CC BY
82
Суханов П. И. Suhanov P I.
начальник отдела аварийно-восстановительных работ на линиях
электропередачи Департамента воздушных линий ПАО «ФСКЕЭС», г. Москва, Российская Федерация
Савотин О. А. Savotin O. Л.
начальник отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, г. Новосибирск, Российская Федерация
Павлов А. И. Pavlov A. I.
ведущий инженер отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, г. Новосибирск, Российская Федерация
Репин А. И. Repin Л. I.
кандидат технических наук, профессор, ведущий научный сотрудник отдела линий электропередачи Филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ, г. Новосибирск, Российская Федерация
УДК 621.315.1.
УНИВЕРСАЛЬНАЯ БЫСТРОМОНТИРУЕМАЯ ОПОРА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ АВАРИЙНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ
В связи со значительным износом воздушных линий (ВЛ) задача разработки комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор (опор аварийного резерва) при проведении аварийно-восстановительных работ на ВЛ 220-500 кВ является актуальной в настоящее время.
В рамках договора филиал АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ выполняет разработку комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор на ВЛ.
Комплект для сборки быстровозводимых опор состоит из однотипных составных частей, фундаментов, механизмов и приспособлений для монтажа, такелажа и инструментов.
Комплект универсальный и предназначен для использования на всей территории РФ в различных климатических, геологических и геоморфологических условиях. Комплект позволяет проводить аварийно-восстановительные работы на ВЛ напряжением 220, 330 и 500 кВ. В зависимости от учитываемых параметров изменяется только монтажная схема опоры при неизменных сборочных элементах.
Полный сборочный комплект опор размещен в стандартных металлических автомобильных контейнерах. Такое размещение позволяет упростить хранение и доставку комплекта,
Electrical facilmes and systems
а также сократить время сборов и подготовки к выезду на место аварийно-восстановительных работ.
Количество сборочных элементов в составе комплекта рассчитано на возможность одновременной установки трех одноцепных или двух двухцепных опор 220-330 кВ, либо на сборку и установку двух портальных опор 330 или 500 кВ.
Комплект опоры отвечает основным положениям концепции быстромонтируемых опор (опор аварийного резерва):
— быстрый монтаж с использованием легких монтажных механизмов;
— компактность в собранном виде и возможность быстрой доставки на место;
— универсальность и возможность многократного использования.
Данная разработка является инновационной на территории РФ и способна заменить множество различных типов быстромонтируемых опор, использующихся на сегодняшний день.
Ключевые слова: высоковольтные линии электропередачи, опора, изолирующие траверсы, стойка, временные, быстровозводимые и демонтируемые опоры.
EMERGENCY RESTORATION KIT FOR RESTORING FAULTY OVERHEAD TRANSMISSION LINES
The article discusses problem of the development Emergency Restoration Kit (ERK) that is used to quick restore faulty overhead transmission lines 220, 300, 500 kV.
There is the contract between the PJSC «FGC UES» and JSC «R&D FGC UES» of research and development Emergency Restoration Kit for overhead power lines, which is used instead of standard stationary towers.
The kit consists of similar components, foundations, mechanisms and tools for installation, and rigging tools.
ERK is a universal package and is developed for the application on the whole territory of the Russian Federation with various climatic, geological and geomorphological conditions. The only thing that changes is setup diagram.
Packed kit is a system of containers with regular wooden and steel boxes for vehicles. The main task is reducing time of assembling.
The number of assembly elements in the kit is designed for the simultaneous installation of three single-circuit or two double-circuit towers 220-330 kV or the assembly and installation of two gantry towers 330 or 500 kV.
ERK satisfies the basic regulations of the concept of its mission (towers of emergency inventory):
— rapid installation using lightweight erecting mechanisms;
— compact storage and the possibility of rapid delivery to the site;
— universality and reusability.
Nowadays the product is innovative in the Russian Federation and is able to replace many different types of towers of emergency inventory.
Key words: overhead transmission lines, transmission tower, insulator modular assembly, pole, emergency restoration towers.
Введение
В связи со значительным износом воздушных линий (ВЛ) возрастает вероятность аварийного выхода опор из строя. При выходе опор из строя требуется их замена в максимально сжатые сроки.
Таким образом, задача разработки комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор (БМО) (опор аварийного резерва) при проведении аварийно-восстано-
вительных работ на ВЛ 220 кВ и выше является актуальной в настоящее время.
Для решения поставленной задачи в 2016-2017 гг. выполняется НИОКР «Разработка быстромонтируемых опор (опор аварийного резерва) для проведения аварийно-восстановительных работ на ВЛ 220-500 кВ».
Комплект для сборки и установки быстро-монтируемых опор может быть использован не только при проведении аварийно-восстановительных работ по замене поврежденных
опор воздушных линий напряжением 220-500 кВ (при авариях на линиях), но и в работах по проектированию временных обводных участков линий для реконструкции или ремонта отдельных опор или участков одноцепных или двухцепных воздушных линий, а также для временных перезаводов ВЛ при реконструкциях ПС.
1. Основные положения, учитываемые при разработке комплекта
Опоры аварийного резерва должны иметь возможность быстрого разворачивания при использовании легких монтажных механизмов, такелажа и средств малой механизации. При разработке комплекта для сборки и установки опор аварийного резерва были учтены следующие основные требования [1, 2]:
— отсутствие использования заглубленных в грунте железобетонных или других массивных фундаментов;
— компактность в собранном и всегда готовом для транспортировки к месту аварии виде. Комплект быстромонтируемой опоры должен включать все необходимые для монтажа приспособления, инструменты и механизмы. Возможность быстрой доставки всего комплекта, в том числе в отдаленные районы;
— возможность многократного использования комплектов быстромонтируемых опор;
— компоненты опоры должны иметь максимальную заводскую готовность. На строительной площадке компоненты опоры должны соединяться без использования тяжелой строительной техники;
— конструкция закрепления опоры (или какой-либо ее части) в грунте должна обеспечивать возможность выполнения работ при помощи техники, входящей в комплект быстромонтируемой опоры, либо может быть доставлена на трассу без организации специальных подъездных путей и использования специального транспорта;
— конструкция быстромонтируемых опор должна быть выполнена аналогично типовым опорам (расположение фаз, размеры до мест крепления проводов) для обеспечения их установки в существующем коридоре ЛЭП, по возможности без разрезания проводов;
— длина одной секции опоры не должна превышать 3 м;
— масса одной секции опоры не должна превышать 150 кг;
— сборка быстромонтируемой опоры должна осуществляться без использования спецтехники (кран, подъемник и т.п.).
2. Описание комплекта и основных элементов
Комплект на сборку быстровозводимых опор состоит из однотипных составных частей опоры, фундаментов, механизмов и приспособлений для монтажа, такелажа и инструментов.
Полный сборочный комплект опор укомплектован в 2-3 стандартных автомобильных контейнера. Такое размещение комплекта позволяет упростить хранение, доставку и сократить время сборов и подготовки к выезду на место аварийно-восстановительных работ.
Количество сборочных элементов в составе комплекта рассчитано на возможность одновременной установки трех одноцепных или двух двухцепных опор 220, 330 кВ, либо на сборку и установку двух портальных опор 330, 500 кВ.
Комплект состоит из следующих основных сборочных элементов:
— типовая секция стойки;
— опорная секция стойки;
— опорные и подвесные изоляторы для изолирующих и цепных траверс;
— узлы крепления траверс и оттяжек к стойке;
— трос для оттяжек;
— комплект линейной арматуры;
— комплект метизов;
— фундаменты оттяжек.
Основная секция стойки опоры представляет собой сварную пространственную решетчатую конструкцию, выполненную из типового, широко распространенного уголкового проката. Секции стойки квадратного сечения. Материал секции сталь. Стальные конструкции разработаны с учетом требований действующей нормативной документации [3]. Массогабаритные характеристики позволяют производить выгрузку, сборку и монтаж без применения тяжелой техники. Опорные и подвесные изоляторы, а также линейная арматура являются стандартными
Electrical facilities and systems
изделиями заводского изготовления, изготовление по индивидуальному заказу не требуется. В комплект могут быть включены один или несколько типов фундаментов под оттяжки в зависимости от конкретной потребности для разнообразных грунтовых условий.
Также в состав комплекта входят следующие основные инструменты и приспособления для сборки и монтажа опор:
— скользящая монтажная кран-мачта для посекционного монтажа стойки методом наращивания или монтажной мачты для монтажа методом подращивания;
— монтажные площадки для работы на высоте;
— комплект подъемных механизмов (грузовые лебедки, монтажно-тяговые механизмы);
— комплект ручного инструмента;
— комплект страховочных приспособлений для работы на высоте.
По требованию заказчика в комплект быстромонтируемой опоры могут быть дополнительно включены специальные механизмы и средства малой механизации.
3. Область применения разрабатываемого комплекта
Использование комплекта для сборки и установки быстромонтируемых опор наиболее актуально при прохождении ВЛ в удаленных и труднодоступных местностях, доставка новых конструкций в которые или их монтаж носят сезонный характер. Использование быстромонтируемых опор актуально и в тех случаях, когда по различным причинам не возможно быстрое восстановление электроснабжения с использованием стационарных опор. Комплект предназначен для временного восстановления электроснабжения на аварийном участке до момента замены поврежденных стационарных опор.
Комплект для сборки и установки быстро-монтируемых опор предназначен для использования на всей территории РФ, включая территории со сложными климатическими, геоморфологическими и геологическими условиями.
Класс напряжения ВЛ
Состав комплекта универсальный и позволяет проводить аварийно-восстановительные работы на ВЛ 220, 330 и 500 кВ.
50 -
Electrical and
Провода и грозозащитный тросы
БМО для ВЛ 220 кВ рассчитаны на подвеску одного провода в фазе следующих марок: АС 300/39, АС 400/51.
БМО для ВЛ 330 кВ рассчитаны на подвеску двух проводов в фазе следующих марок: АС 300/39 и АС 400/51.
БМО для ВЛ 500 кВ рассчитаны на подвеску трех проводов в фазе следующих марок: АС 300/39 и АС 400/51.
БМО рассчитаны на подвеску одного грозозащитного троса марки 11.0-МЗ-В-0Ж-Н-Р.
На БМО допускается подвеска двух грозозащитных тросов или одного грозозащитного троса совместно с оптическим кабелем ОКСН с уменьшением расчетных пролетов.
Климатические условия
На этапе конструирования и расчетов схем быстромонтируемых опор в качестве базовых приняты наиболее распространенные климатические условия (с учетом расположения существующих ВЛ 220-500 кВ на территории РФ) [4]:
— район по ветру — III (ветровое давление 650 Па);
— район по гололеду — III (толщина стенки гололеда 20 мм).
При использовании БМО в климатических условиях, превышающих расчетные, необходимо уменьшать расчетные пролеты за счет увеличения числа БМО.
Грунтовые условия
Комплект для сборки и установки быстро-монтируемой опоры предназначен для использования на всей территории РФ в широком спектре грунтовых условий [5].
Фундаменты БМО рассчитаны на закрепление в наиболее характерных группах грунтов:
— нормальные грунты: мелкие пески, супеси полутвердые, суглинки и глины в тугопластичном состоянии;
— слабые грунты: пески пылеватые, супеси пластичные, суглинки и глины в теку-чепластичном состоянии;
— дисперсные несвязные грунты: пески гравелистые;
— прочные скальные грунты, характеризуемые расчетным сопротивлением на одноосное сжатие равным 50 МПа;
— вечномерзлые грунты: пластичномерз-лые глинистые грунты.
Для различных групп грунтов предусмотрены следующие типы фундаментов для закреплений оттяжек:
— стальные анкерные плиты;
— грунтовые анкеры Manta Ray;
— винтовые сваи;
— анкерные болты (скальные болты).
4. Описание основных сборочных схем
Комплект для сборки и установки состоит из типовых сборочных элементов. В зависимости от внешних условий и типа стационарной аварийной опоры изменяются сборочные схемы и количество используемых опор БМО.
Разработаны две основные сборочные схемы БМО: одностоечные опоры на оттяжках одно- или двухцепные для ВЛ 220, 330 кВ и портальные одноцепные опоры на оттяжках для ВЛ 330, 500 кВ.
Одностоечная опора представляет собой пространственную конструкцию, состоящую из ствола (стойки), оттяжек и изолирующих траверс. Ствол опоры состоит из отдельных однотипных секций, соединяемых между собой при монтаже. Ствол опирается через пространственный шарнир на опорный узел, поверхностного фундамента. Ствол опоры
удерживается в проектном положении несколькими ярусами оттяжек. На стволе на требуемых отметках через монтажные узлы закреплены изолирующие траверсы для подвески проводов фаз — три траверсы для одноцепной опоры и шесть траверс для двух-цепной. В верхней части ствола предусмотрен узел для крепления одного или двух грозозащитных тросов. Для подвески ОКСН предусмотрен съемный узел крепления. Схемы одностоечных опор представлены на рисунке 1.
Портальные опоры представляют собой пространственную конструкцию, состоящую из двух стоек, оттяжек и изолирующих траверс. Стойки между собой раскреплены затяжками, в проектном положении стойки удерживаются двумя или тремя ярусами оттяжек. Каждая из стоек опирается через пространственный шарнир на поверхностный фундамент. С внешних сторон каждой из стоек установлены изолирующие траверсы для подвески крайних фаз. В центре между стоек монтируется изолирующая цепная траверса для подвески проводов средней фазы. В верхних частях каждой из стоек предусмотрены узлы подвески грозозащитных тросов. Схема портальной опоры представлена на рисунке 2.
Electrical facilmes and systems
Изолирующие траверсы представляют собой составные конструкции из опорных и подвесных стержневых изоляторов, одними концами они закрепляются на стойке опоры, другими соединяются между собой в месте крепления провода фазы. Для различных классов напряжения ВЛ число изоляторов в траверсе варьируется. Для ВЛ 220 кВ в состав изолирующей траверсы входят один опорный изолятор 220 кВ и один подвесной стержневой изолятор 220 кВ. ВЛ 330кВ: два последовательно соединённых опорных изолятора 150 кВ и 220 кВ и два последовательно соединенных подвесных изолятора 220 кВ. Для ВЛ 500 кВ: два последовательно соединенных опорных изолятора 220 кВ и два последовательно соединенных подвесных изолятора 220 кВ. Цепная изолирующая траверса представляет собой последовательно соединенные подвесные изоляторы 220 кВ. В середине цепи предусмотрено место крепления проводов фазы. Цепная изолирующая траверса обоими концами закреплена на разных стойках портальной опоры. Общий вид изолирующей траверсы 220 кВ представлен на рисунке 3.
Таблица 1. Основные характеристики базовых схем БМО
Основные характеристики базовых схем
Шифр стационарной подлежащей замене опоры П220-3 П220-2 3 - 0 m 3 П3 П330-2 П330-9 ПБ-2
Высота опоры, м 43 46 43 49 34 34
Количество основных секций, шт. 14 15 14 16 2 х 11 2 х 11
Количество ярусов оттяжек, шт. 4 5 4 5 2 2
Количество фундаментов, шт. 13 15 12 15 12 12
Масса стойки, кг 2100 2250 2100 2300 2 х 1650 2 х 1650
Рисунок 3. Изолирующая траверса 220 кВ
В таблице 1 представлены основные характеристики базовых схем БМО.
Количество секций указано из расчета максимального габарита секции — 3 м.
Масса стоек указана из расчета максимальной допустимой массы одной секции — 150 кг.
Схема 11
БМО
Стационарная
аварийная опора
Схема 12
Стационарная опора > Стационарная опора / 1.
БМО Стационарная [ аварийна» опора ^^
\ Стационарная опора 0,711
С|лаиирнц№дт опора 1 0.72 1.
5Г
Схема 2 1
Счишчонорщт опои
Стационарная
' иВапийиин итасо Стационарноя опора ^
1-
Схема 2 2
Стационарная опора
Стационарная
. аварийная опоре Стационарная опора ^
Рисунок 4. Варианты расположения опор аварийного резерва на ВЛ положения по выбору
5. Основные сборочных схем
При выборе сборочных схем БМО, для получения оптимальной конструкции, необходимо учитывать ряд основных параметров: данные о величине стенки гололеда и скорости ветра, тип стационарной аварийной опоры и смежных опор, марка подвешенного на ВЛ провода и грозотроса, наличие ОКСН, фактические пролеты на аварийном участке, грунтовые условия.
В первую очередь, определяют схему установки: по оси существующей аварийной ВЛ (рисунок 4, схемы 1.1, 1.2) либо с выносом от оси (рисунок 4, схемы 2.1, 2.2). При отсутствии возможности повторного отключения ВЛ на длительный период восстановления поврежденной опоры БМО следует устанавливать с выносом от оси ВЛ с целью обеспечения свободного пространства, требуемого для проведения работ на аварийной опоре. Также необходимо учитывать ширину полосы отвода и рельеф местности для оценки возможности выноса БМО от оси существующей ВЛ. В сложных климатических условиях для снижения нагрузок на опору от тяжений проводов предпочтительнее устанавливать БМО по оси ВЛ.
Для соблюдения требуемых межфазных расстояний, расстояний по схлестыванию
необходимо использовать схему БМО с расположением проводов аналогичным стационарным опорам.
В зависимости от внешних условий количество устанавливаемых БМО варьируется. При установке БМО в сложных климатических условиях подвески второго грозозащитного троса или ОКСН для снижения нагрузок на опоры необходимо уменьшать пролеты путем установки большего количества БМО. При установке на слабых грунтах также необходимо увеличивать количество БМО, что позволит уменьшить усилия в оттяжках, следовательно, упростить фундаменты.
Варианты расположения опор аварийного резерва на ВЛ (план) представлены на рисунке 4.
Вывод
Разрабатываемая быстромонтируемая опора является универсальной конструкцией: может применяться в различных климатических, географических, геоморфологических условиях; для сборки и монтажа опоры не требуется применение спецтехники. Сборочная схема выбирается для конкретных условий и является оптимальной, что может обеспечить лучшие технико-экономические показатели.
Electrical facilities and systems
Список литературы
1. Репин А.И., Бирюлев В.В., Волков В.В. О концепции проектирования металлических опор высоковольтных линий электропередачи аварийного резерва // Известия вузов. Строительство. 1995. № 11. С. 13-16.
2. Репин А.И., Волков В.В. Принципы формообразования стальных опор ВЛ аварийного резерва // Металлические конструкции: тез. докл. VI Украинской науч.-техн. конф., г. Николаев, 1-4 октября 1996 г. Киев-Николаев, 1996. С. 44-46.
3. СП 16.13330.2011. Стальные конструкции. Актуализированная редакция СНиП II-23-81*. М.: Минрегион России, 2011.
4. Правила устройства электроустановок. Раздел 2. 7-е изд. М.: Изд. НЦ ЭНАС, 2003.
5. ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013.
References
1. Repin A I., Birjulev V.V., Volkov V.V. O koncepcii proektirovanija metallicheskih opor vysokovol'tnyh linij jelektroperedachi avarijnogo rezerva // Izvestija vuzov. Stroitel'stvo. 1995. № 11. S. 13-16.
2. Repin A.I., Volkov V.V. Principy formoobrazovanija stal'nyh opor VL avarijnogo rezerva // Metallicheskie konstrukcii: tez. dokl. VI Ukrainskoj nauch.-tehn. konf., g. Nikolaev, 1-4 oktjabrja 1996 g. Kiev-Nikolaev, 1996. S. 44-46.
3. SP 16.13330.2011. Stal'nye konstrukcii. Aktualizirovannaja redakcija SNiP II-23-81*. M.: Minregion Rossii, 2011.
4. Pravila ustrojstva jelektroustanovok. Razdel 2. 7-e izd. M.: Izd. NC JeNAS, 2003.
5. GOST 25100-2011. Grunty. Klassifikacija. M.: Standartinform, 2013.
