Гунгер Ю. Р., Лавров Ю. А
| Вид материала | Документы |
- Список рекомендуемой литературы основная алексеев А. А., Лавров В. А. Ожоговая септикотоксемия:, 100.55kb.
- Южную Осетию приближают к независимости. Сергей Лавров разъяснил принципы урегулирования, 37.82kb.
- Лаврова Н. М., Лавров, 185.52kb.
- Профессор Лавров В. Н, 30.5kb.
- Экзамен Хозяйственное право (Лавров П. Ю.) 516В, 92.91kb.
- Госдума РФ мониторинг сми часть первая 3 апреля 2008, 2437.5kb.
- Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г. Москве, 1429.81kb.
- «Антикризисные стратегии – 2009: реструктуризация долгов и другие возможности для региональных, 98.66kb.
- Нормативных документов в строительстве, 1271.61kb.
- Открытый урок «Энергетика», 128.08kb.
ПРИМЕНЕНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОПОР ДЛЯ
ПОВЫШЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЛ 35 -110 кВ
Гунгер Ю.Р., Лавров Ю.А.
(ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», г. Новосибирск)
Введение
Воздушные линии (ВЛ) электропередачи напряжением 35 и 110 кВ играют важную роль в народном хозяйстве России и являются основными в распределительных электрических сетях среднего и высокого напряжения. Кроме этого по ВЛ 35 и 110 кВ осуществляется электроснабжение большинства крупных промышленных потребителей электрической энергии. ВЛ 35-110 кВ являются ресурсоемкими объектами, что определяет их высокую стоимость. В этой связи актуальна разработка новых конструкций опор и технологий строительства, которые позволят снизить стоимость сооружении ВЛ и потребление ресурсов.
Группа компаний «ЭЛСИ» разработала и изготавливает стальные опоры новых конструкций для строительства ВЛ 35 и 110 кВ. Указанные опоры включают следующие технические идеи: узкая база и укрупненные цельносварочные секции; установка на один фундамент, выполненный из стальной трубы; использование новых конструктивных форм из гнутых стальных профилей с переменным по высоте сечением; малая масса за счет рационального использования механических свойств стали в каждом сечении. Указанные новшества позволяют наиболее эффективно и экономно изготавливать элементы новых конструкций опор по сравнению с традиционными горячекатанными и штампованными профилями, т.к. имеют рациональное распределение металла по сечению и высоте конструкции опоры, что обеспечивает максимальную жесткость и прочность конструкции при сниженном до 30…40% расходе металла.
Разработанные конструкции стальных опор хорошо зарекомендовали себя при строительстве ВЛ в районах Крайнего Севера со сложными геолого-климатическими и грунтовыми условиями. Указанные опоры обладают повышенной эксплуатационной надежностью и улучшенными технико-экономическими показателями, что позволяет снизить стоимость сооружения ВЛ от 20 до 40% и существенно сократить сроки строительства.
В настоящее время на стальных опорах новых конструкций построены и успешно эксплуатируются ВЛ для электроснабжения ряда объектов ОАО «Газпром», угольной и нефтяной промышленности, а также в нескольких энергосистемах России.
Проведем краткий сравнительный анализ технико-экономических показателей и особенностей эксплуатации стальных опор новых конструкций по отношению к традиционным конструкциям железобетонных опор и стальных башенных опор.
Типовое строительство ВЛ 35-110 кВ.
В настоящее время в отечественном электросетевом строительстве при сооружении ВЛ 35 и 110 кВ традиционно используются стальные опоры башенного типа или опоры из центрифугированного железобетона.
Использование железобетонных опор для этих классов напряжения реально только для районов с относительно легкими условиями строительства, т.к. железобетонные опоры имеют ряд недостатков: большая длина стоек - 22 м, затрудняющая их транспортировку; невозможность заглубления опор ниже 3 м, что недостаточно для надежного закрепления опор в слабых и пучинистых грунтах; большой вес стоек – около 5 т; слабая устойчивость железобетона к повреждениям при транспортировке, погрузо-разгрузочных и строительно-монтажных работах; невозможность подъема на опору без использования автовышки.
К достоинству железобетонных опор следует отнести простоту их монтажа, малый объем земляных работ при их установке, низкую стоимость, невозможность расхищения деталей опор.
Недостатков, присущих железобетонным опорам, лишены стальные опоры. Подавляющая часть стальных опор для рассматриваемых классов напряжения в России представляют собой конструкции башенного типа, собранные из пространственных ферм, которые, в свою очередь, собираются на болтах из прокатных уголков. Достоинства таких опор заключаются: в относительно небольшом расходе стали; простой транспортировке до момента выполнения укрупнительной сборки; возможностью подъема на опору без применения автовышек. К недостаткам стальных опор башенного типа можно отнести: большое число деталей; трудоемкость укрупнительной сборки на монтаже; высокозатратные перевозки после укрупнительной сборки; большие затраты на строительство фундаментов; возможность расхищения деталей опор.
В мировой практике в настоящее время широко используются стальные опоры, собираемые из сварных секций в виде конических труб многогранного или круглого поперечного сечения. Фактически, внешняя геометрия этих опор совпадает с железобетонными стойками. Подобные опоры обладают рядом достоинств: сокращаются расходы на фундаменты, так как стойки опор из труб занимают небольшую площадь и могут устанавливаться на один цилиндрический фундамент; резко сокращается объем и номенклатура собираемых на монтаже элементов и болтовых соединений, за счет чего снижается трудоемкость сборки; эстетичность конструкций.
Указанные опоры получили применение в районах с низкими температурами, где применение железобетонных стоек не допускается, а также в труднодоступных районах, куда транспортировка тяжелых и длинномерных железобетонных стоек затруднительна.
Опоры из труб сплошного поперечного сечения имеют повышенный расход стали по сравнению с решетчатым конструкциям, так как при работе на изгиб материал, расположенный в районе нейтральных осей сечения полностью не используется. Кроме того, замкнутое пространство внутри труб в случае не герметичности конструкции способствует коррозии. Повышенный вес и более сложная технология изготовления определяют высокую цену опор такого типа.
Таким образом, можно сделать вывод, что недостатки железобетонных опор вытекают из материала, используемого для изготовления опор, а недостатки наиболее распространенных стальных опор башенного типа – из их конструкции.
Особенности конструкций опор из гнутого стального профиля.
В ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» разработаны новые конструкции опор для ВЛ 35 и 110 кВ из гнутых стальных профилей переменного по высоте сечения. Опоры серии С35П и С110П выполнены на основе одной базовой стойки. В стойке этих опор применена комбинация технических решений, использованных в решетчатых башенных опорах и в многогранных опорах переменного сечения.
Стойка промежуточных опор ПС35П и ПС110П выполнена в виде 4-х несущих поясов, представляющих собой «полуразогнутые» швеллеры переменного по высоте опоры сечения, т.е. сечение поясов меняется по высоте как у многогранных опор, а поверхности стойки в области нейтральных осей сечения выполнены решетчатыми как у опор башенного типа (рис.1.). В результате такой доработки получена конструкция стойки, обеспечивающая оптимальное использование механических свойств стали, что привело к уменьшению веса опоры без снижения ее несущей способности.
а) б)
Рис.1. Сечение многогранной стойки (а) и опор серии ПС35П и ПС110П (б)
Подобная конструкция стойки позволяет соединить в опорах из гнутого стального профиля достоинства решетчатых опор башенного типа и узкобазовых опор многогранного сечения. Основными преимуществами опор новых конструкций являются:
- сниженный вес конструкций опор, который в зависимости от несущей способности опор по механической прочности составляет для одноцепной и двухцепной ВЛ 35 кВ, соответственно 1200-1400 кг и 1250-1600 кг, а для ВЛ 110 кВ эти показатели находятся в диапазонах 1350-1570 кг и 1370-2250 кг;
- повышенная гибкость конструкций делает их более устойчивыми к динамическим воздействиям при пляске и обрыве проводов, сбросе гололеда, землетрясениях;
- удобство транспортировки – загрузка составляет 4 опоры в полуприцеп;
- малый объем земляных работ и простота выполнения фундаментов;
- отсутствие укрупненной сборки и сокращенное время сборки опор на пикете за счет высокой степени заводской сборки;
- высокая механическая стойкость опор при пучениях за счет применения одного свайного фундамента;
- простое закрепление опор в пучинистых, вечномерзлых и болотистых грунтах за счет установки свайного фундамента на необходимую глубину и применения анкерного крепления фундамента;
- простота подъема на опору монтажного и ремонтного персонала;
- меньшие объемы строительно-монтажных работ и потребления ресурсов при сооружении ВЛ, а также сниженные стоимость строительства ВЛ, трудоемкость и сроки строительства ВЛ;
- минимальное воздействие на окружающую среду при строительстве ВЛ.
Опоры типа ПС35П и ПС110П имеют высокую степень заводской сборки и поставляются в виде укрупненных секций длиной 10,5 м. Наличие решетчатых граней позволяет выполнять монтажные операции и обслуживание ЛЭП без применения грузоподъемных механизмов.
Опоры закрепляются в грунте при помощи свайного фундамента, выполненного из стальной трубы диаметром 530 или 720 мм (рис.2). В приземном слое фундамент защищается от коррозии гидроизоляционным слоем, а нижняя часть фундамента выполняет роль естественного заземлителя. Конструкции опор обладают большой гибкостью, что позволяет им без разрушений воспринимать ударные нагрузки, возникающие при пляске проводов, сбросе гололеда и сейсмических воздействиях.
Рис.2 Опора из гнутого стального профиля для ВЛ 110 кВ
Стальная опора на оттяжках с вантовой полимерной траверсой.
Конструктивно опора состоит из двух стоек, шарнирно закрепленных на одном основании, а вершины стоек соединены вантовой полимерной траверсой (рис.3). Каждая стойка представляет собой трубу квадратного сечения из четырех стальных уголков, расположенных по ее углам и соединенных через определенной расстояние планками. Сечение трубы, уголков и планок, а также расстояние между планками, выбирается в соответствии с механической нагрузкой, воспринимаемой опорой. Нагрузки от проводов передаются в стойки и в оттяжки через вантовую полимерную траверсу, состоящую из четырех изоляторов, при этом крайние изоляторы изготавливаются на фазное напряжение ВЛ, а средние – на линейное напряжение. Поперечные и продольные оттяжки обеспечивают необходимую механическую прочность опоры при воздействии ветровых и весовых нагрузок, а также в аварийных режимах эксплуатации ВЛ.
Опора устанавливается на лежневой фундамент, выполненный из сваи С30. Оттяжки закрепляются в грунте заглубленными железобетонными или винтовыми сваями, либо цилиндрическими анкерами. Опора имеет вес 860 кг, при этом вес самой тяжелой секции составляет 110 кг, что позволяет, при необходимости, производить погрузочно-разгрузочные и монтажные работы вручную. Подъем опоры в рабочее положение выполняется через падающую стрелу лебедкой с тяговым усилием 2 т.
Данная конструкция опоры отличается повышенной устойчивостью к восприятию динамических нагрузок за счет горизонтального расположения трех проводов в одном ярусе и единой демпфирующей цепи, образованной вантовой полимерной траверсой и оттяжками. Наряду с отмеченным ВЛ, построенная на относительно невысоких опорах рассматриваемой конструкции, даже при отсутствии грозозащитного троса обладает повышенной грозоупорностью за счет горизонтального расположения проводов в одном ярусе и естественного эффекта экранирования воздушной линии поверхностью земли.
Рис.3 Опора с вантовой полимерной траверсой для ВЛ 110 кВ
Технико-экономические показатели ВЛ 110 кВ на опорах различных конструкций.
Ресурсоемкость и стоимость строительства ВЛ 110 кВ существенно зависят от принятых коэффициентов надежности по ответственности и региональных коэффициентов для ветровых и гололедных нагрузок, а также от местных условий строительства ВЛ, определяющих проектные фундаментные решения, стоимость материалов и транспортные схемы. Поэтому произвести оценку стоимостных показателей сооружения ВЛ на опорах стандартной конструкции и опорах нового поколения даже в первом приближении весьма затруднительно. Поэтому в табл.1 в качестве примера приведены не стоимостные показатели, а физические объемы работ при сооружении 1 км ВЛ 110 кВ на опорах различного конструктивного исполнения для расчетных условий:
- Район по ветровому давлению II, район по толщине стенки гололеда II, провод АС120/19.
- Фундамент опоры П110-5 выполнен на 4 железобетонных сваях С35-1-8-0; фундамент опоры ПС110П-4 – из стальной трубы диаметром 530 мм, длиной 4 метра и толщиной стенки трубы 12 мм; при этом вес фундамента включает в себя вес трубы - 617 кг и вес деталей к фундаменту - 136 кг).
- Коэффициенты надежности по ответственности и региональные коэффициенты для ветровых и гололедных нагрузок условно приняты равными 1,0.
Таблица 1
Физические объемы работ при строительстве 1 км ВЛ 110 кВ
на стальных опорах различного конструктивного исполнения
| № | Показатель | П110-5 (традиционного исполнения) | ПС110П-4 (ЭЛСИ) | Разница, раз |
| 1 | Количество опор, шт | 3,16 | 3,45 | - 1,1 |
| 2 | Вес опор, т | 8,18 | 4,62 | 1,8 |
| 3 | Вес фундаментов, т | 30,34 | 2,54 | 12 |
| 4 | Итого вес конструкций (опор и фундаментов), т | 38,52 | 7,16 | 5,4 |
| 5 | Перевозка конструкций по железной дороге, вагонов | 0,6 | 0,9 | - 1,5 |
| 6 | Перевозка конструкций автотранспортом (длинномер КАМАЗ) , рейсы | 6,9 | 1,5 | 4,6 |
| Средние трудозатраты на транспортные и погрузочно-разгрузочные работы, челчас | 421 | 91 | 4,6 | |
| 7 | Средние трудозатраты по монтажу опор и фундаментов, челчас | 404 | 25 | 16 |
| 8 | Средние затраты машин и механизмов по монтажу опор и фундаментов, машчас | 113 | 60 | 1,9 |
Данные табл.1 свидетельствуют о преимуществе опор ПС110П-4, требующих существенно меньших физических объемов работ и времени строительства ВЛ, что весьма актуально для регионов Западной Сибири и Крайнего Севера с суровыми геолого-климатическими условиями, в которых строительство ВЛ осуществляется, в основном, в зимнее время.
Если рассматривать в целом картину технико-экономического сравнения вариантов строительства ВЛ с использованием опор различных конструкций, можно отметить, что опоры из гнутого стального профиля «проигрывают» типовым опорам по двум показателям – по заводской цене и объему перевозок по железной дороге. Однако, суммарный показатель сравнения эффективности сооружения ВЛ свидетельствует об экономической целесообразности применения опор нового поколения. Практика использования узкобазовых быстромонтируемых опор конструкции ЭЛСИ при сооружении ВЛ 35 и 110 кВ показала, что на стадии проведения строительно-монтажных работ по сооружению опор и фундаментов экономия затрат составляет от 20% до 40% при существенном сокращении сроков строительства ЛЭП из-за меньшего объема физических работ.
В настоящее время при электроснабжении объектов различного назначения весьма актуальна проблема ресурсосбережения и экологии, а также повышения надежности эксплуатации ВЛ 35-110 кВ. Учет этих факторов позволяет (наряду с выше отмеченным экономическим эффектом при сооружении ВЛ с использованием опор конструкции ЭЛСИ) дополнительно отметить следующие их достоинства.
Экономия ресурсов. Использование при сооружении ВЛ 35-110 кВ узкобазовых опор позволяет получить существенную экономию следующих ресурсов: материалы и конструкции; транспортные перевозки; время строительства ВЛ и работы транспортных и строительно-монтажных механизмов; трудозатраты.
Экологический эффект. Использование опор новых конструкций требует в несколько раз меньшего объема строительных материалов и строительно-монтажных работ, что приводит к:
- уменьшению антропогенного воздействия на окружающую природную среду за счет снижения расхода не восполняемых природных ресурсов (железа, ГСМ и т.д.);
- снижению повреждения трудно восстанавливаемого почвенного покрова в Северных регионах России за счет сокращения объема земляных работ и воздействия на поверхность земли транспортных машин и строительно-монтажных механизмов.
Надежность эксплуатации ВЛ. Установка опор на один фундамент из стальной трубы обеспечивает большую устойчивость опор к пучениям, т.к. при возникновении пучения грунта узкобазовые опоры не разрушаются, как это происходит у опор башенного типа, установленных на 4 железобетонные сваи. При возникновении же пучений фундамент вместе с опорой может быть повторно погружен до рабочего заглубления с использованием вибро или термо(паро)-погружателей.
Конструкции опор обладают большой гибкостью, что позволяет им без разрушений воспринимать ударные нагрузки, возникающие при пляске проводов, сбросе гололеда и сейсмических воздействиях.
При учете случайного характера ориентировки лидера разряда молнии меньшая высота подвеса проводов на узкобазовых опорах повышает грозоупорность ВЛ за счет естественного экранирования линии электропередачи земной поверхностью и окружающим ландшафтом.
Расчеты, выполненные в ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» и ОАО «СибНИИЭ», показывают, что в районах с плохо проводящими грунтами грозоупорность одноцепных и двухцепных ВЛ 110 кВ, выполненных на опорах со сниженной высотой подвеса проводов, превосходит грозоупорность ВЛ на опорах традиционного исполнения. Число грозовых поражений ВЛ, выполненных на опорах традиционных конструкций на 20-40% выше по сравнению с ВЛ, использующих опоры конструкции ЭЛСИ.
Использование опор с вантовой полимерной траверсой без грозозащитного троса типа ПС110ПВ исключает возникновение аварийных ситуаций, связанных с обрывом грозозащитного троса в районах с сильным гололедом, при одновременном снижении числа грозовых поражений ВЛ.
Нормативная и проектная документация.
Опоры выпускаются согласно ТУ5264-001-56010022-2005 «Опоры стальные ВЛ 10-330 кВ из гнутого профиля», зарегистрированными в ГОССТАНДАРТЕ России.
Опоры серии С35П и С110П в соответствии с требованиями ПУЭ седьмого издания прошли приемочные механические испытания, которые были проведены Филиалом ОАО «Инженерный центр ЕЭС»-«Фирма ОРГРЭС» (ИЦ филиала «Фирма ОРГРЭС»). Приемочной комиссией отмечено, что опоры соответствуют лучшим отечественным и зарубежным образцам. На основании сертификационных испытаний, проведенных в ИЛ ЭЭО ОАО «Союзтехэнерго», на опоры выдан сертификат соответствия Госстандарта России №РОСС RU.MX08.H.00008 со сроком действия до 22.06.2008 г.
ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» разработало проектную типовую документацию ЭЛ-ТП.35.110.01 «Стальные опоры из гнутого профиля для линий электропередачи 35 и 110 кВ». Разработанный типовой проект ЭЛ-ТП.35.110.01, введенный в действие с 01.09.2005 г., позволяет проектным институтам (электроэнергетики, нефтяной и газовой промышленности) выполнять привязку опор серий С35П и С110П к условиям конкретных проектов ВЛ.
Внедрение опор новых конструкций в электросетевом строительстве.
Проектирование ВЛ 35-110 кВ на опорах ПС35П и ПС110П освоили ряд проектных институтов системы «Энергосетьпроект» и нефтегазовой промышленности.
По состоянию на 01.07.2005 г. на опорах ПС35П и ПС110П построено около 500 км ЛЭП 35 и 110 кВ для предприятий электроэнергетики, угольной, нефтегазовой и добывающей промышленности, в том числе в экстремальных климатических условиях Заполярья. Срок эксплуатации первых объектов превышает 10 лет. К качеству поставляемых опор рекламаций от заказчиков не поступало, механических повреждений ВЛ, вызванных ненадежной конструкцией опор не зафиксировано.
Особо следует отметить удобство использования опор типа ПС35П и ПС110П при строительстве воздушных линий электропередачи в условиях городской и промышленной застройки. Опоры указанных типов занимают малую площадь, легко транспортируются и монтируются в стесненных условиях, хорошо вписываются в городскую инфраструктуру. Строительство ВЛ с использованием опор этого типа не требует дорогостоящего выноса инженерных коммуникаций. С использованием опор ПС35П и ПС110П в условиях городской и промышленной застройки построен ряд ВЛ в городах Казань, Кемерово, Новокузнецк.
На рис.4 в качестве иллюстрации приведены некоторые конструкции узкобазовых опор при строителстве ВЛ 110 кВ.
Выводы
1. Разработанные в ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» новые конструкции стальных опор из гнутых профилей переменного сечения для строительства ВЛ распределительных электрических сетей 35 и 110 кВ в настоящее время широко внедряются в проектную и строительную практику и успешно эксплуатируются на многих предприятиях угольной, нефтяной и газовой промышленности. Также имеется опыт их эксплуатации в энергосистемах Татэнерго, Кузбассэнерго, Якутскэнерго и Хакасэнерго. Отзывы эксплуатации о надежности ВЛ, построенных на опорах нового типа положительные. Многолетний опыт эксплуатации опор новой серии показал на хорошую перспективу их использования.
2. При сооружении ЛЭП в сложных геолого-климатических условиях использование стальных опор нового поколения существенно сокращает объем монтажно-строительных работ, сокращает трудозатраты, а также снижает стоимость и время строительства ВЛ.
3. В настоящее время ЗАО «ВНПО ЭЛСИ» разрабатывает опору для ВЛ 220 кВ одноцепного и двухцепного исполнений. В 2006 году после проведения приемочных и сертификационных испытаний на рынок электросетевого строительства будет предложена новая быстромонтируемая опора из гнутого стального профиля.
 |  |
 |  |
Рис.4 Примеры строительства ВЛ 35 и 110 кВ на порах новых конструкций.