Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииТретья Международная конференция МГС → Опоры, используемые в зонах схождения лавин, для ВЛ 420 кВ в Исландии
Опоры, используемые в зонах схождения лавин, для ВЛ 420 кВ в Исландии
Ragnar Jonsson*, Egill Thorsteins** and Irina Ivanitskaya***
* Linuhonnun Consulting Engineers, Sudurlandsbraut 4a, IS-108 Reykjavik, ICELAND
**Linuhonnun Consulting Engineers, Sudurlandsbraut 4a, IS-108 Reykjavik, ICELAND
***Addison Engineering St.Petersburg (www.addison-engineering.net)
Corresponding author, e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

Краткий обзор:

Этот документ описывает факторы, влияющие на внешний вид и конструкцию двух ВЛ 420 кВ, Fljotsdalslina 3 и 4, расположенных в зонах схождения лавин в восточной части Исландии. Он представлен описанием нагрузок снежной лавины, конструктивных решений и методиками сборки и установки опор. Итог по 83 опорам, находящимся в зоне, подверженной сходу лавин и повышенным требованиям по эксплуатационной надёжности, предъявляемым к двум линиям электропередачи, поскольку линии обеспечивают электроснабжение алюминиеплавильного завода.

1. Введение

Landsnet закончил конструирование двух одноцепных ВЛ 420 кВ Fljotsdalslina 3 и 4 (FL3 и FL4) в конце 2006г. Линии будут эксплуатироваться под напряжением 245 кВ в течение первого года. ВЛ отходят от подстанции Fljotsdalur, расположенной около гидроэлектростанция Fljotsdalssto, и заканчиваются на Alcoa Fjardaral, алюминиеплавильном заводе в Reydarfjordur. Общая длина линий 102 км, в т.ч. FL3 49 км и FL4 53 км. Линии расположены на высоте 20 – 620 м над уровнем моря и проходят параллельно на расстоянии 60 м друг от друга примерно на 80% трассы. Они проходят через зоны высоких механических нагрузок, где подвергаются риску сильного гололедообразования, налипания мокрого снега, сильным ветровым нагрузкам, сходу снежных лавин, наводнений, частой пляске проводов и т.д. Требования по эксплуатационной надёжности, предъявляемые к Fljotsdalslinur 3 и 4 значительно повысились, так как это единственные линии, снабжающие алюминиеплавильный завод Reydarfjordur.

Линии спроектированы на 326 опорах, 83 из которых находятся в зоне, подверженной сходу лавин. Из 83 опор, 44 параллельны. Расщепленные фазы ВЛ выполнены по большей части из сдвоенных проводов 865-AL3/44-ST4 (диаметр =39 мм, расчетная сила = 312 кН). В участках с сильным гололедообразованием по соображениям безопасности FL3 заменены на симплексные проводники1288-AL3/183-ST4A (диаметр = 49.9 мм, расчетная сила = 604 кН). Грозозащитные тросы расположены только вблизи подстанции и только 4 опоры, разработанные для зон схождения лавин, оснащены грозовыми тросами.

2. Нагрузки снежной лавины.

Опасность обрушения снежной лавины на участках прохождения ЛЭП была тщательно изучена специалистами путем исследования территории, анализа метеорологических данных, анализа исторических сведений о схождении лавин в данном регионе, моделирования снежного сдвига и расчета конечных расстояний и скорости схождения лавины (Jonsson и др. (2005),Margreth и Ammann (2004)). Опасность и нагрузки снежной лавины были рассчитаны для каждой отдельной опоры.

Базовое усилие на заданной высоте под влиянием препятствия, вызванного снежной лавиной, может быть выражено следующим выражением:

где Cf коэффициент единичного усилия, p динамическое давление, A проекция площади препятствия, перпендикулярная направлению воздействия лавины, ? плотность и V скорость схождения лавины.

Нагрузка от снежной лавины разделяется условно на три слоя; плотная сердцевина лавины, сальтационный слой и снежное облако. Сальтационный слой является промежуточным между довольно плотным по текучести ядром лавины и турбулентным снежным облаком, физически является переходным слоем. Крутящиеся части верха ядра лавины могут, таким образом, быть найдены внизу сальтационного слоя, поскольку менее сплоченные части лавины собираются вверху, образуя снежное облако. Плотность и скорость снежного потока являются двумя величинами, которые увеличивают давление лавины. Задаваясь определенной скоростью определенных точек снежной лавины во всех слоях, давление лавины становится функцией от плотности. Таким образом, высшее значение давления связано с плотностью сердцевины лавины и впоследствии понижается с увеличением высотной отметки. После расчета снежных слоев и предыдущих лавин, наивысшая отметка границы ядра лавины простирается на высоту 5 - 8.5 м над уровнем земли. Диаграмма распределения давления показана на рисунке 2. Рисунок 3 показывает расположение опор на границе давления ядра лавины, за исключением фактора формы. Соответствующие скорости распространения лавины колеблются в пределах 5 - 49 м/с для опор FL3 и FL4.



Следующие параметры были заданны для каждой опоры: толщина существующего снежного покрова от предыдущих лавин, толщина ядра лавины, толщина снежного облака, скорость схождения и направление лавины. Те же параметры даны для каждого пролета между опорами. Ниже приведены некоторые основные значения, определяющие нагрузку лавины:

  • Скорость лавины (V): 5 – 49 м/с
  • Плотность ядра (): 300 кг/м3
  • Толщина ядра: 2 – 3 м
  • Верхняя граница ядра (соответствующая снежному покрову предыдущей лавины): 5 – 8.5 м
  • Плотность на границе между сальтационным слоем и снежным облаком: 15 кг/м3
  • Плотность сальтационного слоя: 0.10 сек. • V
  • Конечное давление на вершине снежного облака: 150 Пa
  • Толщина снежного облака = 15 – 35 м
  • Коэффициент единичного усилия Cf = 1.5 для опор круглого и эллиптического сечения внутри ядра и сальтационного слоя, Cf = 1.2 внутри снежного облака.

Помимо давления лавины, допускается, что опоры могут подвергаться воздействию камней и участков породы, переносимых хвостом лавины. Средний диаметр обломков камней принят 50 см и за их скорость принимается величина, равная 80% от установленной скорости лавины.

Требования по безопасности были установлены для того, чтобы сократить потенциальные каскадные аварии. Продольная нагрузка всех фаз промежуточных опор была принята равной каждодневной (обычной) нагрузке на расщепленную фазу, составляющей 111–136 кН для каждой фазы, без учета других нагрузок на опору.

3. Разработка опор, расположенных в зонах схождения лавин.

В Исландии, только несколько опор ВЛ 33 – 132 кВ расположены в зонах схождения лавин, поскольку ВЛ 245 кВ и 420 кВ не используются в таких регионах. Рисунки 4 и 5 показывают примеры простых мер защиты: формирование груды камней с плугообразной деревянной структурой внутри и более поздняя версия опорной стойки со стальным клином (плугом).



Был произведен расчет надежности и экономической эффективности конструкций, противостоящих нагрузкам снежной лавины и были выделены три основные типа:

(I) Решетчатая опора, защищенная специальной наклонной плуговидной или клиновидной конструкцией.
(II) Решетчатая опора, построенная на бетонных колоннах/стенах, которые в свою очередь разработаны для сопротивления лавинным нагрузкам и перенаправления потока насколько это возможно.
(III) Опора трубчатого сечения, разработанная для сопротивления лавинным нагрузкам.

Решения на опорах с оттяжками не предлагаются ввиду уязвимости оттяжек, подверженных воздействию лавин. Рисунки 6–9 показывают примеры опор, используемых в других странах в зонах, подверженных воздействию лавин.




Исследование показало, что единичный, трубчатый стальной ствол будет лучшей альтернативой в толчковой зоне ядра лавины. Факторы, влияющие на это решение:

  • Высокая стоимость фундаментов, так как это важно для уменьшения нагрузок на фундамент и особенно опрокидывающего момента.
  • Все элементы, расположенные внутри зоны воздействия ядра лавины должны быть компактными и способными выдерживать высокие местные сжимающие нагрузки.
  • Разнонаправленность обрушения снежных лавин - Многие опоры могут быть подвержены лавинам, сходящим с противолежащих склонов и долин, в дополнение к направленным изменениям в потоке с основного склона.
  • Более экономично строить прочные опоры, чем усиливать их с помощью дополнительных наклонных конструкций (типа «плуг» или «клин»).
  • Внешний вид опор ВЛ имеет большое значение. Опоры с трубчатыми стволами имеют относительно законченный красивый внешний вид.
  • Относительная простота принятой конструкции при переменных нагрузках снежной лавины между опорами.

Из конструктивных схем, исследованных в течение тендерного проекта, была выбрана Y-образная, трубчатая опора, так как она позволяет минимизировать площадь, подвергаемую воздействию лавинных нагрузок, и благодаря этому уменьшает опрокидывающий момент. Это в свою очередь влияет на сохранение целостности как опор, так и фундаментов. Итоговое экономическое сравнение также указывает на экономические преимущества в применении бетонного колонного фундамента, заканчивающегося на уровне земли, что противостоит выталкиванию фундамента даже выше ожидаемой зоны воздействия ядра лавины. В качестве значимых факторов здесь также выступали относительная скорость и простота сооружения с использованием трубчатых стальных секций ствола опоры в отличие от использования бетона.

Местоположение опор было также тщательно выбрано с целью минимизации лавинных нагрузок. В дальнейшем это помогло разместить опоры двух линий, расположенных параллельно друг другу, и избежать их смещения вдоль оси линии. Поэтому было важно поддерживать достаточное расстояние между параллельными линиями таким образом, чтобы при разрушении опоры на одной линии не страдала бы соседняя опора другой линии. Кроме необходимости соблюдать требуемые габариты подвески провода, высота опор была также определена такой, что средняя высота подвески провода располагалась бы выше сальтационного слоя.

ВЛ в зонах действия лавин время от времени разрабатываются с анкерными опорами (то есть без промежуточных опор), чтобы минимизировать разрушение соседних опор при аварии на одной из опор. Эти примеры были рассмотрены Андерсеном и Шауером. Следует отметить, что это приводит к ограниченному увеличению эксплуатационной надежности линии передачи, поскольку главная цель состоит в сокращении каскадных аварий, но не может гарантировать непрерывность эксплуатационных функциональных возможностей ЛЭП. Стоимость, связанная со строительством лавинных анкерных опор, как полагали, перевешивала ограниченное увеличение эксплуатационной надежности.

4. Описание лавинных опор для FL3 и FL4

4.1 Трубчатая Y-образная опора.

Было построено 83 Y-образные опоры и из них 81 предназначена для противостояния лавинным нагрузкам. В том числе 70 опор были промежуточными и 13 опор анкерного типа. Эти опоры были разработаны и применены в Митас, Турция. Трубчатые стойки опоры были произведены методом холодного гнутья и сварки стальных пластин. Стандартное 12-гранное поперечное сечение было использовано для всех опор, кроме 11 промежуточных опор с самыми высокими лавинными нагрузками, для которых полуэллиптическое многогранное поперечное сечение использовалось до Y-образных соединений. Цель этого состояла в том, чтобы увеличить предельный изгибающий момент, не увеличивая площадь участков, подвергаемых лавинным нагрузкам. Все опоры были оптимизированы с учетом нагрузок и усилий разных режимов.

Все стержневые соединения являются болтовыми и фланцевыми. Практические ограничения ширин, длин и масс были приняты в процессе разработки проекта исходя из технологии производства и транспортировки. Защита опор от коррозии производилась методом горячего цинкования погружением. Наиболее избирательного подхода требует гальваническая обработка секций стволов опор, либо потому, что их габариты превышают размеры ванн, используемых в процессе гальванизации, или из-за сложностей с их загрузкой. Эти большие секции или частично оцинковывают, используя металлизацию и окраску для деталей с двухсторонней системой фланцев, или полностью металлизируют и окрашивают. Все опоры оборудованы лестницами, включая платформы для отдыха и страховочные оттяжки. Смотровое отверстие устраивается близко к основанию каждой опоры, чтобы обеспечить визуальный осмотр внутренней части основания.

Рисунок 10: Основные размеры 40м промежуточной опоры.


Рисунок 11: Сборка Y-образного соединения.


Таблица 1 показывает основные параметры Y-образных опор.

Два типа натяжных гирлянд изоляторов, используемых в области действия лавин; 1x300 кН и 2x210 кН. Ряды гирлянд изоляторов состоят из трех или четырех рядов с прочностью на разрыв 3x400 кН или 4x400 кН.

Тип опоры Промежуточные опорыАнкерно-угловые опоры
Количество Средняя высота Высота цепи (подвески) Вес опоры Угол линии [шт]7013
[м]3222,2
[м]24-4022-24
[т]27-5455-65
[?]08-71
ОснованиеМарка листовой стали-S355NLS355NL
Размеры основания[м]1,4-1,82,1-2,65
Толщина стали[мм]15-2020
Материал фланцевых болтов-Grade 8,8Grade 8,8
Кол-во фланцевых болтов[шт]2424
Размер фланцевых болтов-M45-M60M64-M58
Соединение с фундаментомМатериал анкерных болтов-S355J2G3S355J2G3
Кол-во анкерных болтов[шт]24-5238-52
Размер анкерных болтов-M64M64
Нагрузка на основаниеМакс. опрокидывающий моментМН•м8-31,320-34,5
Макс. сдвигающая сила на основ.МН3-4,11-3,4

4.2 Концевая опора в Fljotsdalur

Две концевые опоры на подстанции в Fljotsdalur были разработаны для зон схождения лавин. Они были также разработаны со специальным акцентом на внешнем виде, с привлечением архитекторов. Дизайн деталей и продукции был выполнен Птижан (Petit Jean), Франция. Концевые опоры выполнены методом холодного гнутья в виде многогранной трубчатой стальной опоры, полуэллиптического сечения с болтовыми фланцевыми соединениями, подобными другим лавинным опорам для FL3 и FL 4. Одна из концевых опор изображена на рисунке 13.


4.3 Фундаменты

Все фундаменты для лавинных опор выполняются из монолитного бетона с анкерными болтами/стержнями, M64, 28–52 шт. в зависимости от типа и размера опоры. Скальные болтовые фундаменты зачастую используются в условиях, когда заглубление в скалу находится в пределах 4 м, в противном случае используется бетонная подушка. Объём бетона используемого при устройстве фундаментов колеблется в пределах от 45 до 315 м3, со средним значением в 124 м3. Вершина фундамента отливается со специальной бетонной «втулкой», расположенной выше уровня плоскости базы опоры внутри секции основания. Цель состоит в том, чтобы передать горизонтальные усилия сдвига непосредственно от опоры фундаменту через «втулку» вместо передачи усилий через анкерные болты. Чтобы получить неподвижную посадку после монтажа опоры, расстояние между бетонным фундаментом и основанием опоры должно быть заполнено жидким раствором. См. рисунок 15.


5. Сборка и установка

Сборка и установка всех опор для FL3 и FL4, включая лавинные опоры, производилась Dalekovod (Хорватия) и Elektrovod (Словакия) совместно. Относительно большие габариты секций лавинной опоры требовали использования подъемных кранов большой грузоподъёмности. Достаточный доступ для подъемных кранов был обеспечен в течение фазы подготовки строительной площадки сооружением подъездных путей и прямоугольных площадок под опоры, приблизительно 12 x 12м. Используя подъемные краны, отдельные секции ствола опоры устанавливались и собирались на анкерных болтах. Более легкие секции заранее монтируются на земле и затем поднимают на место как показано на рисунках ниже.

Рисунок 16. Монтаж верхней части опоры краном.


6. Выводы

Из-за характера и суровости нагрузок лавины на FL3 и FL4, габариты всех структурных элементов, включая опоры и фундаменты, могут сильно отличаться от нормы по сравнению с традиционными конструкциями линий электропередачи. Это дает множество практических ограничений в процессе конструирования, включая выбор материалов, изготовление деталей и нанесение защитного покрытия, транспортировку, сборку и монтаж. В отличие от более традиционного проекта линий электропередачи, проект, разработанный для лавинных нагрузок такой величины, требует чрезвычайно тщательных приготовлений, включая обширный структурный и экономический анализ возможных конструктивных решений для каждого из компонентов системы.

7. Благодарим

Fljotsdalslina 3 и 4 построены Landsnet • Управление проектом Landsvirkjun • Инженеры-консультанты Linuhonnun, Afl engineering & Mott MacDonald • Консультанты по лавинам Orion, Verkfrddistofa Austurlands & NGI • Контроль FSJV • Технический проект Honnun • Архитектор конечных опор Hornsteinar • Подрядчик по устройству дорог Istak • Подрядчик по фундаментным работам Hera?sverk • Подрядчик по монтажу провода и тросов JV Dalekovod & Elektrovod • Поставщик трубчатых Y-образных опор Mitas • Подрядчик по концевым опорам PetitJean • Подрядчик по решетчатым опорам Sa-Ra • Подрядчик по поставке провода Midal Cables • Подрядчик по поставке изоляторов Sediver • Подрядчик по выполнению СМР Dalekovod • Подрядчик по поставке грозотроса Swedwire AB.

Ссылки

Anderson, B. C., and G. D. Schildt. 1991. Проект стальных структур опор, противостоящих снежной лавине. Канадская электрическая ассоциация, подраздел обслуживания Линии передачи. Май 1991 Торонто.
Jonsson, A., S. Bakkehoi and S. Hauksson. 2008. Риск схождения лавины на ВЛ 420 кВ в Исландии. Интернациональный симпозиум по Смягчающим Мерам против Снежных Лавин, Egilsstadir, Исландия, Март 11-14, 2008.
Jonsson, A., S. Bakkehoi, S. Hauksson. 2005. ВЛ 420 кВ Fljуtsdalslнnur 3 и 4 Исследования снежных лавин и оползней. Снежные лавины. Orion, Verkfrddistofa Austurlands и Norges Geotekniske Institutt (NGI).
Margreth, S., and W. Ammann. 2004. Обзор опасности схождения лавины для ВЛ Fljotsdalslinur 3 и 4 в Исландии. SLF Expert Report G2004.16. Davos.
Schauer, H. 1981. Эффект пылевидных лавин в проекте и поведение высоковольтных линий передачи в Австрии. В Слушаниях Международной Конференции по Крупным системам высокого напряжения, Cigre Стокгольм 1981. Страницы S 22-81.
Tourreil, C. 2000. Ratia Строительство новой системы сверхвысокого напряжения в швейцарских Альпах. INMR. Июль/Август 2000.

 



Фото-4
Печи
Фото-4


Сейчас 90 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page