ПОВЫШЕНИЕ  НАДЕЖНОСТИ  ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ  ВОЗДУШНЫХ  ЛИНИЙ  ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ.  ПРИМЕНЕНИЕ  СТАЛЬНЫХ  МНОГОГРАННЫХ  ОПОР

Хамидуллин  Искандер  Наилевич

аспирант  Казанского  Государственного  Энергетического  Университета,  РФ,  г.  Казань

Е-mail : 

Сабитов  Линар  Салихзянович

канд.  техн.  наук,  доцент  Казанского  Государственного  Энергетического  Университета,  РФ,  г.  Казань

Ильин  Владимир  Кузьмич

д-р  тех.  наук,  проф.  Казанского  Государственного  Энергетического  Университета,  РФ,  г.  Казань

Кузнецов  Иван  Леонидович

д-р  тех.  наук,  проф.  Казанского  Государственного  Архитектурно-строительного  Университета,  РФ,  г.  Казань

IMPROVE   THE   RELIABILITY   OF   OVERHEAD   POWER   LINES .  USING  STEEL  MULTIFACETED  POLES

Khamidullin  Iskander

Ph.D.  student  of  Kazan  State  Power  Engineering  University,  Russia,  Kazan

Sabitov  Lenar

candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Kazan  State  Power  Engineering  University,  Russia,  Kazan

Ilin  Vladimir

doctor  of  Technical  Sciences,  Professor  of  Kazan  State  Power  Engineering  University,  Russia,  Kazan

Kuznetsov  Ivan

doctor  of  Technical  Sciences,  Professor  of  Kazan  State  University  of  Architecture  and  Construction,  Russia,  Kazan

АННОТАЦИЯ

Износ  основных  фондов  является  основной  причиной  технологических  нарушений  воздушных  линий  электропередачи.  Ограниченность  финансовых  ресурсов  обуславливает  необходимость  проведения  анализа  всех  элементов  системы  и  выбора  наиболее  оптимальных  решений.

В  статье  проведен  статистический  анализ  повреждаемости  элементов  ВЛ  и  их  влияние  на  показатели  надежности.  В  результате  моделирования  эквивалентных  нагрузок  на  двух  типах  опор  сделан  вывод  о  возможности  применения  стальных  многогранных  опор  для  повышения  показателей  надежности  ВЛ.

ABSTRACT

Depreciation  of  fixed  assets  is  a  major  cause  of  technological  failures  of  overhead  power  lines.  Limited  financial  resources  necessitates  an  analysis  of  all  elements  of  the  system  and  select  the  most  optimal  solutions.

In  this  paper,  the  statistical  analysis  of  damage  to  elements  of  the  OPL  and  their  impact  on  reliability.  The  simulation  of  equivalent  loads  on  two  types  of  poles  the  conclusion  about  the  possibility  of  the  use  of  steel  multifaceted  poles  to  improve  the  performance  reliability  of  the  OPL.

Ключевые  слова:   воздушные  линии  электропередачи;  надежность  электрических  систем;  стальные  многогранные  опоры;  моделирование  нагрузки.

Keywords:  overhead  power  lines;  the  reliability  of  electrical  systems;  steel  multifaceted  poles,  modeling  loads.

В  энергосистемах  современных  государств  эксплуатируется  миллионы  километров  линий  электропередач.  Например,  протяженность  электрических  сетей  России  напряжением  110  кВ  и  выше  на  начало  2011  г.  составила  свыше  457  тыс.  км,  в  том  числе  0,95  тыс.  км  —  ВЛ  1150  кВ,  3  тыс.  км  —  ВЛ  750  кВ,  39,4  тыс.  км  —  ВЛ  500  кВ,  10,8  тыс.  км  —  ВЛ  330  кВ  и  99,1  тыс.  км  —  ВЛ  220  кВ  [1].  Основная  часть  воздушных  линий  электропередачи  35-500  кВ,  функционирующее  в  настоящее  время,  была  построена  в  60—70-х  годах  прошлого  столетия  и  к  настоящему  времени  имеет  срок  службы  больше  нормативного.

Даный  вопрос  актуален  так  же  из-за  участившихся  техологических  нарушений  из-за  экстремальных  метеоусловий  (пере  ход  правил  устройства  электроустановок  (ПУЭ-7)  на  период  повторяемости  в  25  лет  увеличил  нормативные  ветровые  нагрузки  на  20—30  %,  а  норативную  толщину  стенки  на  5  мм.  [7]).

С  учетом  вышеизложенного  при  проектировании  ВЛ,  необходимо  учитывать,  что  надежность  линий  зависит  от  надежности  элементов  ВЛ.  К  таковым  необходимо  отнести:  опоры,  провода  и  тросы,  изоляторы,  арматуру  ВЛ.  И  если  взять,  что  —  надёжность  одного  элемента  (опоры  ВЛ),  —  других  (провода,  изоляторов,  арматуру)  то  вероятность  того,  что  все  элементы  будут  работать  безотказно  в  течении  времени  t  [6]:

(1)

где:  ,  —  интенсивности  отказов  элементов,  которые  м.б.  постоянными  или  переменными  во  времени;

Тогда  вероятность  того,  что  один  или  оба  элемента  откажут: 

Потенциально  отказ  любого  из  этих  элементов  может  привести  к  отказу  всей  системы  (к  прекращению  электроснабжение).  Однако  каждый  элемент  имеет  свою  вероятность  отказа  и  степень  тяжести  последствия  отказа.  Так,  например,  наиболее  тяжелые  последствия  для  линий  электропередачи  имеет  разрушения  опор,  приводящее  к  большим  затратам,  связанным  с  восстановлением  ВЛ  и  недоотпуском  электроэнергии.  Другими  словами,  повышая  надежность  именно  этого  элемента  возможно  наиболее  существенно  снизить  затраты  на  восстановления  ВЛ  в  случаи  отказа. 

Таблица  1. 

Статистика  отказов  элементов  ВЛ

Как  видно  из  таблицы  доля  отказов  ВЛ  35—500  кВ  из-за  опор  составляет  13  %  (Для  РФ(СССР).  Более  того,  согласно  статистическому  анализу  ОГРЭС  за  1966—1989  годы  удельное  число  отказов  железобетонных  опор  составил  0,034,  в  то  время  как  для  металлических  этот  показатель  равняется  0,022  [2].  То  есть  можно  сделать  вывод  что,  металлические  опоры  меньшую  интенсивность  отказов,  чем  железобетонные.

Основная  причина  значительной  разницы  в  повреждаемости  между  металлическими  и  железобетонными  опорами  заключается  в  сильной  зависимости  несущей  способности  последних  от  качества  заделки  их  в  грунте.  Часто  железобетонные  опоры  под  действием  внешних  нагрузок  приобретают  крен.  Это  создает  дополнительный  изгибающий  момент  в  стойке  опоры,  вызванный  значительной  собственной  массой  конструкции,  способствующий  дальнейшему  увеличению  наклона.  В  результате  этого,  несущая  способность  железобетонных  опор  резко  снижается,  что  приводит  к  их  разрушению. 

Главный  недостаток  металлических  опор  ЛЭП  из  уголкового  проката  —  большое  количество  сборочных  единиц,  и  как  следствие,  увеличенные  трудозатраты  при  монтаже.  Сроки  монтажа  решетчатых  стальных  опор  ВЛ  в  6  раз  больше,  чем  у  аналогичных  железобетонных  или  стальных  многогранных  [3].  Учитывая  тот  факт,  что  пролетные  расстояния  у  решетчатых  и  многогранных  опор  приблизительно  равны  и  в  1,5—2  раз  больше  железобетонных,  можно  сделать  вывод,  что  строительство  ВЛ  на  стальных  многогранных  опорах  имеет  преимущество  по  скорости  строительства  перед  стальными  решётчатыми  и  железобетонными  опорами.

В  настоящее  время  в  РФ  при  строительстве  и  реконструкции  ВЛЭП  используют  приемущесественно  типовые  (унифицированные)  опоры,  разработынные  70—80  годы  прошлого  столетия.  Измение  нормативной  базы,  переход  на  рыночную  экономику,  и  как  следствие,  необходимость  в  привлечении  инвестеров  в  электросетевой  комлекс  РФ  для  реализации  необходимых  проектов  требуют  применения  оптимальных  технических  и  экономических  решений.  Строительство  воздушных  линий  электропередачи  на  опорах  из  многогранных  гнутых  стоек  является  одним  из  таких  решений.

При  современном  строительстве  и  проектировании  хорошо  себя  зарекомендовали  опоры  выполненые  из  многогранных  гнутых  стоек  (МГС).  Такие  опоры  надежные,  эстетичные,  универсальные,  т.  е.  способны  к  адаптациям,  это  когда  из  базовой  опоры  можно  собрать  опоры  различной  высоты  из  множества  типовых  секций.  т.  к.  проектированиеи  производство  конструкции  стойки  максимально  автоматизировано.  Имея  испытанную  на  полигоне  базовую  опору,  завод-производитель  может  в  течение  короткого  времени  организовать  производство  опоры  новой  модификации,  которая  является  подходящей  для  конкретной  трассы  воздушных  линий. 

Для  сравнения  смоделируем  нагрузки  на  опору  ВЛ  110  кВ,  выполненную  из  многогранной  гнутой  стойки  ПМ-110-1  [5].  При  этом  смоделирована  нагрузка,  при  котором  произошло  разрушение  реальной  опоры  ВЛ  из  центрифугированной  железобетонной  стойки  марки  СК-1  на  территории  РТ. 

Рисунок  1.  Разрушение  опоры  ВЛ  110  кВ,  выполненной  из  железобетонной  стойки  СК-1

Анализ  напряженно-деформированного  состояния  стойки  при  заданных  нагрузках  проведем  в  программе  Autodesk  Simulation  Mechanical  выполняющее  моделирование  методом  конечных  элементов.

При  результирующей  нагрузке  ,  при  котором  происходит  разрушение  железобетонной  опоры  ВЛ,  стойка  опора  из  многогранной  гнутой  стойки  не  подвергся  неэластичной  деформации.  Допустимое  отклонение  вершины  металлической  опоры  ВЛ  от  вертикальной  оси  вдоль  и  поперек  оси  линии  составляет  1/200  высоты  опоры  [4],  для  рассматриваемой  опоры–.  По  результатам  моделирования  максимальное  смещение  вдоль  оси  .

Рисунок  2  Общий  вид  опоры  ПМ-110-1  и  показатели  смещения  вершины  при  моделировании  нагрузки

При  этом  моделирование  показало,  что  при  заданной  нагрузке  стойка  имеет  запас  прочности,  а,  следовательно,  и  возможности  для  оптимизации  конструкции  стойки. 

Вывод:   Отказ  воздушных  линий  электропередачи  в  результате  разрушения  опор  является  наиболее  тяжелым,  затратным  и  долгим  по  времени  восстановления.  С  увеличением  износа  линий,  находящихся  в  эксплуатации  более  25  лет,  число  подобных  отказов  возрастает. 

Авторами  проанализирована  статистика  отказов  ВЛ  и  разрушения  опор.  Проведен  анализ  конкретного  отказа  ВЛ  на  территории  РТ  с  последующим  моделированием  тех  же  условий  на  опоре  из  металлической  гнутой  стойки.  По  результатам  моделирование  сделан  вывод,  что  данная  опора  не  только  имеет  более  высокие  прочностные  характеристики,  но  и  имеет  определенный  запас  прочности,  позволяющий  оптимизировать  конструкцию  опоры,  то  есть  при  сохранении  требуемой  степени  надежности  (безотказной  работы  ВЛ)  удешевить  опорную  конструкцию. 

Список  литературы:

1.Волков  Э.П.,  Баринов  В.А.,  Гаврилов  А.Ф.  Разработка  программы  модернизации  электроэнергетики  России  на  период  до  2020  года.  М.:  2011  —  244  с.

2.Звенин  А.А.,  Константинова  Е.Д.  Основные  положения  методики  расчета  проводов  и  нагрузок  на  опоры  ВЛ  на  основе  метода  предельных  состояний//  Линии  электропередачи  2006:  проектирование,  строительство,  опыт  эксплуатации  и  научно-технический  прогресс.  Новосибирск:  2006.  —  С.  183—193.

3.Линт  Н.Г.,  Казаков  С.Е.  Экономика  строительства  линий  электропередачи  на  стальных  многогранных  опорах//  Электро,  —  2007  —  №  6  —  C.  47—53.

4.СНиП  3.05.06-85.  Электротехнические  устройства  М.:  Минмонтажспецстрой  СССР,  1985.  —  C.  16.

5.Ударов  В.М.  Стальные  многранные  опоры  ВЛ  110  кВ.  Рабочие  чертежи.  ОАО  РОСЭП,  2003.  —  С.  17.

6. Хамидуллин  И.Н.,  Сабитов  Л.С.,  Ильин  В.К.,  Кузнецов  И.Л.  К  вопросу  о  надежности  воздушных  линий  электропередачи  35—500  кВ//Воздушные  линии.  —  2015  —  №  1  —  С.  63—67.

7.Цейтлин  М.А.  Опыт  проектирования  и  применения  опор  ВЛ  со  стальными  многогранными  стойками  //  Прогрессивные  решения  в  электросетевом  строительстве:  сб.науч.тр.  М.,  Энергосетьпроект,  1988.  —  С.  112—123.