 |
Применение стальных опор для ВЛ 6 – 10 кВ
как способ снижения аварийности линий
Юрий Гунгер,
генеральный
директор
ЗАО «ВНПО
ЭЛСИ»
 В энергетике России воздушные линии электропередачи (ВЛ) класса напряжения 6–10 кВ являются наиболее протяженными: их общая длина составляет более чем два миллиона километров. При этом именно ВЛ 6–10 кВ являются наиболее аварийными. По данным фирмы «ОРГРЭС», на 1992 год более 280 тыс. км ВЛ 6–10 кВ находилось в крайне неудовлетворительном техническом состоянии. К настоящему времени, по оценкам различных авторов, эта цифра возросла до 550-600 тыс. км в связи с тем, что в последнее десятилетие не выполнялись в необходимых объемах реконструкция и ремонт распределительных электрических сетей.
Железобетонные опоры
Аварийность ВЛ 6–10 кВ характеризуется следующими цифрами. Удельное число аварийных отключений на 100 км длины ВЛ составляет 6–7 раз в год, а для районов со сложными геолого-климатическими условиями – 20–30 раз в год. Следует отметить, что подобные районы составляют большую часть территории России.
Для решения задачи повышения надежности электрических сетей 6–10 кВ в первую очередь необходимо проанализировать основные источники и причины аварийности этих сетей. Источниками аварийности ВЛ 6–10 кВ, по данным «ОРГРЭС», являются:
- повреждение опор – 40%;
- повреждение изоляторов – 35%;
- повреждение проводов – 25%.
В настоящее время подавляющая часть электрических сетей выполнена ВЛ на опорах из железобетонных стоек, изготовленных из вибрированного железобетона, с креплением проводов на штыревых фарфоровых или стеклянных изоляторах. Именно в этих технических решениях и заложены недостаточные ресурс и надежность ВЛ среднего напряжения:
- железобетонные стойки не выдерживают условий эксплуатации в обводненных и засоленных грунтах – срок их службы снижается до 3–7 лет;
- штыревые изоляторы разрушаются при воздействии на них механических нагрузок от проводов в силу жесткой фиксации провода, также часто фиксируются обрывы проволочных вязок на изоляторах;
- недостаточные междуфазные расстояния приводят к схлестыванию и пережогу проводов, а увеличение расстояний невозможно из-за недостаточной механической прочности стоек на кручение в аварийных режимах.
Безусловно, переход в 70-х – 80-х годах к использованию железобетонных опор вместо деревянных опор без пропитки или с пропиткой каменноугольным маслом следует считать своевременным и технически оправданным. Однако в свете современных требований, предъявляемых к надежности электроснабжения, на мой взгляд, следует пересмотреть техническую политику при формировании распределительных сетей 6–10 кВ и обратить пристальное внимание на применение при строительстве ВЛ 6–10 кВ стальных опор.
В развитых зарубежных странах железобетон в качестве материала для опор ВЛ используется достаточно редко. Наиболее распространенным материалом для опор ВЛ всех классов напряжения, в т.ч. для ВЛ 6 – 10 кВ, является сталь. Причем на ВЛ, выполненных на стальных опорах, часто применяется подвесное крепление проводов. И аварийность таких линий в западных странах ниже, чем в России, в 8 – 10 раз. Необходимо отметить, что в некоторых зарубежных странах при строительстве ВЛ средних классов напряжения широко применяют деревянные опоры с пропиткой эффективными антисептиками по всему массиву опоры.
Опыт применения стальных опор в России на ВЛ 6 – 10 кВ есть у предприятий нефтегазового комплекса. Ряд предприятий этой отрасли для повышения надежности работы своих линий используют опоры из стальных труб. Главный недостаток такого решения – высокая цена опор из труб, т.к. сечение трубы надо выбирать по максимальной изгибающей нагрузке в основании опоры, а в остальных частях опоры сечение недоиспользуется, что приводит к неоправданному увеличению веса и соответственно цены такой опоры.
В мировой практике при строительстве ВЛ средних классов напряжения используются два типа стальных опор: опоры башенного типа и опоры типа «столб». Остановимся на кратком анализе достоинств и недостатков опор этих типов.
Рис. 1.
Разрушение железобетонных опор
в обводненных грунтах. | 
Рис. 2.
Выпучивание опор
в вечномерзлых грунтах. | 
Рис. 3.
Участок ВЛ 10 кВ на стальных опорах серии С10П. |
Стальные опоры башенного типа
Опоры башенного типа выполняются из четырех (иногда из трех) несущих поясов, расстояние между которыми максимально в основании опоры и уменьшается с высотой опоры. Несущие пояса соединены между собой наклонными раскосами, выполненными, как и пояса, из стального прокатного уголка. В России опоры башенного типа являются основным типом стальных опор для ВЛ классов напряжения 35, 110 и 220 кВ. Преимущества опор данного типа состоят в следующем:
- технологичность изготовления, которое состоит в нарезке уголков в размер и продавливании в них монтажных отверстий для болтовых опор или сварке пространственной фермы для сварных опор;
- относительно малый вес опор;
- низкая стоимость;
- хорошая лазовость: по раскосам опор среднего класса напряжения можно подняться без применения специальных приспособлений и подъемных механизмов.
К недостаткам опор башенного типа для ВЛ средних классов напряжения следует отнести сложность устройства фундаментов, большой поперечный размер в основании, неполную загрузку транспортных средств при перевозке опор. В российских условиях дополнительным минусом можно назвать плохую вандалоустойчивость этих опор. Опоры башенного типа подвергаются расхищению раскосов, при этом зачастую не помогает даже такой способ, как обварка болтовых соединений – в этом случае раскосы отпиливаются ножовками по металлу.
Стальные опоры типа «столб»
Конструктивно стальные опоры типа «столб» скопированы с деревянных опор, выполнены из гнутого стального листа и представляют собой в сечении замкнутый правильный многоугольник или окружность. При этом сечение изменяется по высоте опоры – от максимального в основании до минимального в верхней части опоры. В России к опорам этого типа относятся опоры ПМ, которые выпускались ограниченными партиями для ВЛ 110 и 220 кВ. Преимущества опор данного типа состоят в следующем:
- малый поперечный размер;
- простой фундамент (как правило, продолжение самой стойки как и у железобетонной опоры);
- хорошая загрузка транспортных средств;
- вандалоустойчивость (отсутствие элементов, которые могут быть расхищены).
К недостаткам стальных опор типа «столб» следует отнести сложность изготовления, большой вес, высокую стоимость, плохую лазовость и наличие замкнутых полостей, что требует обеспечения герметичности конструкции на протяжении всего срока эксплуатации опор с целью предотвращения образования внутри опоры конденсата и вызванной этим интенсивной коррозии внутренней поверхности конструкции.
Таким образом, используемые в мировой практике стальные опоры различных типов имеют как свои достоинства, так и недостатки, что открывает широкий путь для разработки новых конструкций.
Стальные опоры нового типа
В результате анализа достоинств и недостатков железобетонных опор и стальных опор различных схем в научно-проектном предприятии ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», входящем в группу компаний ЭЛСИ, разработаны стальные опоры нового типа из гнутых профилей переменного сечения для ВЛ 6–10 кВ.
Первая серия опор получила обозначение С10П. При разработке опор серии С10П, как нам кажется, удалось максимально использовать достоинства стальных опор башенного типа и опор типа «столб». Стойка опор С10П выполнена трехгранной, при этом две грани выполнены из листа переменного сечения, а третья грань – решетчатой. Такая схема опоры позволила, с одной стороны, сохранить узкую базу опоры, как у опор типа «столб», что не требует сложного фундамента, а с другой стороны, позволила избежать наличия замкнутых полостей и обеспечила лазовость опоры при хорошей вандалоустойчивости.
С целью повышения надежности ВЛ 6-10 кВ в опорах С10П оптимизирована подвеска проводов:
- увеличены междуфазные расстояния до 230 мм против 130 мм
- у железобетонных опор;
- применено подвесное крепление проводов с использованием специально разработанного подвесного полимерного изолятора ЛК 70/10.
- Механическая прочность стойки на изгиб составляет 74 кНм против 35-50 кНм у железобетонных опор. Повышенная прочность стойки позволяет использовать на ВЛ 6 – 10 кВ провода сечением до
- 120 мм2 с увеличенными пролетами.
Для условий средней полосы России стоимость 1 км ВЛ 6–10 кВ на опорах «ВНПО ЭЛСИ» с подвесными полимерными изоляторами составляет 240 000 руб/км (на железобетонных опорах и штыревых изоляторах – 170 000 руб/км). Однако в районах Крайнего Севера стоимость 1 км ВЛ на опорах С10П составит уже 1 800 000 руб/км,
а на железобетонных – 2 000 000 руб/км. Объясняется это тем, что в районах со сложными условиями строительства основную составляющую цены определяет стоимость не материалов, а перевозки и строительно-монтажных работ, которые для ВЛ на опорах С10П существенно ниже.
С целью упрощения проектирования ВЛ с применением опор С10П в ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» разработаны типовые проекты, позволяющие осуществлять привязку опор С10П к конкретным условиям. В типовых проектах представлена полная номенклатура опор серии С10П для сталеалюминиевых и самонесущих изолированных проводов и приведены необходимые расчетные данные. Опоры серии С10П промышленными партиями выпускаются ЗАО «ЭЛСИ Стальконструкция», входящим в состав группы компаний ЭЛСИ.
В акте приемочных механических испытаний, выполненных фирмой «ОРГРЭС», отмечено, что по своим характеристикам опоры отвечают лучшим отечественным и мировым образцам. Конструкции опор защищены патентами РФ.
Сегодня основными потребителями опор этого типа являются предприятия нефтегазового комплекса: «Газпром», «Транссибнефть», «Сибнефтегаз», «Нортгаз», «Юрхаровнефтегаз». С 2002 года ОАО «Газпром» при строительстве ВЛ в районах Крайнего Севера применяет только стальные опоры серии С10П. Они одобрены и рекомендованы Госгортехнадзором. На опорах С10П построено уже более 800 км ВЛ 6–10 кВ, большей частью в суровых климатических и грунтовых условиях Заполярья и Крайнего Севера. В процессе эксплуатации на них не зафиксировано ни одной аварии, что доказывает преимущества применения стальных опор по сравнению с железобетонными.
| 
|
