериодической устойчивости сложных ЭЭС. Разработчик программы к.т.н. А.М. Конторович. 

 В ней реализовано решение уравнений узловых напряжений сложной ЭЭС методом Ньютона. Эта идея впервые была реализована тогда еще аспирантом Л.Э. Ножиным под руководством О.В. Щербачева в конце 60-х годов. Эффективность программы «Конус» и ее реализация были настолько удачны, что она нашла применение в Центральном диспетчерском управлении ЕЭС СССР, во всех диспетчерских управлениях объединенных энергосистем СССР и во всех режимных службах Минэнерго и его организациях.

Большой комплекс работ проводился И.А. Груздевым и его аспирантами совместно с профессором кафедры математических и счетно-решающих устройств факультета технической кибернетики Ю.В. Ракитским и ныне д.т.н. профессором этой же кафедры С.М. Устиновым. Целью этих работ было решение вопросов оптимизации переходных процессов на основе координации настроечных параметров автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов электростанций энергосистемы.

Под руководством И.А. Груздева на кафедре в 1987 году был создан класс персональных ЭВМ и обеспечено непрерывное использование в учебном процессе цифровых вычислительных машин. 

Освоение первых персональных ЭВМ на кафедре «Электрические системы и сети»: (справа налево) В. А. Масленников, Н. А. Шилина (сотрудница кафедры ТВН), Ю. П. Горюнов

Модели для исследования процессов в выпрямительных и инверторных преобразователях

В это же время учебная лаборатория кафедры была оснащена большим числом расчетных столов переменного тока – универсальными расчетными моделями электрических систем (УРМЭС). До внедрения ЭВМ такие модели широко использовались в службах режимов энергосистем. Быстрота получения результатов и их наглядность позволяли широко использовать УРМЭС в учебном процессе и научно-исследовательских работах студентов. В это же время на кафедре осуществлялась разработка новых лабораторных установок. На элементах УРМЭС была создана модель длинной линии электропередачи. Тогда же Б.А. Коротковым была построена новая модель для исследования процессов в выпрямительных и инверторных преобразователях.

Ю. П. Горюнов (справа) демонстрирует модель УРМЭС заведующему кафедрой «Производство и распределение электрической энергии» Чешской Высшей Технической Школы в Праге Заслуженному деятелю науки и техники ЧССР профессору З. Троянеку

Георгий Николаевич Александров (1930–2008). Фото 1960-х годов

Защита дипломных работ на кафедре «Электрические системы и сети». Работу защищает выпускник и впоследствии сотрудник кафедры А. И. Луппов

Говоря о вкладе ученых кафедры «Электрические системы и сети» и электромеханического факультета в создание и развитие единой электроэнергетической системы страны, нельзя не упомянуть о блестящей плеяде ученых – сотрудников Научно-исследовательского института постоянного тока (НИИПТ). Академик РАН Н.Н. Тиходеев, профессора А.В. Поссе, Л.А. Кощеев, Е.А. Марченко, В.И. Галанов, В.А. Андреюк и многие другие в течение нескольких десятилетий плодотворно сотрудничали с кафедрой «Электрические системы и сети» и электромеханическим факультетом. Многие из них – выпускники нашего факультета.

Также следует сказать и о связях и совместных работах кафедры «Электрические системы и сети» с выпускником кафедры ТВН Г.Н. Александровым. 

Еще в 50 – 60-е годы молодой ученый, сотрудник кафедры ТВН, Г.Н. Александров выполнил фундаментальные исследования коронного разряда на линиях электропередачи. Вопреки общепринятым представлениям он доказал, что коронный разряд на ЛЭП снижает коммутационные перенапряжения. Затем под его руководством был реализован проект уникальной лаборатории сверхвысоких напряжений, обеспечивший исследования и испытания изоляционных конструкций воздушных линий и подстанций в натурных условиях без искажающего влияния посторонних заземляемых предметов. Эта лаборатория под открытым небом до начала 90-х годов ХХ века сохраняла лидерство в мировой высоковольтной технике, имея в своем составе генератор импульсных напряжений на 7 млн. В, два каскада испытательных трансформаторов на 2,25 млн. В, опытные пролеты воздушных линий 500, 750, 1150 и 2000 кВ. Оригинальное оборудование позволило выполнить исследования, необходимые для проектирования электропередач высших классов напряжения.

К числу основных результатов этих испытаний следует отнести доказательство отсутствия предела электрической прочности воздушных промежутков при увеличении их длины.

На их основе профессор Г.Н. Александров (ставший впоследствии членом-корреспондентом РАН) выступил совместно с другими специалистами с предложением, осуществить передачу электроэнергии напряжением 1200 кВ от электростанций Казахстана и Сибири на Урал и в Европейскую часть страны.Первая и до сих пор единственная в мире ЛЭП 1150 кВ длиной более 2500 км по временной схеме работает и сегодня. (Часть электропередачи работает на напряжении 500 кВ и после распада СССР так и не была переведена на номинальное напряжение.)

И, тем не менее, создание такой электропередачи является выдающимся достижением и подтверждает справедливость результатов теоретических и экспериментальных исследований ученых Электромеханического факультета Политехнического института на протяжении девяноста лет, начиная с работ академика В.Ф. Миткевича.

В 80 – 90-х годах работы научной школы Г.Н. Александрова были направлены на совершенствование воздушных линий электропередачи. В результате была доказана техническая возможность и экономическая целесообразность дальнейшего повышения напряжения ЛЭП вплоть до 2000 кВ с пропускной способностью до 20000 МВт на одну цепь линии, а также существенное увеличение пропускной способности воздушных ЛЭП без повышения напряжения за счет чисто конструктивных изменений, в частности, за счет увеличения числа проводов в фазе. Реально это воплощено на ЛЭП 330 кВ Псковская ГРЭС – Новосокольники длиной 150 км.

Совместные исследования на кафедре «Электрические системы и сети» под руководством профессоров Г.А. Евдокунина и С.В. Смоловика и на кафедре «Электрические аппараты», возглавлявшейся Г.Н. Александровым, показали, что устойчивая передача электроэнергии на дальние расстояния может быть обеспечена по ЛЭП переменного тока при использовании управляемых шунтирующих реакторов, подключенных в промежуточных пунктах линии либо по ее концам (в диапазоне длин линий от 1500 до 3000 км и от 4500 до 6000 км, в последнем случае необходимы регулируемые источники реактивной мощности). Эти результаты могли бы быть надежной основой для дальнейшего развития ЕЭС России, создания ее связей с ближним и дальним зарубежьем, в том числе с Западной Европой, странами Ближнего Востока, Африки, Китаем, Южной Кореей и Японией. Однако в настоящее время уникальный опыт и знания политехников используются в совместных работах с Бразилией, Аргентиной и другими развивающимися странами в интересах этих стран.

Яндекс.Метрика