Технико-экономическое сравнение вариантов строительства ВЛ 220 кВ при использовании традиционных опор типа П220-3 и опор ПС220П, разработанных компанией "ЭЛСИ"
Постановка задачи
Традиционно при строительстве ВЛ 220 кВ используются стальные башенные опоры, выполненные в виде четырехгранных пространственных ферм с элементами поясов и решетки из прокатных уголков. Основное преимущество таких опор – простота в технологии их изготовления. Однако, данные опоры имеют и ряд недостатков:
– значительные трудозатраты на укрупнительную сборку опор на базах монтажных организаций и снижение эффективности загрузки транспортных средств при транспортировке секций после укрупнительной сборки;
– существенные затраты на строительство фундаментов;
– плохая устойчивость опор к пучениям, а также сложность закрепления опор в "слабых" и заболоченных грунтах, где для удержания опоры необходимо значительно увеличить вес свайных фундаментов с целью компенсации выдергивающих усилий.
В ЗАО "ВНПО ЭЛСИ" разработаны новые типы стальных опор ЛЭП для ВЛ 220 кВ, которые лишены выше отмеченных недостатков. Указанные опоры включают следующие технические идеи: узкая база и укрупненные цельносварочные секции на стадии изготовления; установка опоры 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 повысить технико-экономические показатели опор новых конструкций по отношению к традиционным стальным опорам башенного типа.
Цель технико-экономического сравнения
Цель настоящего технико-экономического сравнения эффективности строительства ВЛ 220 кВ на опорах различного конструктивного исполнения заключается в обосновании принципиальной возможности широкого внедрения в проекты электроснабжения объектов нефтяной и газовой промышленности, а также объектов энергосистем новых перспективных разработок в области технологий строительства линий электропередачи, которые позволят существенно сократить затраты на сооружение ВЛ 220 кВ и сроки строительства при сохранении требуемой надежности эксплуатации ВЛ.
Общие положения
Сравнение вариантов строительства линий электропередачи при использовании опор различных конструкций рассмотрено на примере сооружения 1 км ВЛ 220 кВ "Айхал-Удачный" для АК "АЛРОСО" в районе Крайнего Севера (I-II районы по ветровым и II-IV районы по гололедным нагрузкам). При этом в качестве технико-экономического обоснования целесообразности использования опор компании "ЭЛСИ" ниже рассматривается лишь одна составляющая экономической эффективности – экономия затрат на сооружение ВЛ 220 кВ при замене опор традиционного исполнения типа П220-3 [3] на узкобазовые быстромонтируемые опоры типа ПС220П, эскиз которых представлен на рис.1. В этой связи ориентировочно определение укрупненных показателей стоимости строительно-монтажных работ (СМР) осуществлялось в соответствии с [1,2], при этом во внимание принималась лишь часть затрат по второй главе (земляные работы, фундаменты и опоры, эксплуатация машин и механизмов) структуры сметной стоимости по видам затрат по форме сводного сметного расчета (СНиП IV-9-82). При этом, поскольку основные нормативы базовых технико-экономических показателей ЛЭП в [1,2] составлены в ценах 1984 г., определены для территории Московской области и учитывают средние грунтовые условия, спокойный рельеф местности и расчетную скорость ветра до 30 м/с, технико-экономические расчеты для привязки к сегодняшнему дню и к местным условиям по характеру местности региона проводились с учетом коэффициента пересчета к ценам 2003 г. (индекса удорожания сметной стоимости), а также территориального коэффициента сооружения ВЛ и коэффициента на усложнения условий строительства ВЛ.
При технико-экономическом сравнении вариантов строительства ВЛ 220 кВ принимались по состоянию на 01.07.2003 г. фактическая стоимость (с учетом НДС) стальных опор, фундаментов, проводов, грозозащитных тросов и линейной изоляции, а нормативные средние трудозатраты и средние затраты на эксплуатацию машин и механизмов при строительстве ВЛ 220 кВ в соответствии с [4]. При этом количество рейсов (вагонов) при транспортировке грузов определялись схемой погрузки, грузоподъемностью и габаритами автотранспорта (КАМАЗ-длиномер) и ж/д полувагона.
Расчет технико-экономических показателей строительства ВЛ 220 кВ с использованием опор различного типа проводился при следующих исходных данных и исходя из следующих предположений:
- район по ветру – II, район по гололеду – III, провод – АС400/51, трос – С70;
-
промежуточная не оцинкованная (окрашенная лаком БТ-577) свободностоящая опора серии П220-3 (сталь 09Г2С, масса опоры 4860 кг, габаритный пролет 435 м, фундамент из 4 железобетонных свай С35-2-8-2 квадратного сечения 350х350х8000 и весом 2600 кг каждая) [3];
-
промежуточная огрунтованная свободностоящая опора серии ПС220П (сталь 09Г2С, масса опоры 2100 кг, габаритный пролет 280 м, фундамент из стальной трубы 720х9х8000, весом 1262, 4 кг);
-
в качестве изолирующей подвески используются полимерные изоляторы типа ЛК160/220 массой 16,6 кг и строительной высотой 2,15 м;
-
коэффициент пересчета к ценам 2003 г. – Кп=60;
-
коэффициент укрупненного учета территориальных и усложняющих условий строительства ВЛ для Северных районов принимался в соответствии с [2] равным Ку=3,0;
-
коэффициент усложнения условий строительства ВЛ при гололеде принимался согласно [1] – Кг= 1,06;
-
коэффициент, учитывающий налог на добавленную стоимость – Кндс=1,2;
-
при проведении строительно-монтажных работ по сооружению ВЛ стоимость средних трудозатрат (чел•час/км) и затрат на машины и механизмы (маш•час/км) принимались соответственно, 60 и 400 руб;
-
при проведении технико-экономического сравнения учтены только промежуточные опоры, поскольку они составляют более 80-90% от общего числа опор в ЛЭП, учет анкерно-угловых опор практически не изменит соотношения рассматриваемых показателей.
-
ценовые сравнения приведены по отпускным ценам предприятий-изготовителей без учета транспортных затрат до места строительства;
-
при ценовых сравнениях рассматриваются только стоимость опор и фундаментов, поскольку стоимость остальных комплектующих (провод, изоляция, арматура и т.д.) не зависит от используемых типов опор;
-
поскольку стоимость строительства и транспортировки опор и фундаментов определяются исключительно местными условиями строительства ВЛ, данные показатели сравниваются как в физических объемах работ или перевозок, так и в денежном выражении.
Сравнение вариантов
При сравнении показателей эффективности строительства ВЛ 220 кВ с использованием опор различных типов за 100% принят вариант сооружения ЛЭП на типовых стальных опорах П220-3.
В табл.1 приведена структура различных критериев технико-экономического сравнения вариантов сооружения 1 км ВЛ 220 кВ при использовании опор различного типа, а в табл.2 и табл.3 соответственно, приведены физические объемы работ при монтаже опор и фундаментов ВЛ и итоговые затраты на СМР. При этом стоимость отдельных позиций в п. 3,4,5 табл.1 определялась пропорциональным пересчетом через физические объемы работ с учетом справочных данных структуры средних трудозатрат и средних затрат на монтажные работы [4] и показатели СМР по сооружению опор и фундаментов (позиции Е33-44,53,56 и Е4-237 "Единых расценок на новое строительство").
Анализ первого критерия сравнения табл.1 показывает, что с точки зрения заводской цены на опоры и фундаменты наиболее экономически выгодным является вариант строительства ВЛ на типовых опорах П220-3, поскольку цена при этом составляет около половины от варианта сооружения ВЛ на опорах ПС220П. Однако, при этом следует отметить, что вес конструкций косвенно отражает сроки строительства и стоимость строительно-монтажных работ по сборке и установке опор и фундаментов, поэтому сравнение рассматриваемых вариантов по весу конструкций на 1 км сооружаемой ВЛ, показывает, что по данному показателю наиболее затратным является вариант строительства ВЛ на опорах П220-3, где вес конструкций почти в три раза превышает аналогичный показатель для опор типа ПС220П.
Анализ позиции 2 табл.1 показывает, что наиболее затратным по объему земляных работ является вариант строительства ВЛ на опорах П220-3, т.к. для установки этих опор на 4 свайных фундаментах необходимо пробурить четыре скважины длиной 8 м с использованием шнека диаметром 500 мм, а для опоры ПС220П фундаментом служит стальная труба, для которой необходимо пробурить одну скважину диаметром 800 мм. Таким образом, наилучшим показателем по объему земляных работ обладают опоры ПС220П, использование которых позволяет получить экономию затрат по данной составляющей СМР около 327 тыс.руб./км.
Наибольший объем перевозок по железной дороге (примерно в 1,5 раза) требует вариант строительства ВЛ на опорах ПС220П. Это обусловлено тем, что доставка типовых опор к месту назначения осуществляется "россыпью" в специальных пакетах, в то время как предлагаемые быстромонтируемые опоры ПС220П собираются в заводских условиях в три крупные секции и далее транспортируются в полусобранном виде. Поэтому наиболее экономичным с точки зрения железнодорожных перевозок является вариант сооружения ВЛ на опорах П220-3. Однако, если рассматривать объем перевозок конструкций автомобильным транспортом, то в данном случае картина кардинально меняется, т.к. укрупнительная (посекционная) сборка типовых опор П220-3 не позволяет оптимально использовать габариты автотранспорта. В рассматриваемом случае примерно в 5 раз более выгодным является вариант строительства ВЛ на опорах ПС220П, при этом необходимо отметить, что транспортировка типовых опор П220-3 требует специального подвижного состава и относительно обустроенных дорог.
Сравнение итоговых затрат по сборке и монтажу опор и фундаментов ВЛ (позиция 5.6 табл.1) свидетельствует о том, что в 2,5 раза экономически более выгодным является вариант строительства ВЛ на быстромонтируемых опорах облегченной конструкции, что обусловлено существенно меньшим (почти в 3 раза) весом конструкций для опор серии ПС220П и меньшими средними трудозатратами и затратами на машины и механизмы на стадии сборки и монтажа опор и фундаментов ВЛ за счет заводской укрупнительной сборки опор ПС220П и установки для них одного фундамента в виде стальной трубы вместо 4 свайных фундаментов.
Следует отметить, что в табл.1 приведены стоимостные показатели для составляющих СМР, отражающих в "чистом виде" лишь опоры и фундаменты ВЛ. В частности, не учтены затраты на монтаж проводов и грозозащитных тросов, работы по заземлению и окраске опор, подготовительные и прочие виды работ. Величина этих затрат принималась в первом приближении одинаковой для рассматриваемых вариантов и ориентировочно составляет:
С = ССМР-84 •Кп•Ку•Кндс•Кг – Соп – Сф – Спр – Стр – Сиз – Сзр – Сат – Смр =
= 3732 – 219,8 – 59,7 – 112 – 17,3 – 26,7 – 867,7 – 498,6 – 278,0 = 1652 тыс.руб./км,
где
ССМР-84 = 16,3 тыс.руб./км – базовый норматив показателя стоимости СМР при строительстве 1 км ВЛ 220 кВ на стальных свободностоящих опорах в ценах 1984 г.;
Кп, Ку, Кндс, Кг – соответственно, коэффициенты, учитывающие индекс удорожания сметной стоимости, территориальные условия строительства ВЛ, налог на добавленную стоимость и усложняющие условия при сооружении ВЛ при гололеде;
Соп = 219,8 тыс.руб./км и Сф= 59,7 тыс.руб./км – соответственно, стоимость опор и фундаментов при строительстве 1 км ВЛ на опорах П220-3;
Спр= 112 тыс.руб./км и Стр= 17,3 тыс.руб./км – стоимость провода и грозозащитного троса на 1 км ВЛ;
Сиз= 26,7 тыс.руб./км – стоимость линейной изоляции на 1 км ВЛ;
Сзр= 867,7 тыс.руб./км, Сат= 498,6 тыс.руб/км Смр= 278 тыс.руб/км – соответственно, стоимость земляных работ, перевозок автомобильным транспортом и монтажных работ по сооружению опор и фундаментов (включающих заработную плату и затраты на эксплуатацию машин и механизмов).
Из приведенных в табл.3 данных видно, что использование быстромонтируемых опор облегченной конструкции типа ПС220П взамен опор традиционного исполнения типа П220-3 позволяет получить экономию затрат при сооружении ВЛ 220 кВ около 39% на стадии проведения СМР, что в денежном выражении составляет около 750 тыс. руб. на 1 км ВЛ.
Данные табл.2 также свидетельствуют о преимуществе опор серии ПС220П, требующих существенно меньшего объема физических работ и времени сооружения конструкций, что весьма актуально при строительстве ВЛ в условиях Крайнего Севера с суровыми геолого-климатическими условиями, когда время сооружения линий электропередачи строго регламентировано и осуществляется, в основном, в зимнее время.
Таблица 1. Весовые, ценовые и другие критерии технико-экономического сравнения вариантов строительства 1 км ВЛ 220 кВ при использовании опор различного типа.
|
Критерии сравнения
|
Вариант 1
Опоры традиционного типа
|
Вариант 2
Опоры компании "ЭЛСИ"
|
|
Опора
П220-3
|
Фундамент
С35-2-8-2
|
Опора
ПС220П
|
Фундамент
ст. труба
|
|
1. Конструкции и материалы
|
|
1.1 Габаритный пролет, м
|
435
|
-
|
280
|
-
|
|
1.2 Вес опоры и фундамента, т
|
4,86
|
2,6
|
2,10
|
1,26
|
|
1.3 Кол-во опор и фундаментов, шт/км
|
2,30
|
9,2
|
3,57
|
3,57
|
|
1.4 Вес опор и фундаментов, т/км
|
11,18
|
23,92
|
7,50
|
4,50
|
|
1.5 Итого вес конструкций, т/км
|
35,1
|
12,0
|
|
1.6 Стоимость опоры и фундамента, руб.
|
95576
|
6490
|
90000
|
25200
|
|
1.7 Стоимость опор и фундаментов, руб./км
|
219825
|
59704
|
321300
|
89964
|
|
1.8 Итого стоимость конструкций, руб./км
|
279529
|
411264
|
|
2. Объем земляных работ
|
|
2.1 Бурение скважин шнеком, м
|
-
|
32
|
-
|
8
|
|
2.2 Объем работ по бурению скважин, м/км
|
-
|
73,6
|
-
|
28,6
|
|
2.3 Стоимость бурения скважины, руб./м
|
-
|
11790
|
-
|
18900
|
|
2.4 Стоимость земляных работ, руб./км
|
-
|
867744
|
-
|
540540
|
|
3. Объемы перевозок конструкций по железной дороге
|
|
3.1 Кол-во опор и фундаментов на один вагон (норма), шт
|
12
|
23
|
7
|
9
|
|
3.2 Количество вагонов, шт/км
|
0,19
|
0,4
|
0,51
|
0,4
|
|
3.3 Итого вагонов, шт/км
|
0,59
|
0,91
|
|
4. Объемы перевозок конструкций автомобильным транспортом
|
|
4.1 Кол-во опор и фундаментов на один автомобиль (норма), шт
|
0,5
|
4,0
|
4,0
|
6,0
|
|
4.2 Количество рейсов, шт
|
4,6
|
2,3
|
0,9
|
0,6
|
|
4.3 Итого рейсов, шт/км
|
6,9
|
1,5
|
|
4.4 Средние трудозатраты на транспортные и погрузочно-разгрузочные работы, чел•час/км
|
421
|
91,5
|
|
4.5 Средние затраты машин, маш•час/км
|
234,9
|
51
|
|
4.6 Стоимость транспортных и погрузочно- разгрузочных работ, руб./км
|
498637
|
108279
|
|
5. Монтаж опор и фундаментов ВЛ
|
|
5.1 Монтаж опор и фундаментов, т/км
|
11,2
|
23,9
|
7,5
|
4,5
|
|
5.2 Средние трудозатраты по монтажу опор и фундаментов, чел•час/км
|
344
|
60
|
21,4
|
3,5
|
|
5.3 Средние затраты машин и механизмов по монтажу опор и фундаментов, маш•час/км
|
79,8
|
33
|
53,5
|
6,2
|
|
5.4 Стоимость работ по монтажу опор и фундаментов, руб./км
|
65635
|
11448
|
4083
|
668
|
|
5.5 Стоимость эксплуатации машин и механизмов при монтаже опор и фундаментов, руб./км
|
142107
|
58766
|
95273
|
11040
|
|
5.6 Итого стоимость монтажа опор и фундаментов, руб./км
|
277956
|
111064
|
Таблица 2. К анализу физических объемов работ при сооружении 1 км ВЛ 220 кВ при использовании опор различного типа.
|
№
|
Критерии сравнения
|
Опоры типа
П220-3
|
Опоры типа
ПС220П
|
Разница в кол-во раз
|
|
1
|
Вес опор и фундаментов, т/км
|
35,1
|
12,0
|
2,9
|
|
2
|
Земляные работы (бурение скважин), м/км
|
73,6
|
28,6
|
2,6
|
|
3
|
Объем перевозок конструкций по железной дороге, вагонов/км
|
0,59
|
0,91
|
-1,5
|
|
4
|
Объем перевозок конструкций автомобильным транспортом, рейсов/км
|
6,9
|
1,5
|
4,6
|
|
5
|
Средние трудозатраты по монтажу опор, чел•час/км
|
344
|
21,4
|
16,2
|
|
6
|
Средние трудозатраты по монтажу фундаментов, чел•час/км
|
60
|
3,5
|
17,1
|
|
7
|
Средние затраты на эксплуатацию машин и механизмов, маш•час/км
|
347,7
|
110,7
|
3,1
|
Таблица 3. Сводная таблица структуры стоимостных затрат на СМР при сооружении 1 км ВЛ 220 кВ на опорах различного конструктивного исполнения.
|
№
|
Вид затрат
|
Опоры типа
П220-3,
тыс.руб.
|
Опоры типа
ПС220П,
тыс.руб.
|
Разница в стоимости, тыс.руб.
|
Разница в стоимости,%%
|
|
1
|
Конструкции и материалы (опоры и фундаменты)
|
279,5
|
411,3
|
-131,8
|
-32 %
|
|
2
|
Земляные работы (бурение скважин шнеком)
|
867,7
|
540,5
|
327,2
|
38 %
|
|
3
|
Использование автотранспорта
|
498,6
|
108,3
|
390,3
|
78 %
|
|
4
|
Монтаж фундаментов и опор
|
278,0
|
111,0
|
167,0
|
60 %
|
|
5
|
Итого
|
1924
|
1171
|
753
|
39 %
|
Таким образом, если рассматривать в целом картину технико-экономического сравнения вариантов строительства ВЛ с использованием опор различных конструкций, можно отметить, что опоры ПС220П "проигрывают" типовым опорам по двум из пяти рассматриваемых критериев сравнения – по заводской цене и объему перевозок по железной дороге. Однако, суммарный показатель сравнения эффективности сооружения ВЛ свидетельствует об экономической целесообразности применения опор, разработанных компанией "ЭЛСИ" – использование опор ПС220П позволяет получить на стадии проведения СМР по сооружению опор и фундаментов экономию затрат около 39%, что в денежном выражении составляет около 750 тыс.руб. на 1 км строительства ВЛ 220 кВ. При этом существенно сокращаются сроки строительства ЛЭП из-за меньшего объема физических работ, необходимых для сооружения узкобазовых быстромонтируемых стальных опор ПС220П.
В настоящее время при электроснабжении объектов большое внимание уделяется аспектам ресурсосбережения и экологии, а также необходимости повышения эксплуатационной надежности ВЛ. Учет этих факторов позволяет наряду с выше отмеченным экономическим эффектом при сооружении ВЛ с использованием опор ПС220П дополнительно отметить следующие их достоинства.
Экономия ресурсов. Использование при сооружении ВЛ 220 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 снижению антропогенного воздействия на окружающую природную среду за счет снижения расхода не восполняемых природных ресурсов (железа, ГСМ и т.д.) и меньшего повреждения трудно восстанавливаемого почвенного покрова при сниженных объемах 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 опора ПС220П не разрушается, 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 ориентировки лидера канала разряда молнии меньшая высота опор новых конструкций (в 1,5 раза по отношению к опорам П220-3) повышает грозоупорность ВЛ за счет естественного экранирования линии электропередачи земной поверхностью и окружающим ландшафтом.
Выводы
1. Разработанные в ЗАО ВНПО "ЭЛСИ" новые облегченные конструкции быстромонтируемых стальных опор из гнутых профилей переменного по высоте сечения конкурентно способны и вполне могут рассматриваться в качестве альтернативного варианта по отношению к опорам башенного типа при строительстве ВЛ 220 кВ. Сравнение вариантов строительства ВЛ 220 кВ с использованием типовых стальных опор П220-3 и стальных опор ПС220П, разработанных компаний "ЭЛСИ", осуществлялось по следующим показателям: монтажный вес конструкций, заводская цена опор и фундаментов, объем земляных работ и объем перевозок конструкций автомобильным транспортом и по железной дороге.
2. В результате технико-экономического сравнения показано, что наиболее затратный вариант строительства ВЛ 220 кВ отвечает применению типовых опор П220-3. Использование при строительстве линии электропередачи опор компании "ЭЛСИ" позволяет получить экономию затрат около 750 тыс.руб. на 1 км сооружаемой ВЛ, что на 39% лучше базового варианта.
3. При строительстве ЛЭП в сложных геолого-климатических условиях применение стальных опор нового поколения наряду с экономическим эффектом существенно сокращает объем строительно-монтажных работ и время строительства ВЛ, сокращает трудозатраты при одновременном увеличении надежности эксплуатации ВЛ 220 кВ.
4. Применение в строительстве ВЛ 220 кВ быстромонтируемых узкобазовых стальных опор позволит снизить экологическое воздействие на окружающую природную среду и положительно повлиять на проблему ресурсосбережения.
Список используемой литературы
1. Показатели стоимости для определения договорных цен на строительство электросетевых объектов на стадии задания на проектирование при одностадийном проектировании и отсутствии ТЭО// Отчет по НИР инв.№12327тм-т1, ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект", Утвержден протоколом Минэнерго СССР от 19.09.89 №03-38-9/2, 1989 г., с.110
2. Руководящие материалы "Основные базовые технико-экономические показатели для оценки качества проектно-сметной документации подстанций и линий электропередачи". Инв.№12127тм-т1, ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект", Утвержден протоколом Минэнерго СССР от 17.05.88 №32, 1988 г., с.84
3. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения/ Под ред. И.А.Баумштейна, С.А.Бажанова.- 3-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1989.- 768с.:ил.
4. Справочник по строительству линий электропередачи./ Под ред. А.Д.Романова.- 3-е изд., перераб. и доп. М., "Энергия", 1971 г.
Если Вас заинтересовали наши разработки в области создания новых узкобазовых быстромонтируемых конструкций стальных опор для ВЛ 220 кВ мы будем искренне рады совместному сотрудничеству.