Программно-технический комплекс по выбору схем для сборки и установки быстромонтируемых опор воздушных линий электропередачи Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

(XIX Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. 2014. С. 417-422.

23. Браславский И. Я., Плотников Ю. В., Ишматов З. Ш. [и др.]. Оценка технико-экономической эффективности внедрения частотно-регулируемых электроприводов с емкостными накопителями энергии в крановых механизмах // Электротехника. 2014. № 9. С. 24-29.

24. Мартьянов А. С., Фрайштетер В. П., Сушков В. В. Создание отказоустойчивой системы питания установок электроцентробежных насосов с частотно-регулируемым приводом на основе современных накопителей энергии // Нефтяное хозяйство. 2017. № 4. С. 109-112. Б01: 10.24887/0028-24482017-4-109-112.

25. Пат. 163553 Российская Федерация, МПК Н 02 J 9/06. Устройство гарантированного питания управляемого привода электродвигателей ответственных механизмов / Сушков В. В.,

Мартьянов А. С. № 2015138527; заявл. 09.09.15; опубл. 27.07.16, Бюл. № 30.

МАРТЬЯнов Антон Сергеевич, главный специалист электротехнического отдела ПАО «Гипротюмен-нефтегаз».

Адрес для переписки: asmartianov@gmail.com СуШков валерий валентинович, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Энергетика» Нижневартовского государственного университета.

Адрес для переписки: Sushkovvv@gray-nv.ru

Статья поступила в редакцию 17.10.2017 г. © а. С. Мартьянов, в. в. Сушков

удк 621.31517004.4 д. и. плвлов

о. д. сдвотин П. И. сухднов

Филиал Акционерного общества «Научно-технический центр Федеральной сетевой компании Единой энергетической системы» — Сибирский научно-исследовательский институт энергетики, г. Новосибирск Федеральная сетевая компания Единой энергетической системы, г. Москва

ПРОГРДММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ВЫБОРУ СХЕМ ДЛЯ СБОРКИ И УСТДНОВКИ БЫСТРОМОНТИРУЕМЫХ ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДДЧИ

В статье представлено описание программного обеспечения, разработанного филиалом АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ в рамках выполнения НИОКР «Разработка быстровозводимых опор (опор аварийного резерва) для проведения аварийно-восстановительных работ на ВЛ 220—500 кВ». Программное обеспечение позволяет наиболее оптимально определить вариант монтажных схем опор и вариант их расстановки на аварийном или реконструируемом участке ВЛ.

Использование комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор совместно с программным обеспечением позволит значительно сократить время аварийно-восстановительных работ.

Ключевые слова: высоковольтные линии электропередачи, временные опоры, быстровозводимые опоры, программное обеспечение по выбору сборочных схем опор.

Разработка проведена в рамках выполнения НИОКР «Разработка быстровоз- т водимых опор (опор аварийного резерва) для проведения аварийно-восста- | новительных работ на ВЛ 220—500 кВ».

введение. В рамках выполнения НИОКР фи- восстановительных работ на ВЛ 220-500 кВ. Кроме

лиалом АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ был этого, комплект может быть использован при про-

разработан комплект для сборки и установки бы- ектировании временных обводных участков ЛЭП,

стромонтируемых опор для проведения аварийно- для реконструкции или ремонта отдельных опор,

или участков ВЛ. Комплект разработан в соответствии с действующей нормативной документацией [1 — 5] отраслевыми нормами [6 — 8] и соответствует концепции проектирования опор ВЛ для выполнения аварийно-восстановительных работ [9, 10].

Комплект на сборку быстровозводимых опор состоит из однотипных составных частей опоры, фундаментов, механизмов и приспособлений для монтажа, такелажа и инструментов. В состав комплекта могут быть включены один или несколько типов фундаментов под оттяжки в зависимости от конкретной потребности для разных грунтовых условий, также по требованию заказчика в комплект могут быть дополнительно включены специальные механизмы и средства малой механизации.

Все элементы комплекта размещаются в стандартные автомобильные контейнеры. Количество контейнеров может варьироваться в зависимости от требуемого количества опор для единовременной установки. Такое размещение комплекта позволяет упростить хранение, доставку и сократить время сборов и подготовки к выезду на место аварийно-восстановительных работ.

Комплект для сборки и установки быстромон-тируемых опор разработан для применения на ВЛ 220 — 500 кВ, расположенных в различных климатических и геологических условиях с подвеской различных марок проводов и тросов. Из сборочных элементов комплекта формируются различные схемы опор в зависимости от исходных условий.

При возникновении аварийных ситуаций на ВЛ основным фактором является скорость устранения аварии. Подготовительные работы, проводимые ещё до выезда на место аварийно-восстановительных работ, являются неотъемлемой и немаловажной частью всего цикла работ.

Полная готовность комплекта опоры, инструментов и приспособлений для монтажа не всегда является гарантией незамедлительного выезда к месту проведения работ. Тем более в связи с обширной областью применения комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор, необходимо оперативно и наиболее оптимально определить сборочные схемы опор, места их установки на участке аварийно-восстановительных работ и подобрать фундаменты для закрепления оттяжек. Кроме вышесказанного, необходимо проверить несущую способность опор и фундаментов с учетом климатических и геологических условий участка, а также величин фактических межопорных расстояний (пролетов).

Для решения этих задач в рамках НИОКР было разработано программное обеспечение (ПО), поставляемое вместе с комплектом для сборки и установки быстромонтируемых опор. Применение данного ПО является одним из факторов обеспечения оперативного восстановления электроснабжения при повреждениях опор на линиях электропередачи.

При возникновении аварийной ситуации на ВЛ на обслуживающем линию предприятии, имеющем в своем распоряжении комплект для сборки и установки быстромонтируемых опор, оператор в кратчайшие сроки при помощи программного обеспечения может подготовить всю необходимую документацию для возможности выполнения работ на аварийном участке ВЛ.

назначение и основные возможности программного обеспечения. Программное обеспечение (ПО) предназначено для выбора варианта монтаж-

ных схем быстромонтируемых опор и варианта их расстановки, исходя из конкретных климатических, геологических, геоморфологических и прочих условий аварийного или реконструируемого участка ВЛ.

Результатом работы ПО является монтажная схема опоры, спецификации основных элементов, фундаментов, монтажных приспособлений и механизмов, а также технологическая документация на монтаж.

К основным функциональным возможностям ПО относятся:

— расстановка опор комплекта на профиле;

— систематический расчет провода на заданные исходные условия;

— проверка габаритных расстояний от провода до земли;

— расчет нагрузок, действующих на опору в конкретных, заданных оператором, условиях и конкретных пролетах;

— расчет назначенной программой схемы бы-стромонтируемой опоры на фактические нагрузки, определение усилий и проверка несущей способности опоры и её элементов;

— определение глубины заложения фундаментов оттяжек, принятых исходя из конкретных геологических условий площадки и усилий в оттяжках, полученных при расчете.

Кроме вышесказанного, ПО формирует документацию необходимую для проведения аварийно-восстановительных работ:

— паспорт реконструируемого участка на основе вводимых исходных данных и данных, полученных при расчетах;

— монтажные схемы опор и фундаментов для закрепления оттяжек;

— спецификации элементов опоры, фундаментов и монтажных приспособлений по выбранному варианту;

— технологическую документацию на монтаж.

Комплект документации формируется программой автоматически после успешного завершения всех расчетов.

Алгоритм работы По. Работу программного обеспечения можно представить как взаимодействие следующих программных блоков:

— блок сбора и обработки информации;

— логический блок;

— расчетные блоки;

— блоки баз данных;

— блок вывода результатов.

Укрупненная схема работы программы представлена на рис. 1.

Каждый программный блок состоит из модулей, которые взаимодействуют между собой по определенному алгоритму. Каждый модуль отвечает за конкретный функционал программы. Все модули программы написаны на языке программирования С#.

В составе программного обеспечения реализованы следующие основные расчетные модули, модули выбора и подготовки данных:

— модуль систематического расчета проводов;

— модуль сбора нагрузок на опору;

— модуль расчета опоры;

— модуль проверки несущей способности опоры и отдельных её частей;

— модуль расчета фундаментов;

— модуль вывода результатов;

— интегрированные в программу необходимые базы: стационарных опор, основных сборочных

Рис. 1. Блок-схема работы программного обеспечения

Рис. 2. Экранная форма (интерфейс)

схем быстромонтируемых опор, проводов, грозозащитных тросов, фундаментов и грунтов.

Взаимодействие модулей осуществляется следующим образом и в следующей последовательности.

На начальном этапе, в зависимости от введенных оператором необходимых исходных данных и с учетом конкретной расстановки опор на профиле, специализированный модуль производит расчет провода и определяет стрелы провеса, после чего выполняется проверка соблюдения габаритных расстояний от провода до поверхности земли. Затем рассчитываются нагрузки на быстромонтируемую опору от проводов, тросов и ОКСН, а также ветровые нагрузки на стойку опоры в соответствии с ПУЭ [1] и СП 20.13330.2011 [3]. Все необходимые данные для расчета: характеристики проводов, тросов и ОКСН, геометрия опор, коэффициенты и параметры (в соответствии с нормативной документацией) и прочая необходимая информация интегрированы в базы программы, к которым обращается каждый модуль в ходе его работы.

После определения нагрузок на опоры, при помощи модуля расчета опор, происходит определение усилий в элементах конструкции. В модуле реализован расчет конструкции опоры методом конечных элементов (МКЭ).

Дальнейшим действием программа производит сравнение рассчитанных усилий с предельно допу-

стимыми усилиями по конкретным узлам и элементам опоры. Предельно допустимые усилия рассчитаны в соответствии с СП 16.13330.2011 [2], данная информация содержится в соответствующих базах данных ПО. В случае если все элементы удовлетворяют условиям, программа переходит к следующему этапу расчета.

Если какие-либо элементы не соответствуют по одному или нескольким критериям несущей способности, программа сообщает об этом пользователю. В этом случае пользователь может внести одну или несколько корректировок: изменить схему бы-стромонтируемой опоры, увеличить количество бы-стромонтируемых опор в аварийном пролете или изменить пикеты установки опор.

После проверки несущей способности опоры программа переходит к определению несущей способности фундаментов. Расчет закрепления в грунте производится в соответствии с СП 22.13330.2011 [4]. Исходя из полученных ранее при расчете усилий в оттяжках и введенных оператором исходных данных о типе грунта и типах применяемых фундаментов, программа производит расчет заглублений фундаментов.

По окончании выполнения всех расчетов и проверок у оператора появляется возможность просмотра и печати результатов работы программного обеспечения.

Рис. 3. Экранная форма (интерфейс)

ПК420

Рис. 4. Продольный профиль участка

Рис. 5. Эскизы документов для монтажа БМО

Интерфейс ПО и основы работы. Программное обеспечение не имеет специальных системных требований и способно функционировать с минимальным составом технических и программных средств. Программное обеспечение не требует предварительной установки на компьютер пользователя и способно запускаться с электронного носителя.

Программа имеет интуитивно понятный пользовательский интерфейс, который состоит из двух областей: области ввода исходных данных (рабочей области) и графической области. Общий вид экранной формы рабочей среды ПО представлен на рис. 2.

Область ввода данных (правя часть экранной формы) — предназначена для ввода исходной информации, а также для обращения к справочникам и базам данных программы. Область ввода данных состоит из вкладок, разделяющих вводимую информацию по смыслу и определяющих порядок работы программы.

Графическая область (левая часть экранной формы) — предназначена для отображения действий при работе с ПО по мере заполнения исходных данных, графического отображения плана и профиля, а также дополнительной информации, различных сообщений и предупреждений.

Область ввода данных (рабочая область). В верхней части рабочей области расположена панель инструментов ПО. Панель инструментов, представленная на рис. 3, разделена в соответствии с функциональным назначением команд и состоит из восьми частей: «1. Климат, местность», «2. Грунт, фундаменты», «3. Характеристики участка», «4. Профиль участка, расстановка опор», «5. Вывод данных», «Справочники», «Настройки», «Анкерная опора».

Графическая область. В процессе работы с ПО на вкладке «Профиль участка, расстановка опор» в графической области происходит построение продольного профиля и плана реконструируемого участка в зависимости от введенных исходных данных. Пример продольного профиля реконструируемого участка представлен на рис. 4.

На продольном профиле участка отображаются следующие данные:

— профиль уровня земли по пикетам с учетом отметок;

— опоры начала и окончания реконструируемого участка и их марки;

— установленные оператором опоры БМО и их марки, с указанием пикетов установки;

— допустимый габарит (желтая линия) — наименьшее допустимое расстояние от земли до провода;

— провод нижней фазы с учетом стрел провеса полученных в результате расчета провода.

В случае недостаточного минимального габарита от провода до поверхности земли, провод в пролете окрашивается в красный цвет. При этом для обеспечения габарита оператор имеет возможность либо уменьшить пролет, либо установить дополнительную опору.

На плане расстановки опор показана ось существующего реконструируемого участка. В случае установки БМО с выносом от существующей оси на плане дополнительно отображается ось участка ВЛ на быстромонтируемых опорах.

Результат работы ПО. После ввода всех исходных данных и успешно выполненных расчетов становится доступна возможность просматривать, сохранять и выводить на печать результаты.

Комплект документации формируется как из интегрированных в программу чертежей, так и из составленных автоматически, в зависимости от исходных данных и результатов расчетов. Примеры документов, формируемых для монтажа БМО, представлены на рис. 5.

После получения комплекта документации, монтажная организация может незамедлительно выезжать на место аварии. Данного комплекта документов достаточно для проведения полного цикла аварийно-восстановительных работ, начиная от определения мест установки опор и разметки мест монтажа фундаментов, заканчивая монтажом самих опор и подвеской проводов.

Вывод. Применение комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор, являющегося универсальным инструментом для устранения аварий на ВЛ 220 — 500 кВ, позволит упростить аварийное восстановление ВЛ и, как следствие, сократить время отключения и затраты на недоотпуск электроэнергии потребителям.

Разработанное программное обеспечение является неотъемлемой частью комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор. Использова-

ние опор в комплексе с ПО позволит значительно сократить время не только подготовительных работ, но и основных работ по сборке и монтажу за счет оптимально выбранного варианта устранения аварийной ситуации.

Библиографический список

1. Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. Новосибирск: Норматика, 2012. 464 с.

2. СП 16.13330.2011. Свод правил. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81: утв. Приказом Мин-ва регионального развития Российской Федерации от 27 декабря 2010 г., № 791. Введ. 2011-05-20. М.: Минрегион России, 2011. 172 с.

3. СП 20.13330.2011. Свод правил. Нагрузки и воздействия. Актуализированная редакция СНиП 2.01.07-85: утв. Приказом Мин-ва регионального развития Российской Федерации от 27 декабря 2010 г., № 787. Введ. 2011-05-20. М.: Минрегион России, 2011. 80 с.

4. СП 22.13330.2011. Свод правил. Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83: утв. Приказом Мин-ва регионального развития Российской Федерации от 28 декабря 2010 г., № 823. Введ. 2011-05-20. М.: Минрегион России, 2011. 162 с.

5. СП 128.13330.2012. Свод правил. Алюминиевые конструкции. Актуализированная редакция СНиП 2.03.06-85: утв. Приказом Мин-ва регионального развития Российской Федерации от 29 декабря 2011 г., № 619 Введ. 2013-01-01. М.: Минрегион России, 2012. 90 с.

6. СТО 56947007-29.240.55.192-2014. Нормы технологического проектирования воздушных линий электропередачи напряжением 35-750 кВ. Стандарт организации: Утв. Приказом ОАО «ФСК ЕЭС» от 20.11.2014, № 525. М.: ОАО «ФСК ЕЭС», 2014. 72 с.

7. Положение ПАО «Россети» о единой технической политике в электросетевом комплексе: утв. советом директоров ПАО «Россети» (протокол от 22.02.2017, № 252). М.: ПАО «Рос-сети» 2017, 195 с.

8. Общие технические требования к воздушным линиям электропередачи 110-750 кВ нового поколения: утв. ОАО «ФСК ЕЭС» 16.02.2005. URL: http://energy-sp.narod.ru/ doc/01/2005-01-001.pdf (дата обращения: 14.10.2017).

9. Бирюлев В. В., Волков В. В., Репин А. И. О концепции проектирования металлических опор высоковольтных линий электропередач аварийного резерва // Известия вузов. Строительство. 1996. № 11. С. 13-16.

10. Бирюлев В. В., Репин А. И., Волков В. В. Особенности расчета и конструирования стальных опор аварийного резерва высоковольтных линий электропередач // Известия вузов. Строительство. 1997. № 4. С. 19-23.

ПАВЛОВ Артём Иванович, главный специалист отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ.

САВОТИН Олег Александрович, начальник отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ.

СУХАНОВ Павел Иванович, начальник отдела аварийно-восстановительных работ на линиях электропередачи департамента воздушных линий ПАО «ФСК ЕЭС».

Адрес для переписки: savotin@ntcsib.ru, pavlov@ ntcsib.ru

Статья поступила в редакцию 30.10.2017 г. © А. И. Павлов, О. А. Савотин, П. И. Суханов