Применение стальных опор при строительстве воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ.


Автор: Гунгер Юрий Робертович, генеральный директор ЗАО "ВНПО ЭЛСИ".


В энергетике России воздушные линии электропередачи (ВЛ) класса напряжения 6-10 кВ являются наиболее протяженными, их общая длина оценивается более чем в два миллиона километров. При этом ВЛ именно этого класса напряжения являются наиболее аварийными. Анализ состояния и аварийности ВЛ 6 – 10 кВ выполнялся фирмой ОРГРЭС.

По данным ОРГРЭС на 1992 год более 280 тыс. км ВЛ 6 – 10 кВ находилось в крайне неудовлетворительном техническом состоянии. По оценкам различных авторов к настоящему времени эта цифра возросла до 550 – 600 тыс. км в связи с тем, что в этот период не выполнялись в необходимых объемах реконструкция и ремонт распределительных электрических сетей.

Аварийность ВЛ 6-10 кВ характеризуется следующими цифрами. Удельное число аварийных отключений ВЛ 6-10 кВ на 100 км длины ВЛ составляет 6-7 раз в год, а для районов со сложными геолого-климатическими условиями – 20-30 раз в год. Следует отметить, что подобные районы составляют большую часть территории России.

Для решения задачи повышения надежности сетей электроснабжения 6-10 кВ в первую очередь необходимо проанализировать основные источники и причины аварийности этих сетей. Источниками аварийности ВЛ 6-10 кВ по данным ОРГРЭС являются:

– повреждение опор – 40 %;

– повреждение изоляторов – 35 %;

– повреждение проводов – 25 %.

В настоящее время подавляющая часть электрических сетей 6-10 кВ представлена воздушными линиями электропередачи (ВЛ), выполненными на опорах из железобетонных стоек, изготовленных из вибрированого железобетона, с креплением проводов на штыревых фарфоровых или стеклянных изоляторах. Именно в этих технических решениях и заложены недостаточные ресурс   и надежность ВЛ 6-10 кВ:

– железобетонные стойки не выдерживают условий эксплуатации в обводненных и засоленных грунтах, срок их службы в этих условиях снижается до 3 – 7 лет;

– штыревые изоляторы разрушаются при воздействии на них механических нагрузок от проводов в силу жесткой фиксации провода, также часто фиксируются обрывы проволочных вязок на изоляторах;

– недостаточные междуфазные расстояния приводят к схлестыванию и пережогу проводов, а увеличить их нельзя из-за недостаточной механической прочности стоек на кручение в аварийных режимах.


Безусловно, переход в 70-х – 80-х годах к использованию железобетонных опор вместо деревянных опор без пропитки или с пропиткой каменоугольным маслом следует считать своевременным и технически оправданным, однако в свете современных требований, предъявляемых к надежности электроснабжения, на мой взгляд, следует пересмотреть техническую политику при формировании распределительных сетей 6-10 кВ и обратиться к опыту применения при строительстве ВЛ 6-10 кВ стальных опор.

Опыт применения стальных опор в России на ВЛ 6-10 кВ есть у предприятий нефтегазового комплекса. Ряд предприятий этой отрасли для повышения надежности работы своих ВЛ 6-10 кВ используют опоры из стальных труб. Главный недостаток такого решения – высокая цена опор из труб, т.к. сечение трубы надо выбирать по максимальной изгибающей нагрузке в основании опоры, а в остальных частях опоры сечение недоиспользуется, что приводит к неоправданному увеличению веса и, соответственно, цены такой опоры.

Ведущими зарубежными странами железобетон в качестве материала для опор воздушных линий электропередачи используется достаточно редко, наиболее распространенным материалом для опор ВЛ всех классов напряжения, в т.ч. для ВЛ средних классов напряжения, является сталь. Часто на ВЛ средних классов напряжения, выполненных на стальных опорах, применяется подвесное крепление проводов. Аварийность ВЛ средних классов напряжения в этих странах ниже чем в России в 8-10 раз. Необходимо отметить, что некоторые зарубежные страны при строительстве ВЛ средних классов напряжения широко применяют деревянные опоры с пропиткой эффективными антисептиками по всему массиву опоры.

В мировой практике при строительстве ВЛ средних классов напряжения используется два типа стальных опор: опоры башенного типа и опоры типа "столб". Остановимся на анализе достоинств и недостатков опор этих типов.

Опоры башенного типа выполняются из 4-х (иногда из 3-х) несущих поясов, расстояние между которыми максимально в основании опоры и уменьшается с высотой опоры. Несущие пояса соединены между собой наклонными раскосами. Несущие пояса и раскосы выполняются из стального прокатного уголка. В России опоры башенного типа являются основным типом стальных опор для ВЛ классов напряжения 35,110 и 220 кВ. Преимущества опор данного типа состоят в следующем:

– технологичность изготовления, которое состоит в нарезке уголков в размер и продавливании в них монтажных отверстий для болтовых опор, или сварке пространственной фермы для сварных опор;

– относительно малый вес опор;

– низкая стоимость;

– лазовость, по раскосам опор среднего класса напряжения можно подняться без применения специальных приспособлений и подъемных механизмов.


 К недостаткам опор башенного типа для ВЛ средних классов напряжения следует отнести сложность устройства фундаментов, большой поперечный размер в основании, снижение загрузки транспортных средств. Дополнительным минусом для условий России можно назвать плохую вандалоустойчивость этих опор. Опоры башенного типа подвергаются расхищению раскосов, при этом зачастую не помогает даже обварка болтовых соединений – в этом случае раскосы отпиливаются ножовками по металлу.

Стальные опоры типа "столб" скопированы с деревянных опор, выполнены из гнутого стального листа и представляют собой в сечении замкнутый правильный многоугольник или окружность. При этом сечение изменяется по высоте опоры от максимального в основании – до минимального в верхней части опоры. В России к опорам этого типа относятся опоры ПМ, которые выпускались ограниченными партиями для ВЛ 110 и 220 кВ. Преимущества опор данного типа состоят в следующем:

– малый поперечный размер;

– простой фундамент (как правило продолжение самой стойки как у железобетонной опоры);

– хорошая загрузка транспортных средств;

– вандалоустойчивость (отсутствие элементов, которые могут быть расхищены).


К недостаткам стальных опор типа "столб" следует отнести сложность изготовления, большой вес, высокую стоимость, плохую лазовость, и наличие замкнутых полостей, что требует обеспечения герметичности конструкции на протяжении всего срока эксплуатации опор с целью предотвращения образования внутри опоры конденсата и вызванной его присутствием интенсивной коррозии внутренней поверхности конструкции.

Таким образом, используемые в мировой практике стальные опоры различных типов имеют как свои достоинства, так и недостатки, что открывает путь для разработки новых конструкций.

В результате анализа достоинств и недостатков железобетонных опор и стальных опор различных схем, в научно-проектном предприятии ЗАО "ВНПО ЭЛСИ", входящем в группу компаний ЭЛСИ, разработаны стальные опоры нового типа из гнутых профилей переменного сечения для ВЛ 6-10 кВ. Первая серия опор получила обозначение С10П. При разработке опор серии С10П нам, как нам кажется, удалось максимально использовать достоинства стальных опор башенного типа и опор типа "столб". Стойка опор С10П выполнена трехгранной, при этом две грани выполнены из листа переменного сечения, а третья грань – решетчатой. Такая схема опоры позволила с одной стороны сохранить узкую базу опоры, как у опор типа "столб", а с другой стороны, позволила избежать присутствия замкнутых полостей и обеспечила лазовость опоры. Для наглядности в таблице приведены качественные сравнительные характеристики стальных опор различных типов.

Таблица.


Тип опоры

Башенная опора

Опора типа "столб"

Опора ЭЛСИ С10П

Вес

Малый

Большой

Малый

Изготовление

Простое

Сложное

Средней сложности

Цена

Низкая

Высокая

Средняя

Фундамент

Сложный

Простой

Простой

Сборка на месте

Трудоемкая

Отсутствует

Отсутствует

Транспортировка

Сложная

Простая

Простая

Наличие замкнутых полостей

Нет

Есть

Нет

Занимаемая площадь

Большая

Малая

Малая

Вандалоустойчивость

Плохая

Хорошая

Хорошая



  С целью повышения надежности ВЛ 6-10 кВ в опорах С10П оптимизирована подвеска проводов:

– увеличены междуфазные расстояния до 230 мм против 130 мм у железобетонных опор;

– применено подвесное крепление проводов с использованием специально разработанного подвесного полимерного изолятора ЛК 70/10.


Механическая прочность стойки на изгиб составляет 74 кНм против 35-50 кНм у железобетонных опор. Повышенная прочность стойки позволяет использовать на ВЛ 6-10 кВ провода сечением до 120 кв.мм. с увеличенными пролетами. Увеличенные габаритные пролеты, в свою очередь, приводят к снижению стоимости строительства ВЛ. По опыту строительства ВЛ 6-10 кВ на опорах С10П в районах крайнего севера, стоимость строительства ВЛ 6-10 кВ на опорах С10П с полимерными подвесными изоляторами ниже, чем стоимость строительства ВЛ на железобетонных опорах со штыревыми изоляторами.

Приемочные механические испытания опор выполнены фирмой ОРГРЭС. В акте испытаний отмечено, что по своим характеристикам опоры отвечают лучшим отечественным и мировым образцам. Конструкции опор защищены патентами РФ.

С целью упрощения проектирования ВЛ с применением опор С10П в ЗАО "ВНПО ЭЛСИ" разработаны типовые проекты, позволяющие осуществлять привязку опор С10П к условиям конкретных проектов. В типовых проектах представлена полная номенклатура опор серии С10П для сталеаллюминиевых и самонесущих изолированных проводов и приведены все необходимые для проектирования расчетные данные.

Опоры воздушных линий электропередачи серии С10П выпускаются промышленными партиями ЗАО "ЭЛСИ Стальконструкция", входящим в состав группы компаний ЭЛСИ.

Высокие технико-экономические характеристики опор С10П обусловили их широкое внедрение в практику электросетевого строительства. В настоящее время основными потребителями опор этого типа являются предприятия нефтегазового комплекса: Газпром, Транссибнефть, Сибнефтегаз, Нортгаз, Юрхаровнефтегаз. Опоры С10П используются ими для обустройства нефтяных и газовых месторождений, для строительства вдольтрассовых ВЛ нефте и газопроводов. С 2002 года ОАО "Газпром" при строительстве ВЛ в районах крайнего севера применяет только стальные опоры серии С10П. Основной объем проектных работ на предприятиях нефтегазового комплекса выполняют проектные институты ВНИПИГАЗДОБЫЧА, ТЮМЕННИИГИПРОГАЗ, ЮЖНИИГИПРОГАЗ, ОМСКГАЗВОДПРОЕКТ. Опоры серии С10П прошли экспертизу Госгортехнадзора, одобрены и рекомендованы Госгортехнадзором для строительства ВЛ 6 -10 кВ на предприятиях по добыче и транспортировке нефти и газа.

На сегодняшний день на опорах С10П построено более 800 км ВЛ 6-10 кВ, большей частью в суровых климатических и грунтовых условиях заполярья и крайнего севера. На построенных ВЛ в процессе эксплуатации не зафиксировано ни одной аварии. Отзывы Заказчиков, проектных, строительно-монтажных и эксплуатирующих организаций о технико-экономических характеристиках и надежности опор серии С10П положительные.

Возврат к списку