ТЕХНИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 35 КВ И ВЫШЕ
Методы обследования

Сергей Крылов, к.т.н., заведующий лабораторией изоляционных конструкций и арматуры ВЛОАО «ВНИИЭ», г. Москва

Наряду с выходом из строя отдельных элементов ВЛ в процессе эксплуатации, связанным с браком изготовителей или повреждениями при монтаже, происходит общее старение компонентов ВЛ, находящихся в исправном состоянии. Это вызвано в первую очередь коррозионными процессами в металлических деталях опор, повреждением фундаментов под действием климатических факторов, ухудшением состояния железобетонных стоек опор, проводов, грозозащитных тросов, изоляторов, линейной арматуры, связанным с воздействием изгибающих нагрузок в сочетании с климатическими воздействиями: увлажнением, атмосферными загрязнениями и отрицательными температурами.
Работы по техническому перевооружению, реконструкции и модернизации ВЛ должны производиться по результатам обследования технического состояния ВЛ и компонентов ВЛ. При обследовании необходимо получить достаточно точные и надежные данные, пригодные для анализа. О методах обследования ВЛ – в материале Сергея Валентиновича Крылова.

Задачей обследований ВЛ является получение количественных показателей о темпах потери механической прочности компонентов ВЛ, не имеющих случайных повреждений и заводских дефектов. На основе этих показателей можно выполнить анализ технического состояния ВЛ на момент проведения обследований и расчетную оценку остаточной прочности компонентов ВЛ. Для надежной оценки потерь прочности элемента ВЛ в период длительной эксплуатации целесообразно проводить обследование двумя или более методами, основанными на разных принципах.

• математического моделирования опор ВЛ, проводов и грозозащитных тросов;
• лабораторных испытаний демонтированных с ВЛ образцов компонентов (проводов, грозозащитных тросов, изоляторов и линейной арматуры);
• статистической оценки и потоков отказов отдельных компонентов (изоляторов и др.).

• приработка ВЛ, когда устраняются дефекты оборудования и монтажа и поток отказов снижается;
• нарастание потока отказов и стабилизация на среднем уровне;
• вхождение в режим нормальной эксплуатации;
• эксплуатация в режиме прогрессирующего старения.

Формы зависимости потока отказов от времени для ВЛ различной конструкции могут иметь несколько отличные конфигурации (рис. 1).

Зависимость параметра потока отказов ВЛ отдельных видов w от срока службы t

• утвержденный проект ВЛ;
• паспорт ВЛ;
• рабочие чертежи, схемы;
• исполнительная трасса (профиль);
• журналы монтажа;
• акты на скрытые работы;
• протоколы испытаний и измерений;
• акты измерений и осмотров;
• акты приемки в эксплуатацию;
• материалы технического обслуживания и ремонта ВЛ.

• Правила устройства электроустановок;
• Государственные стандарты на материалы и комплектующие;
• Строительные нормы и правила (СНиП);
• Нормы технологического проектирования и др.

• климатическими условиями;
• показателями загрязненности атмосферы;
• типами применяемых опор и фундаментов;
• марками используемых проводов и грозозащитных тросов;
• характерными повреждениями компонентов ВЛ за период эксплуатации.

• измерительные средства универсального назначения (линейки, штангенциркули, микрометры, глубиномеры и др.);
• толщиномеры остаточной толщины стальных профилей;
• толщиномеры покрытий;
• толщиномеры остаточных сечений стальных тросов и проводов ВЛ;
• измерители расстояний от земли до проводов (тросов);
• специальные средства для измерения остаточной прочности (твердости) бетона.

Стальные опоры Обследование Коррозия элементов опоры Снижение прочности стальных опор оценивается по коррозионному износу, определяемому как уменьшение толщины стальных элементов, из которых выполнена ферменная конструкция опоры. Измерения коррозионных потерь стальных опор и других компонентов ВЛ целесообразно проводить выборочно. Объемы выборки определяются с использованием теории вероятности и математической статистики. Объем выборки при проведении обследований стальных опор должен составлять от 5 до 10% от количества опор данного типа, примененных на ВЛ. При этом следует учесть степень агрессивности атмосферы вдоль трассы ВЛ и выделить, если это возможно, участки ВЛ, на которых следует ожидать повышенные коррозионные потери стальных конструкций опор. На первом этапе по профилям и плану ВЛ следует составить план обследований с выездом на трассу. По результатам первых обследований следует обработать величины измеренных коррозионных потерь стальных конструкций, определить характер коррозии (общей, питтинговой или и той и другой). При стабильных результатах скорости коррозионных процессов общей коррозии на опорах вдоль трассы ВЛ объем выборки может быть принят по нижней границе (5% от общего числа опор). При выявлении существенных различий по глубине коррозии на разных участках ВЛ высотах опор и др., программу исследований необходимо скорректировать по величине выборки и уточнить расположение опор, подлежащих обследованию. Фундаменты опор Наиболее распространенной конструкцией фундаментов для металлических опор ВЛ, как промежуточных, так и анкерно-угловых, являются грибообразные фундаменты. Кроме того, в ряде случаев на ВЛ применяются фундаменты из монолитного бетона или железобетона, свайные фундаменты из железобетонных свай и, наконец, стальные фундаменты сварной конструкции или из стальных свай. Грибообразные железобетонные фундаменты изготовляются на заводе и доставляются обычно автотранспортом на трассу строящейся ВЛ. Такие фундаменты устанавливаются в котлованы и засыпаются землей так, что наверху остается выступающая часть высотой 0,5–0,8 м, к которой крепится стойка опоры. При этом около 90% объема фундамента остается в земле на весь период эксплуатации ВЛ. Практика показала, что эрозионным и механическим повреждениям в большей степени подвергается часть фундамента, выступающая над землей. Повреждения фундаментов в виде сколов и трещин связаны с воздействием влаги и температурными изменениями в переходные осенне-зимний и зимне-весенний периоды, а также со случайными механическими повреждениями при монтаже опор. Такие повреждения выявляются при обследовании ВЛ. Необходимо отметить, что полное визуальное обследование эксплуатируемых фундаментов весьма затруднено. Случаи, когда производится откопка фундаментов, редки. Однако при тщательных обследованиях удается организовать откапывание фундамента на глубину до 1 метра. Износ монолитных железобетонных фундаментов связан, как правило, с плохим качеством бетона, низкой его плотностью. В этом случае влага проникает сквозь бетон к стальной арматуре. Коррозионные процессы в стальной арматуре протекают с образованием окислов железа, т.е. ржавчины, объем которой в несколько раз превышает объем коррозировавшей стали, что приводит к разрыву бетона с образованием трещин. Тросовые оттяжки опор Проблему износа тросовых оттяжек опор следует рассматривать в двух аспектах: коррозионный износ U-образных проушин закладных железобетонных плит и U-образных болтов; коррозионный износ стальных тросовых оттяжек. Коррозионный износ стальных тросов требует особого подхода и во многом подобен износу грозозащитных тросов.

Фото 1 Фундаменты стальных опор Фото 2 Отрытый фундамент после прохождения селевого потока Фото 3 Тросовые оттяжки опоры Фото 4 Железобетонная опора

К настоящему времени не созданы надежные методы анализа технического состояния подземных элементов опоры приборными средствами. Для изучения технического состояния узла крепления оттяжек к закладным плитам, скрытым в земле на глубине 2,5–3,0 м, необходимо производить трудоемкие работы для обнажения железобетонной плиты. Результаты такого обследования невозможно обработать статистическими методами для получения полной характеристики явления. При этом следует принимать во внимание то, что для отдельных опор могут возникать локальные ситуации, когда подземная коррозия активно прогрессирует под действием аномальных неблагоприятных влияний либо же когда коррозия активируется при особо благоприятных для нее грунтовых условиях.
В связи с этим вопрос о представительной выборке должен решаться с учетом экономических возможностей заказчика обследования, но количество обследованных деталей закладных плит и U-образных болтов, вскрытых на разных опорах участков ВЛ, должно быть не менее трех на каждые 100 км ВЛ.

Как элемент опоры ВЛ тросы оттяжек работают в условиях открытой атмосферы. Верхняя часть троса крепится обычно к круглой детали опоры через металлический коуш, а нижняя ее часть закрепляется к клиновому зажиму, присоединенному к U-образному болту, соединяемому с закладной плитой, находящейся в земле.
Обследования технического состояния тросов оттяжек необходимо проводить в лабораторных условиях. Оценочные данные о состоянии тросов оттяжек можно получить путем испытаний в лабораторных условиях тросов оттяжек на образцах длиной 0,5 м, полученных при отрезании свободных выпусков тросов из клиновых зажимов.
Для получения полноценных данных о темпах снижения механической прочности тросов оттяжек опор необходимо провести механические испытания на разрыв образцов оттяжек, полностью демонтированных с опоры.

Оценка технического состояния стальных опор проводится на основе анализа технического состояния деталей стальных опор.
По результатам измерений определяется среднее значение толщины стенки элемента X— и среднее квадратичное отклонение sх. Расчетная толщина стенки элемента Хр с обеспеченностью 0,95 определяется по формуле:

Начальную толщину стенки элемента Х0 рекомендуется определять на участке элемента, где сохранилось первоначальное защитное покрытие, производя замеры по приведенной выше методике. При этом X0 с обеспеченностью 0,95 определяется по формуле:

При расчетах прочности опоры, проводимых по специальным компьютерным программам, учитываются показатели коррозионного износа, полученные на основе прямых измерений.
Расчеты позволяют оценить вероятность разрушения опор длительно эксплуатируемых ВЛ и определить срок их дальнейшей эксплуатации. С этой целью рассчитывается прогнозируемый коррозионный износ атn за планируемый срок эксплуатации ВЛ по формуле:

где Т – для незащищенных конструкций – промежуток времени от начала строительства, а для конструкций, имеющих защитные покрытия на момент строительства, – промежуток времени от разрушения защитных покрытий до рассматриваемого срока эксплуатации ВЛ;
М – средняя величина коррозионных потерь, приведенная к первому году эксплуатации, мкм;
n – эмпирический безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,6 для слабоагрессивной среды, 0,8 для среднеагрессивной среды и 1,0 для условий агрессивной среды.
Для условий агрессивной среды формула принимает вид:

т.е. проявляется линейная зависимость коррозионных потерь металлоконструкций от срока их эксплуатации.

Железобетонные опоры
Обследование

Методика распространяется в основном на промежуточные опоры, созданные на основе конических или цилиндрических железобетонных стоек, изготовленных методом центрифугирования.
Обследование коррозионных потерь стальных металлических деталей железобетонных опор следует проводить способами, описанными выше.
Обследование железобетонных стоек опор должно производиться по выборке, которую необходимо определить по результатам пробного обследования не менее 3% опор, установленных на ВЛ. Пробные обследования выявляют железобетонные стойки опор, имеющие продольные, поперечные трещины или и те и другие. При этом важно убедиться, что эти трещины возникли в период эксплуатации ВЛ.
Железобетонные опоры, на которых выявлены заводские дефекты или дефекты монтажа, должны регистрироваться в материалах обследований отдельно. В специальных формах, разработанных институтом «Севзапэнергосетьпроект» и используемых при обследованиях, необходимо регистрировать трещины и дефекты опор с указанием их величины и места расположения на стойке.
В качестве основного метода регистрации и документирования дефектов железобетонных опор в виде местных повреждений, поперечных и продольных трещин железобетонных стоек следует использовать съемки цифровой фотокамерой. При этом рядом с обследуемой железобетонной стойкой целесообразно устанавливать рейку от теодолита с мерными делениями. Это позволит определять размеры дефектов опор при компьютерной обработке изображений. Наряду с инвентаризацией железобетонных стоек опор с их характерными дефектами необходимо проверить механические характеристики бетона.

Информация по результатам обследования стоек железобетонных опор сводится в таблицу. Оценивается количество опор с трещинами из числа обследованной выборки. По результатам этого анализа принимается решение при необходимости об обследовании железобетонных опор по дополнительной выборке для получения надежной информации о состоянии железобетонных опор.

В следующем номере журнала автор рассмотрит особенности обследований проводов и грозозащитных тросов, изоляторов и линейной арматуры, применяемых на воздушных линиях электропередачи.