CC BY
118
УДК 621.315
ОСОБЕННОСТИ СООРУЖЕНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛЭП ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ВЫСОКОГОРНЫХ
УСЛОВИЯХ
Калматов Ч.Ч., КГЭУ, аспирант, lopuhovaTV@mail.ru Лопухова Т.В., КГЭУ, канд. пед. наук, профессор, lopuhovaTV@mail.ru
В статье осуществлён анализ особенностей проектирования, сооружения, монтажа и эксплуатации воздушных линий электропередачи (ВЛЭП) в высокогорных условиях республики Кыргызстан.
Ключевые слова: линии электропередачи, высокогорные условия.
Введение. Республика Кыргызстан расположена в сердце Центральной Азии. Горы занимают 90% территории республики. Климат умеренный с чертами резкой континентальности, что способствует весьма жаркому лету и холодной зиме. Высоко в горах стоят вечно холодные ледники, за счёт которых республика богата мощными горными реками, что является показателем большого запаса энергетических ресурсов.
На сегодняшний день обеспечение надёжности электроснабжения по воздушным линиям электропередачи (ВЛЭП) при оптимизации затрат становится одной из наболевших проблем. Потери электроэнергии, связанные с нерациональной эксплуатацией в высокогорных условиях, порождают проблемы энергосбережения и влияют на надёжность электроснабжения. Вопросы надёжности работы линий электропередачи и устойчивости целостной энергетической системы остаются актуальными и в настоящее время [1; 2].
Развитая промышленность и сельское хозяйство Республики Кыргызстан требуют большого объёма энергоснабжения. В настоящее время ощущается необходимость сооружения новых распре-
52
делительных сетей и модернизации линий электропередач высокого напряжения (рис.1). В Кыргызстане в ближайшие несколько лет планируется завершить строительство подстанции Датка, а также ЛЭП Датка-Кемин. С помощью этой подстанции можно обеспечить электроэнергией юг страны и не зависеть от услуг узбекских сетевых компаний. Сооружение ЛЭП Датка-Кемин будет обеспечивать полное бесперебойное электроснабжение севера Кыргызстана.
Особенности проектирования, монтажа и эксплуатации ВЛЭП. Условия высокогорья предъявляют специфические требования к проектированию, сооружению, монтажу и к эксплуатации воздушных линий [3]. Стоит вопрос: «Каким образом особенности высокогорья, специфика проектирования, сооружения и эксплуатации ВЛ влияют на надёжность электроснабжения промышленности, сельского хозяйства и жилищно-бытового сектора Республики?»
Для решения этого вопроса требуется: проанализировать условия сооружения и эксплуатации ВЛЭП, учитывая климатиче-
Рис. 1. Высоковольтная ВЛЭП в горах
53
ские условия; рассмотреть нормы проектирования ВЛЭП в высокогорных условиях; рассмотреть особенности монтажа ВЛЭП; изучить особенности эксплуатации ВЛЭП; проанализировать аспекты энергосбережения.
Особенности проектирования ВЛЭП связаны с горным рельефом (рис.2) и соответственно с выбором специальных конструкций опор, с большим сопротивлением скальных грунтов, а также с выбором изоляции в условиях пониженного давления и разреженного воздуха.
Рис. 2. Пролёт ВЛЭП с разновысоким креплением проводов на опоре
Металлические опоры чаще всего устанавливают, предварительно собрав их на земле в горизонтальном положении. При этом подъем опоры осуществляют поворотом вокруг шарниров, прикреплённых к фундаменту, с помощью грузоподъёмных кранов,
54
монтажных стрел, такелажной оснастки и тяговых механизмов. Разумеется, проще и производительнее было бы поднять и установить на фундамент опору специальным краном-установщиком опор, однако такие краны тяжелы и дороги. Серийный выпуск специальных кранов уже налажен для монтажа железобетонных опор, для которых установка опор способом поворота почти не применяется [4].
Способ монтажа поворотом обладает некоторыми достоинствами, главным из которых является сравнительная лёгкость комплектации необходимой оснастки. К тому же оснастка и механизмы используются лишь непродолжительно только на время подъёма опоры, что позволяет одновременно собирать ряд одинаковых опор и поднимать их последовательно одним комплектом механизмов и приспособлений. При этом сборка опор и подъёмной оснастки выполняется на земле в удобном положении, что облегчает осмотр, контроль, обеспечение качества и безопасности работ.
На рис. 3 показано начало подъёма опоры типа "Рюмка" способом поворота вокруг оси шарниров, укреплённых к "ногам" опоры и к фундаменту с помощью монтажной (падающей) стрелы и тяговых механизмов (не показаны). На рис. 4 показано окончание подъёма портальной свободностоящей металлической опоры способом поворота вокруг оси шарниров. Существенный недостаток этого способа - необходимость в большой свободной монтажной площадке для размещения собираемой опоры и монтажной оснастки и для передвижения тяговых механизмов в процессе подъёма опоры. При плотной застройке такой площадки иногда невозможно найти, а при сложном рельефе местности организация площадки (например, в горах) может обойтись слишком дорого. К недостаткам нужно отнести также необходимость в мощных якорях и других приспособлениях, в результате этого установка поворотом высоких и тяжёлых опор сложна, а в ряде случаев и не-
55
рациональна по технико-экономическим соображениям.
Рис. 3. Начало подъёма опоры 4. Окончание подъёма портальной опоры
типа «Рюмка»
Для подъёма поворотом различных по массе и высоте опор приходится иметь оснастку и механизмы различных характеристик. Для доставки комплекта оснастки и тяжёлых механизмов иногда сооружаются подъездные дороги. Все это заставляет искать, находить и применять в конкретных условиях другие способы установки опор, описанные далее, в частности, монтаж способом вертикального наращивания, монтаж с помощью вертолётов и др.
Если в начале подъёма грузоподъёмный кран приподнимает верхушку опоры на определённую высоту, то после этого для дальнейшего подъёма в работу вступает тяговый трактор, дотягивающий опору до вертикального положения с помощью тросов-"вожжей", прикреплённых к опоре (рис. 5). Другой трактор или кран осуществляет в конце подъёма торможение опоры с помощью направленного в противоположную сторону тормозного троса. Затем крепят оттяжки, а тяговый и тормозной тросы сбрасывают. При такой организации работ не нужна монтажная стрела, для установки которой потребовалось бы больше времени (но то-
56
гда освободился бы кран).
Рис.5. Установка опоры в вертикальное положение с помощью трактора
Способ вертикального наращивания по сравнению со способом поворота весьма трудоёмок и сложен, однако в определённых условиях его успешно применяют для многих типов решетчатых свободностоящих металлических опор, используя следующие преимущества этого способа: существенное уменьшение объёма подготовительных работ, небольшую массу необходимого монтажного оборудования и приспособлений. Болтовые промежуточные сво-бодностоящие одностоечные опоры воздушных линий электропередач 110-330 кВ можно монтировать способом вертикального наращивания с помощью всего лишь одной монтажной мачты, блоков, монтажных лестниц и лебёдки. После сборки нижней секции монтажную мачту переставляют на все четыре верхних угла смонтированной секции поочерёдно и с каждой стоянки монтируют со-
57
ответственный поясной уголок следующей секции. Каждый поясной уголок поднимают вместе с прикреплённым к его верхнему концу блоком с пропущенной в него верёвкой и затем пользуются им для подъёма уголков обрешётки. На собранной стойке монтируют (с помощью той же монтажной мачты) трос стойку. Верхние траверсы монтируют секциями с помощью блоков, прикрепляемых к трос стойке, а нижние траверсы поднимают секциями с помощью блоков, подвешиваемых к верхним траверсам.
Монтаж ВЛЭП с помощью вертолётов показан на рис. 6, 7 и 8.
Рис. 6. Подъем опоры (фото)
58
Рис. 7. Подъем опоры (схема)
Рис.8. Монтаж проводов ВЛЭП с вертолёта
Эксплуатация ЛЭП в горных районах имеет много специфических черт и особенностей. Непроходимость дорог в осенне-зимний период даже для гусеничного транспорта сильно затрудняет и затягивает исправление повреждений. Ошибки в проектной документации, недостаточная квалификация строительного персонала, плохая организация работ приводят к перерасходу значительных средств по их выявлению и исправлению.
И если текущий и капитальный ремонт могут быть приурочены к тёплому периоду (апрель-октябрь), то аварийные ситуации чаще всего связаны с неблагоприятными погодными явлениями и наблюдаются чаще всего в зимний период. Аварии на горных ЛЭП чаще всего механического происхождения и связаны с гололёдными и ветровыми нагрузками, сейсмичностью, пляской проводов, обвалами, оползнями, лавинами подмыванием фундаментов опор и т.п. Ликвидация последствий аварий и восстановление нормального электроснабжения требует большого периода време-
59
ни, что связано со значительной трудностью доставки к месту аварии ремонтного персонала, механизмов и материалов. Большую помощь здесь могли бы оказать вертолёты, однако аварии на ЛЭП чаще всего случаются при плохих погодных условиях, когда они подниматься не могут.
При эксплуатации ВЛЭП в условиях высокогорья следует принимать во внимание сложность текущей диагностики состояния линий. Диагностика линий электропередач высокого напряжения осуществляется как дистанционно (без контакта), так и контактно. К контактным методам диагностики относятся: измерение сопротивления (переходное сопротивление контактов и сопротивление изоляции постоянному току); испытания повышенным напряжением; измерение распределения напряжения по гирлянде фарфоровых изоляторов с помощью измерительной штанги. Эти методы весьма трудоёмки и трудно осуществимы в условиях высокогорья. Перспективными современными методами без контакта с объектом диагностики являются тепловизионный, акустический, оптический и комплексный.
Эксплуатация ЛЭП в высокогорных условиях требует много усилий рабочего персонала. Для улучшения условий труда предлагается ряд мероприятий: увеличение численности рабочего персонала; расширение применения транспорта для обслуживания ВЛЭП как наземного, так и воздушного; своевременный бесконтактный контроль состояния оборудования; своевременная замена физически и морально устаревшего оборудования; внедрение новых технологий при обслуживании ВЛЭП.
Результаты обследования горных линий сверхвысокого напряжения позволили ввести в эксплуатацию ряд таких уникальных по своим конструктивным инженерным решением линий электропередач, как ЛЭП-500 кВ от Токтогулской ГЭС до подстанций «Лочин» и «Фрунзенская». Опыт эксплуатации этих линий показал, что они имеют довольно высокую надёжность и удовлетворяют
60
предъявленным техническим требованиям. При этом доля повреждений из-за воздействия природных факторов (снегопада, гололёда, ветра и грозы) оказалась ниже, чем на равнинных ВЛ.
Анализ состояния проблемы исследования оптимизации затрат на сооружение и эксплуатацию ВЛЭП и обеспечения надёжности электроснабжения в условиях высокогорья позволяет сделать следующие выводы.
Дальнейшим направлением научных исследований является последовательное накопление статистических данных и уточнение расчётных формул, полученных на основе математической статистики; более тщательный анализ опыта эксплуатации, разработки и внедрения новых материалов, как в механической, так и в электрической части линий электропередачи, а также решение общеинженерных задач, разработка новых методов расчёта и новых научных направлений, изобретательство и рационализаторство.
В будущем, для повышения надёжности электроснабжения республики, усиления связи между северной и южной частями энергосистемы, а также возможности экспорта электрической энергии в другие страны, в Кыргызстане предусмотрено строительство новых линий электропередачи 500 кВ с учётом всех специфических особенностей высокогорья.
Источники
1. Рахимов К.Р., Беляков Ю.П. Горные линии электропередачи. Б.: КТУ, 1999. 284 с.
2. Нормы технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35-500 кВ. Б.: Издательство ОАО «НЭС Кыргызстана», 2008. 38 с.
3. Сажина Н.Ф. Вопросы техники высоких напряжений горных линий электропередачи. М.: ГНИЭИ, 1984. 117 с.
4. Калматов Ч. Ч. Особенности монтажа ЛЭП 500 кВ в высокогорных условиях. Международная конференция «Тинчуринские чтения». Казань, КГЭУ, 2012. С. 68.
5. Калматов Ч. Ч. Сооружение и эксплуатация ЛЭП высокого напряжения в высокогорных условиях. Международная конференция «Тинчуринские чтения». Казань, КГЭУ, 2011. С. 35.
61
References
1. Rakhimov K.R., Belyakov Yu.P. Gornye linii elektroperedachi. B.: KTU, 284, 1999.
2. Normy tekhnologicheskogo proektirovaniya vozdushnykh linii elektroperedachi naprya-zheniem 35-500 kV. B.: Izdatel'stvo OAO «NES Kyrgyzstana», 38, (2008).
3. Sazhina N.F. Voprosy tekhniki vysokikh napryazhenii gornykh linii elektroperedachi. M.: GNIEI, 117, (1984).
4. Kalmatov Ch.Ch. Osobennosti montazha LEP 500 kV v vysokogornykh usloviyakh. Tin-churinskie chteniya, Kazan', KGEU, 68, (2012).
5. Kalmatov Ch.Ch. Sooruzhenie i ekspluatatsiya LEP vysokogo napryazheniya v vysokogornykh usloviyakh. (Tinchurinskie chteniya, Kazan', KGEU, 35, 2011).
Information
Kalmatov Ch.Ch., Lopukhova T.V.
CONSTRUCTION AND OPERATION OF TRANSMISSION LINES AT HIGH ALTITUDES
Master's thesis carried out an analysis of high altitudes climatic conditions of the Kyrgyz Republic. We present aspects of the design, construction, installation and operation of overhead lines in mountainous conditions. Service conditions of power lines in the conditions of highlands are considered. Keywords: power lines, conditions of highlands.
Дата поступления 16.11.2014.
62
