Повышение требований надежности при строительстве, реконструкции и эксплуатации воздушных линий электропередачи (ВЛ) влечет за собой жесткие требования по обеспечению эффективной и устойчивой работы этих протяженных сооружений в различных атмосферно-климатических условиях. Отдельной задачей можно выделить защиту проводов и грозозащитных тросов от весьма опасного ветрового воздействия, называемого «пляской» — низкочастотных колебаний в диапазоне 0,2 Гц с амплитудой порядка стрелы провисания провода при скорости ветра 4–20 м/с.
Авторы
- Бобелло C. В. — заместитель генерального директора ЗАО «НТЦ «Электросети»
- Рыжов C. В. — генеральный директор ЗАО «НТЦ «Электросети»
- Рябчун А. В. — начальник службы эксплуатации и ремонта высоковольтных линий филиала Северные электрические сети ОАО «Тюменьэнерго»
- Тищенко А. В. — генеральный директор АО «Электросетьстройпроект»
Условия образования пляски проводов
Пляска — автоколебательный процесс, при котором имеет место резонанс вертикальных и крутильных частот провода с гололедными отложениями под воздействием ветровой энергии. Отложение гололеда на проводах обычно происходит при температурах, близких к нулю. Другим видом отложений является изморозь или «куржак», который образуется на проводах ВЛ, расположенных в заболоченной местности регионов тундры и лесотундры. Процесс протекает при значительных отрицательных температурах (–40°С и ниже). Ледяная корка болот ломается, и в воздух выбрасывается значительное количество переохлажденных водяных паров, которые несимметрично осаждаются на проводах ВЛ в виде «куржака». Наличие указанных отложений изменяет аэродинамические характеристики провода.
Под действием ветра возникает подъемная сила, которая может стать причиной перемещений провода в вертикальной плоскости. После возникновения вертикальных колебаний, векторная сумма скорости ветрового потока и скорости перемещения провода постоянно меняется, что приводит к крутильным колебаниям провода. Если частота вертикальных перемещений приближается к частоте крутильных колебаний, то запускается механизм пляски. В условиях пляски, мощность, передаваемая от ветрового потока проводу, оказывается во много раз больше, чем мощность при эоловой вибрации. Амплитуда пляски может приближаться к значениям величин, соизмеримых со стрелой провеса провода.
Известны случаи, когда весьма незначительный гололед толщиной до 2 мм становился причиной пляски проводов. Пляска может не только разрушить повивы провода, но также повредить гасители вибрации, штыри изоляторов, подвесную арматуру, траверсы, фундаменты опор и сами опоры.
Рис. 1. ВЛ 110 кВ. Однопетлевой гаситель пляски — ГПС-15,2- 02-11 «Крыло» на проводе АС-120/19
Методы борьбы с пляской проводов
В настоящее время, наработано значительное количество решений по борьбе с пляской проводов, воплощенных в конкретные методики и конструкции: электрическая плавка гололеда, увеличение расстояний между проводами, усиление конструкции элементов опор, установка межфазных распорок, применение проводов с повышенной крутильной жесткостью, термостойких проводов, всевозможных гасителей пляски и др.
Авторы не ставят перед собой задачу наведения критики существующих решений и поиска абсолютной истины в этом непростом вопросе. Мы ставим вполне приземленную задачу — поделиться своим немалым опытом по борьбе с пляской. К одному из относительно недорогих и рациональных методов борьбы с грозным природным явлением относятся гасители пляски. Их можно разделить на две группы — расстраивающего и демпферного типа.
Гаситель пляски спирального типа (ГПС) относится к гасителям расстраивающего типа. Основное назначение гасителя — рассогласование частот вертикальных и крутильных колебаний и исключение их близости при обледенении провода. Указанный принцип рассогласования частот реализован конструктивно в виде однопетлевых и двухпетлевых гасителей («Крыло» и «Бабочка»).
Рис. 2. ВЛ 110 кВ. Двухпетлевой гаситель пляски — ГПС-15,2- 02-12 «Бабочка» на проводе АС-120/19
Рис. 3. ВЛ 330 кВ. Однопетлевой гаситель пляски — ГПС-24,0-02-21 «Крыло» на проводе АС-300/39
Гаситель состоит из одного («Крыло») или двух грузов («Бабочка») в виде куска провода или стального прутка, которые с помощью силовых спиральных прядей крепятся к проводу. Следует отметить, что конструктивно гаситель пляски типа ГПС-D-02-1П («Бабочка») применительно к ВЛ 110 и 220 кВ является более технологичным, поскольку может быть установлен в любом угловом положении к горизонту. Гаситель типа ГПС-D-01-1П («Крыло») дает наилучшие характеристики при установке его строго вертикально (рис.1), и его следует применять в районах с умеренной пляской проводов, при возможности использования гидроподъемников.
Для проводов расщепленной фазы — ВЛ 330 кВ и выше применяется «Крыло», монтируемое горизонтально (рис. 3). Поскольку гасители изготовлены на основе арматуры спирального типа, то, соответственно, обладают всеми присущими ей преимуществами:
надежное крепление гасителя к проводу, предохраняющее последний от изгиба, перетирания, вибрации и других механических повреждений;
быстрый и простой монтаж без применения специальной монтажной оснастки;
незначительное давление, оказываемое гасителем на провод, исключение концентрации усилий;
отсутствие дополнительных крепежных элементов;
отдельные спирали работают, практически, как единое целое с проводом, на котором они смонтированы;
совместимость со всеми типами проводов.
В процессе установки гасителей обеспечивается заданная расчетная прочность заделки, качество выполненных работ легко контролируется визуально. Гасители пляски типа ГПС прошли полный цикл испытаний, были установлены на двух ВЛ Ямбургского региона: ВЛ 110 кВ ЯГП-6-ЯГТЭС (в 2008 г.) и ВЛ 110 кВ Ямбург-ЯГТЭС (в 2010 г.). На указанных линиях, ранее регулярно фиксировалась пляска проводов и частые отключения ВЛ.
За период с 2008 г. по настоящее время в пролетах, защищенных гасителями пляски типа ГПС, не зафиксировано ни одного отключения по причине пляски проводов, тогда как в других пролетах этой же воздушной линии наблюдалась интенсивная пляска.
Гаситель пляски демпферного типа
Рис. 4. Гаситель пляски демпферного типа (ГПД-02) (1) и система мониторинга (2), установленные на анкерной опоре ВЛ
В рамках совместных работ между ОАО «Тюменьэнерго» и ЗАО «НТЦ «Электросети», была разработана конструкция гасителя пляски демпферного типа (ГПД) (рис. 4). Конструкция состоит из двух боковых и одного центрального рычага. В месте соединения рычагов расположены две фрикционные накладки. Трение создается и поддерживается с необходимым усилием при помощи болтового соединения и блока тарельчатых пружин. Возвращение системы в исходное положение после срабатывания осуществляется с помощью пружин растяжения. Крепление гасителя осуществляется при помощи стандартных переходных звеньев между траверсой опоры и гирляндой изоляторов. Работа гасителя основана на преобразовании энергии раскачивания провода в энергию сухого трения.
Во время развития пляски провод начинает совершать колебательные движения, тем самым вызывая броски тяжения в пролете. Гаситель воспринимает эти броски и при определенной их величине происходит страгивание фрикциона. Рычаги перемещаются, а пружины, в свою очередь, стремятся вернуть конструкцию в исходное положение. Так как рычаги прижимают фрикционные накладки, то большая часть энергии перемещения рычагов трансформируется в энергию сухого трения, снижает уровень бросков тяжения и, как следствие, уменьшает амплитуду колебаний провода до безопасного уровня.
Проведенные в испытательной лаборатории ЗАО «НТЦ «Электросети» эксперименты показали, что использование гасителя пляски обеспечивает не менее чем двукратное сокращение времени затухания колебаний по сравнению с незащищенным имитатором провода в пролете. Схожая картина наблюдается и с мощностью диссипации энергии имитатора провода в пролете: без гасителя пляски она составила W0 =29,84 Вт, с гасителем — W=63,84 Вт. Эксплуатационные испытания гасителя проводились в филиале ОАО «Тюменьэнерго» Северные электрические сети. Гаситель был установлен между гирляндой изоляторов и траверсой опоры У110-1, пролет 1–2 на линии «Уренгой-Звезда 2». Для оценки конечных результатов полевых испытаний, была установлена система мониторинга (рис. 4), разработанная АО «Электросетьстройпроект» по договору с ОАО «Тюменьэнерго».
Система позволяла фиксировать состояние провода в статике и следить за изменением бросков тяжений в процессе пляски. Для оценки эффективности и сравнения результатов система мониторинга считывала информацию и с незащищенных проводов. Ниже приведены некоторые фрагменты записи в хронологической последовательности. 27.09.2012 г. Монтаж гасителя и включение системы. На диаграммах системы мониторинга провод с гасителем пляски отображен синим цветом. С 21.01.2013 г. по 16.04.2013 г. на опытном участке ВЛ система мониторинга неоднократно отмечала броски тяжения проводов, вызванные пляской. Из записи, сделанной 21.01.2013 г. (рис. 5), видно, что гаситель эффективно снижал броски тяжения провода по отношению к незащищенным проводам — 0,5 и 2 кН соответственно.
Рис. 5. Пляска проводов
Эксплуатационные испытания показали, что гаситель снижает амплитуду пляски, эффективно уменьшает броски тяженияв проводе и, как следствие, увеличивает надежность эксплуатации линий электропередачи. По результатам проведенных испытаний было принято решение о приемке гасителей пляски демпферного типа в опытнопромышленную эксплуатацию и их монтажа на все провода анкерного участка на линии «Уренгой-Звезда 2». Фрагмент монтажа гасителей приведен на рис. 6.
Рис. 6. Анкерная опора с установленными гасителями пляски на всех проводах
Выводы
Гасители спирального типа (ГПС), основанные на принципе расстраивания вертикальных и крутильных колебаний провода, показали свою высокую эффективность за время проведения полевых испытаний.
Полевые испытания гасителя демпферного типа (ГПД) в сочетании с разработанной системой мониторинга показали, что рассматриваемая конструкция эффективно снижает амплитуду пляски, уменьшает броски тяжения в проводе и, как следствие, увеличивает надежность эксплуатации линий электропередачи.
Применение гасителей пляски демпферного типа является эффективным средством, позволяющим существенно снизить количество коротких замыканий по причине пляски и, как следствие, исключить необходимость выполнения дополнительного ремонта проводов (оплавления, пережоги и пр.).
Литература:
