Авторы:
Тищенко А.В. – генеральный директор ЗАО «Электросетьстройпроект»
Рыжов С.В. – гл. специалист ЗАО «Электросетьстройпроект», кандидат технических наук
Жигулин С.В. - зам. начальника испытательной лаборатории ЗАО НТЦ «Электросети»
Мельников А.А.– ведущий специалист ЗАО НТЦ «Электросети»
Введение
Большие переходы через водные преграды относятся к наиболее сложным строительным объектам воздушных линий (ВЛ). Значительные расстояния между переходными опорами, повышенные растягивающие нагрузки на провода и грозозащитные тросы, увеличенная высота промежуточных опор, открытые пространства способствуют возникновению повышенных ветровых воздействий, интенсификации вибрации, образованию гололёда и появлению пляски.
Недооценка влияния этих особенностей ведет к серьезным отрицательным последствиям в работе перехода и в первую очередь – к снижению ресурсной стойкости проводов и грозозащитных тросов.
Опыт обследований переходов ВЛ различных классов напряжений убедительно показывает, что наиболее часто повреждения проводов вызваны несовершенством конструкций защитной арматуры, ошибками в расчётах схем защиты от вибрации, малой эффективностью применяемых гасителей вибрации, человеческим фактором.
В статье авторы делятся опытом по ремонту проводов с применением арматуры спирального типа и технологии её монтажа.
Несовершенство конструкций защитной арматуры
Применение многороликовых поддерживающих подвесов типа ПР является одним из типовых проектных решений для подвески проводов на переходах ВЛ. При этом провод в пределах роликового подвеса защищается многозвенным трубчатым протектором в виде набора алюминиевых муфт МЗ. Для фиксации протектора на проводе крайние муфты подвергаются опрессовке. В зависимости от типа подвеса и с учетом возможного перекатывания протектора по роликам, вызванного различными климатическими воздействиями, общая длина такой защиты может достигать 6 метров.
Многолетняя практика показывает, что многозвенный трубчатый протектор не является оптимальным решением по защите проводов. На фото 1 представлен роликовый подвес П6Р с протектором из алюминиевых муфт.
Ничто, казалось бы, не дает повода сделать вывод о неудовлетворительном состоянии провода под протектором. Тем не менее, в левой части фото настораживает наличие очевидного излома между двумя соседними муфтами в зоне их контакта с крайним роликом, что приводит к появлению дополнительных изгибных и перерезывающих нагрузок в проводе. Ситуация многократно повторяется в процессе перекатывания муфт по роликам, что существенно снижает ресурс работы провода.
Проиллюстрируем сказанное на примере. В феврале 2004 года во время ремонта перехода ВЛ 330 кВ «Конаковская ГРЭС – Калинин» через Волгу были вырезаны куски провода АС 300/204 вместе с защитными муфтами и переданы в ЗАО «Электросетьстройпроект» для проведения детального анализа состояния защитных муфт и провода.
Фото 1. Роликовый подвес, оборудованный многозвенным протектором из алюминиевых муфт.
Фото 2. Следы интенсивного фрикционного износа торцов муфт и проволок верхнего повива провода со следами продуктов износа.
Внешний осмотр показал, что многозвенный протектор выглядел вполне работоспособным. Однако после того, как одну из концевых муфт разрезали в месте ее опрессовки, и протектор был снят с провода, выявилось следующее:
Отдельные муфты подверглись значительному истиранию, как по торцам (некоторые из муфт укоротились на 20-30 мм), так и износу по их внутренней цилиндрической поверхности (фото 2, слева).
Наблюдается сильный износ проволок наружного повива провода, вызванный как продольным перемещением муфт, так и их вращением относительно оси провода (фото 2, справа).
Пространство под муфтами, ближайшими к опрессованной части, плотно заполнено корродированными продуктами износа (фото 2, слева).
Имеют место многочисленные изломы проволок во всех повивах на стыках муфт (под некоторыми муфтами из 54 алюминиевых проволок сохранили свою целостность всего 8) (фото 2, справа).
Повреждения аналогичного характера зафиксированы и на других переходах. В силу указанных причин, эксплуатационные характеристики защитных муфт, как системы, предохраняющей провод от преждевременного износа, не могут быть признаны удовлетворительными.
Изношенный провод на переходе Конаковская ГРЭС – Калинин был заменен. Для предотвращения повторного разрушения на новый провод вместо алюминиевых муфт МЗ установили протектор спирального типа марки ПЗС–29,2–21 производства ЗАО «Электросетьстройпроект». Протектор состоит из двух комплектов спиралей. Внутренний комплект из алюминиевого сплава навивается непосредственно на провод. Поверх него монтируется внешний слой спиралей.
На фото 3 показан фрагмент монтажа защитного протектора ПЗС–29,2–21 на проводе АС 300/204.
Фото 3. Фрагмент монтажа спирального протектора ПЗС–29,2–21 на провод АС 300/204 (2004 г.).
Спиральный протектор обладает рядом существенных преимуществ перед защитными алюминиевыми муфтами:
конструктивная простота;
совместимость спиралей с любым проводом;
исключение концентрации усилий при закреплении провода – равномерное распределение усилий по всей длине спиралей;
возникает новая система провод-протектор, снижающая изгибные деформации в проводе и защищающая от любых механических воздействий, что приводит к увеличению срока службы проводов;
монтаж осуществляется без применения какого-либо дополнительного оборудования и оснастки, не требует высокой квалификации линейного персонала, а качество выполняемой работы легко контролируется визуально;
спиральный протектор гарантирует быстрое и оперативное восстановление провода с обеспечением требуемых электрических и механических характеристик после ремонта.
Серийное производство протекторов спирального типа ПЗС–Dпр–21 начато с 2003 года (Dпр – диаметр провода). К 2013 году такими протекторами оборудовано более пятидесяти переходов.
Ошибки в расчётах схем защиты от вибрации, неэффективность гасителей вибрации
Следует чётко понимать, что надежная арматура – лишь часть решаемой задачи по обеспечению надежной работы ВЛ, так как все преимущества такой арматуры могут быть реализованы только комплексно.
В своих решениях по защите проводов от вибрации мы руководствуется именно комплексным подходом – совместно с применением спиральной арматуры рассчитываем схемы защиты ВЛ от ветрового воздействия, изготавливаем надёжные, проверенные временем, гасители вибрации, осуществляем инженерное и научное сопровождение рекомендуемых проектных решений.
Ярким доказательством эффективности применяемого подхода является следующий пример. На ВЛ 500 кВ «ГРЭС-2 – Пыть-Ях» на переходе через р. Обь вблизи г. Сургут (длина пролета 963 м) на протяжении нескольких лет возникали проблемы, связанные с повреждениями грозозащитного троса марки ТК 141 в поддерживающих зажимах. Применяемые схемы виброзащиты с использованием типовых гасителей вибрации Стокбриджа не давали желаемого результата: в течение года гасители полностью разрушались, а на второй год эксплуатации повреждался трос. После замены троса все повторялось снова.
В марте 1998 г. переход был оборудован спиральными протекторами и схемами виброзащиты с применением многочастотных гасителей вибрации типа ГВ и петлевых гасителей ПГ производства ЗАО «Электросетьстройпроект» (фото 4). В соответствии с расчётной схемой, по концам протектора ПЗС-15,4-01 установлены гасители вибрации ГВ-6644-02 и ГВ-4534-02. Для подавления низкочастотной составляющей вибрации предусмотрен петлевой гаситель ПГ-15,4-2000.
Все расчеты по выбору арматуры и схемы виброзащиты базировались на комплексной математической модели вибрации, разработанной специалистами ЗАО «Электросетьстройпроект». Марка гасителей, их количество и места расстановки определялись исходя из условия обеспечения безопасного уровня напряжений в тросе в характерных точках пролета: около лодочки ПГН, по концам протектора, в местах крепления гасителей.
Предложенная в 1998 г. схема виброзащиты перехода работает эффективно и надежно. К настоящему времени по прошествии пятнадцати лет каких-либо повреждений троса или гасителей вибрации не обнаружено.
Фото 4. Схема защиты от вибрации троса ТК-141 на переходе через р. Обь (1998 г.).
Фото 5. Повреждение проводов АС 500/336 на спецпереходе через р. Каму.
Человеческий фактор
Нередко повреждения проводов ВЛ связаны с ошибками людей, поэтому исключить из рассмотрения «человеческий фактор» нельзя. Одним из ярких примеров таких ошибок является авария в 2008 году на ВЛ 500 кВ «Удмуртская – НкГЭС».
ВЛ «Удмуртская – НкГЭС» снабжает электроэнергией Татарстан и Удмуртию. В апреле 2008 года на участке воздушного перехода через р. Каму, расположенного близ города Набережные Челны, были повреждены плавучим краном оба провода одной из крайних фаз линии. Длина переходного участка превышает 1 км.
В результате повреждения были буквально сняты «чулком» алюминиевые повивы провода на длине 12 метров (фото 5).
Силами Сетевой компании был произведен срочный ремонт по временной схеме. Поврежденные токоведущие повивы проводов были удалены на длине 12 метров. По торцам обрезанных повивов, во избежание дальнейшего их расплетания, устанавливались прессуемые ремонтные муфты из зажимов РОА-500-1. Для восстановления токопроводящих свойств на стальной сердечник поврежденного участка провода навили провод АС 400/51. Таким образом, в качестве временного решения были установлены шунтирующие перемычки, чтобы избежать отжига стальной части проводов. Поскольку повреждение произошло летом, ремонт производился с баржи с предварительным опусканием провода на палубу.
Оперативное вмешательство позволило в кратчайшие сроки ввести линию в рабочее состояние, но вопрос о том, насколько надёжен и долговечен такой ремонт, оставался открытым. Впоследствии планировалось проведение капитального ремонта перехода в зимний период с заменой проводов, с опусканием фазы на лед. Однако, из-за сложности вывода в ремонт (не менее 8 дней) по режимным ограничениям, эту сложную работу выполнить так и не удавалось.
В декабре 2012 года в ЗАО НТЦ «Электросети» поступил запрос из Татэнерго о ремонте провода АС 500/336 с применением арматуры спирального типа производства ЗАО «Электросетьстройпроект».
Значительная длина поврежденного участка не позволяла применить стандартные ремонтные зажимы на базе арматуры спирального типа, серийно изготавливаемой ЗАО «Электросетьстройпроект». Специально для такого ремонта был спроектирован, изготовлен и проверен в испытательной лаборатории НТЦ «Электросети» уникальный многослойный спиральный зажим СС-37,5-31 длиной 23 метра.
На самом начальном этапе возникла проблема, связанная с транспортировкой зажима такой длины. Было принято неординарное решение свернуть пряди спирального зажима в кольцо небольшого диаметра таким образом, чтобы при скручивании не происходило деформации прядей. С учетом упаковки размер ящика под 2 комплекта СС-37,5-31 составил 2,5х2,5 метра и высотой 0,75 метра (Фото 6). Транспортировка ящика таких габаритов оказалась возможной обычным грузовым автотранспортом без нарушения правил перевозки.
Зажимы были упакованы и отправлены к месту проведения ремонта.
В феврале 2013 года сотрудники ЗАО «НТЦ «Электросети» выехали в Набережные Челны для проведения шефмонтажа.
Переход ВЛ «Удмуртская – НкГЭС» через р. Каму находится в непосредственной близости от русловой Нижнекамской ГЭС, а именно – в её нижнем бьефе. Уровень воды и толщина ледового покрова на данном участке реки не постоянны, и зависят от объемов сбросов, производимых Нижнекамской ГЭС. На время проведения работ с руководством ГЭС была заключена договоренность об ограничении сбросов воды.
Фото 6. Спиральная арматура в упакованном виде.
Фото 7. Доставка комплекта спиральной арматуры к месту ремонта.
Это позволило не допустить не только изменения уровня воды, но и уменьшения толщины ледового покрова, что оказалось бы небезопасным для проведения работ.
Для обеспечения безопасного проведения работ на участке реки под переходом намораживался дополнительный слой льда. Поврежденная фаза предварительно снималась с поддерживающей опоры и для удобства проведения восстановительных работ опускалась так, чтобы расстояние до проводов от поверхности льда составило не более одного метра.
Зажимы монтировались послойно без применения какого-либо специального оборудования (Фото 8). В качестве дополнительных инструментов применялись монтажная отвёртка и кусачки. Для восстановления механических свойств повреждённого стального сердечника провода был смонтирован соединитель, состоящий из нескольких силовых прядей, затем – два повива из алюминиевых спиралей для восстановления электрической проводимости провода. Последним элементом конструкции спирального зажима монтировался фиксирующий повив, обеспечивающий надёжную и долговечную работу зажима в целом.
Работы были проведены в течение трёх неполных дней, из которых только 5(!) часов потребовалось непосредственно на установку спиральных зажимов.
Ремонт такого повреждения производился впервые в нашей практике и по праву может считаться успешным начинанием в развитии спиральной арматуры для производства ремонта проводов высоковольтных линий.
Предлагаемый новый метод и арматуру целесообразно применять при сложных ремонтах, когда требуется восстановить провод, поврежденный на достаточно большой длине, исчисляемой десятками метров. В этом случае обычная спиральная арматура, хотя и может быть применена для таких ремонтов, но конструктивно получается весьма сложной и нетехнологичной в монтаже. Новый метод основан на том, что ремонтные комплекты арматуры практически любой длины изготавливаются в заводских условиях, после чего в виде бухты относительно небольшого диаметра укладываются в ящики. В таком виде арматура поставляется на объект и на месте слой за слоем разматывается и доставляется непосредственно к объекту.
Фото 8. Фрагмент ремонта.
Фото 9. Отремонтированный участок провода.
Ремонтируемый провод предварительно опускается на землю, лед или плавсредство и располагается на удобной для ремонта высоте. Метод позволяет полностью восстанавливать как механическую прочность провода, так и его токопроводящие свойства.
Таким образом, с помощью спиральных зажимов собственного производства ЗАО «НТЦ «Электросети» удалось успешно провести ремонт спецперехода. На данный момент линия исправно функционирует, а спиральная арматура в очередной раз доказала своё удобство, надёжность и практичность.
Выводы
Защита проводов от вибрации должна базироваться на основе комплексного подхода:
- применение спиральной арматуры;
- обоснованный расчет схем защиты ВЛ от ветрового воздействия;
- использование надёжных, проверенных гасителей вибрации;
- осуществление инженерного и научного сопровождения рекомендуемых проектных решений.- Показано, что использование спиральной арматуры оптимально с различных точек зрения:
- стоимость спиральной арматуры не превышает стоимости стандартной прессуемой арматуры, а стоимость самого ремонта в разы меньше;
- сроки выполнения работ – минимальные, спиральная арматура технологична в монтаже, монтаж зажимов производится без применения специального оборудования и дополнительной оснастки;
- простота конструкции и отсутствие точек резкого перепада изгибной жёсткости способствуют увеличению ресурса работы провода. В некоторых из приведённых примеров, как в случае ремонта перехода ВЛ «Удмуртская – НкГЭС» через р. Каму, проведение работ без применения спиральной арматуры оказалось бы просто невозможным.
Можно с уверенностью сказать, что защита и предотвращение аварий на переходах ВЛ остаётся актуальной задачей, а спиральная арматура является тем надёжным инструментом, который позволяет обеспечить значительное повышение долговечности работы ВЛ.
Список литературы
Виноградов А.А., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л. Проблемы износа проводов ВЛ на больших переходах и способы их защиты. // ЭЛЕКТРО, 2004, №3.
Рыжов С. В., Цветков Ю.Л. Устройство для защиты от износа проводов воздушных линий электропередачи в многороликовых подвесах, № 2276827, H02G 7/05, от 24.01.2005, опубл. 20.05.2006 Бюл. №14.
Колосов В.Г., Рыжов С.В., Цветков Ю.Л. Повышение ресурсной стойкости проводов ВЛ при вибрации путем установки спиральных протекторов. // ЭЛЕКТРО, 2005, №6.
Виноградов А.А., Рыжов С.В. Гаситель вибрации, № 2107373, HO2G7/14, от 24.12.96, опубл. 20.03.98 Бюл. №8.
