Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииПервая часть 1-й Международной конференции МГС → Экономическая целесообразность применения опор на многогранных гнутых стойках (МГС) 35-500 кВ
Экономическая целесообразность применения опор на многогранных гнутых стойках (МГС) 35-500 кВ
Автор: Казаков Сергей Евгеньевич
Председатель совета директоров ЗАО "Опытный завод"Гидромонтаж"

 

В ближайшие годы ожидается серьезный рост объемов строительства распределительных сетей и сетей ЕНЭС. Концепцией развития сетей ЕНЭС в ближайшие 10 лет предусматривается строительство более 30 тысяч километров линий напряжением 220 кВ и выше. В распределительных сетях, а это более 1 млн. км, главная проблема состоит в том, что высок износ основных фондов. Так, износ распределительных сетей в Московской области составляет около 60%, а около 20% из них построены до 1940 года.

Решение задач такого масштаба невозможно без широкого применения новых материалов, оборудования и технологий. Технические требования к сетям нового поколения, разработанные ФСК ЕЭС, предусматривают повышение сроков службы и надежности, снижение сроков строительства и затрат на эксплуатацию. Одним из наиболее перспективных направления решения этих задач является строительство ЛЭП на многогранных опорах. Для повышения эффективности работ в этом направлении разработана целевая программа «Разработка стальных опор нового поколения на основе многогранных стоек для ВЛ 10-500кВ». Программа позволит консолидировать научные, производственные и финансовые ресурсы, в кратчайшие сроки ликвидировать отставание в этой области и обеспечить эффективное решение задач по модернизации и развитию распределительных сетей и сетей высокого напряжения.

 

Мировой опыт применения многогранных опор

 

В мировой практике опыт применения опор такой конструкции насчитывает около 40 лет. Опоры на многогранных гнутых стойках (далее – опоры на МГС) используются в цепях всех классов напряжений, в качестве промежуточных и анкерных опор, порталов распределительных устройств и т.п. Велико многообразие конструкций опор, траверс и методов закрепления в грунте [1].

Длительный опыт строительства и эксплуатации ЛЭП на базе многогранных опор позволил сформулировать их основные достоинства. Мы изложим эти достоинства в порядке важности, который принят западными специалистами.

Главным преимуществом опор на МГС считается адаптивность. Простота проектирования конструкций, практически полное совпадение расчетных и фактических параметров опор (2-3%), быстрая переналадка производства с одного типа опор на другой и высокая производительность позволяют оперативно проектировать, выпускать и устанавливать опоры в максимальной степени отвечающие условиям конкретной ЛЭП (по габаритам, несущей способности, методам закрепления в грунте и т.п.). Все это позволяет уже на стадии проектирования линий электропередачи рассматривать большое количество вариантов строительства и выбирать из них наиболее предпочтительный.

Далее, как правило, подчеркиваются хорошие эксплуатационныехарактеристики: высокая надежность, отсутствие катастрофических разрушений при обрыве провода, стабильность характеристик опор на протяжении всего срока эксплуатации, низкие текущие затраты по эксплуатации линий электропередачи.

Все без исключения отмечаютпростоту и высокую скорость монтажа многогранных опор. Как правило, монтаж одной опоры занимает 0,5 - 2 часа. В литературе приводится пример, когда бригада из трех человек установила за одну рабочую смену 16 многогранных опор (3,2 км) на строительстве ВЛ 115 кВ.

Кроме этого отмечают уменьшенный землеотвод, экологическую безопасность, простоту утилизации, эстетику и ряд других положительных качеств многогранных опор.

Характерно, что снижение стоимости строительства упоминается в последнюю очередь. Чаще всего приводятся следующие цифры экономии затрат на строительство: 20-30% для распределительных сетей и от +10% до -10% для сетей свыше 300 кВ.

 

Российский опыт применения опор на МГС

 

В России многогранные опоры ещё не получили широкого распространения. Незначительный опыт имелся в строительстве многогранных опор с фланцевым соединением секций и оттяжками. Такая конструкция не имела перспектив широкого распространения.

Первый опыт применения конических многогранных опор в сетевом строительстве состоялся на объекте ОАО «Костромаэнерго». В течение 4-х месяцев необходимо было построить две одноцепные линии ВЛ 110 кВ на участке Мантурово - Шарья (ПС «Звезда» - ПС «Кроностар») общей протяженностью 120 км. Первоначальным проектом предусматривалось строительство ВЛ на традиционных опорах - решетчатые анкерные опоры и железобетонные (частично решетчатые) промежуточные опоры. Для сокращения сроков и стоимости строительства было принято решение на восьми анкерных участках общей протяженностью 45.5 км установить многогранные опоры ПМ110-1ф в качестве промежуточных, оставив решетчатые анкерные. Последнее решение принято в силу ограниченности сроков на перепроектирование.

Промежуточная опора ПМ110-1ф состоит из двух 12-тигранных секций с толщиной стенки 6 мм (рис. 1). Опора устанавливается на фундаментный модуль, выполненный из трубы со стенкой 10 мм, с помощью фланцевого соединения. Основные характеристики использованных промежуточных опор таковы:

- расчетный габаритный пролет - 270 м.;

- расчетный ветровой пролет - 285 м.;

- расчетный весовой полет - 330 м.;

- вес комплектной опоры - 2.2 т.;

- вес фундаментного модуля - 1 т.

В результате использования многогранных опор существенно улучшились технико-экономические показатели строительства (табл. 1). Средние пролеты увеличились в 1.5 раза - со 160 метров до 240 метров. Соответственно, общее количество опор снизилось с 284 до 190 штук. Более чем в 3 раза снизился объем завозимых грузов и это без учета песчано-гравийной смеси и других материалов, необходимых для строительства фундаментов решетчатых опор. Сроки строительства, для сопоставимых по численности бригад, сократились в 4 раза. Стоимость строительства сократилась на 15%.

 

 

Таблица 1

Сравнительные характеристики

вариантов строительства с использованием

традиционных и многогранных опор

 

Первоначальный

вариант

Реализованный

вариант

Средний пролет (м)

160

240

Потребность в опорах (шт.)

 

 

1. Железобетонные опоры

 

 

ПБ11О-15

230

-

ПСБ11О-1

10

-

УБ110-13

2

-

2. Металлические опоры

 

 

П110-5В (решетчатые)

42

-

ПМ110-1ф (многогранные)

-

190

3. Всего опор (шт.)

284

190

4. Вес опор (т)

1385

418

Потребность в элементах

 

 

фундаментов (шт.)

 

 

1. Ригель АР -6

270

60

2. Ригель Р1 -А

90

-

3. Плита ОП-1

5

-

4. Фундамент Ф5 - 2

84

-

5. Трубчатые фундаменты

-

220

6. Вес фундаментов (т)

635

245

Первый опыт строительства линий электропередачи убедительно подтвердил преимущества многогранных опор, отмечаемые зарубежными и отечественными специалистами [2]. Ниже мы более подробно остановимся только на трех из них - транспортабельность, высокая скорость монтажа и экономическая эффективность.

 

Транспорт.

 

Для России с ее значительными расстояниями и слабой транспортной инфраструктурой важнейшее значение имеет транспортабельность продукции. В электросетевом строительстве этот фактор имеет особое значение, так как большая часть объектов находится в отдаленных и труднодоступных районах. Транспортная составляющая может доходить до 20% и более от стоимости строительства.

В нашем случае, расстояние от завода изготовителя до места строительства составляло около 700 .км. Доставка, в основном, осуществлялась автотранспортом. Для транспортировки 10 комплектных опор (с фундаментом) необходимо 3 автомашины общего назначения. Срок доставки – 1день. Стоимость - 7.5 тыс.руб. за одну опору, что составляет 2% стоимости опор и менее 1% в общей стоимости строительства.

Часть опор была доставлена железнодорожным транспортом. При некотором снижении затрат сроки доставки возрастали до 5 - 7 дней, вдвое возрастали объемы погрузочно-разгрузочных работ.

Как показывает опыт дальних поставок опор на МГС (Тында), затраты на железнодорожный транспорт 20 комплектных опор (3 полувагона) составляют около 500 тыс.руб. или 8% от стоимости опор и 4% от стоимости строительства.

Первый опыт строительства ВЛ с использованием опор на МГС показал:

• При строительстве объектов в пределах 1000 км от места их изготовления целесообразно осуществлять транспортировку автомобильным транспортом, а на большие расстояния - железнодорожным или другим транспортом.

• Транспортировка многогранных опор не требует специального транспорта (опоровозы, сцепы платформ и т.п.). При этом в большинстве случаев возможна поставка комплектных опор с завода-изготовителя непосредственно на пикет.

• Затраты на транспорт не оказывают существенного влияния на стоимость строительства ЛЭП и кратно ниже транспортных затрат при строительстве ВЛ на железобетонных или решетчатых опорах: транспорт решетчатых опор дороже в 1.5-2 раза, а железобетонных - в 3-4 раза.

• Чем сложнее транспортная схема тем эффективнее многогранные опоры.

 

Монтаж.

 

Снижение стоимости строительно-монтажных работ и сроков строительства - главная задача инвестора. Для России эти проблемы особенно актуальны в связи с острым дефицитом строительно-монтажных организаций и ограниченным периодом строительства в северных и восточных районах страны.

Монтаж опоры не представляет сложностей и включает в себя три этапа: стыковка секций опоры; крепление траверс, тросостойки и лестниц; установка опоры на фланец фундаментной секции.

Общее время монтажа опоры составляет 30-60 минут и зависит от количества секций (2 - 3), количества цепей (1-2) и квалификации бригады монтажников. На строительстве костромской линии бригада в составе двух звеньев электролинейщиков (8 чел.) и подъемного крана устанавливала 9-10 опор за рабочую смену или 2.5 км ВЛ 110-1. Таким образом, можно утверждать, что сроки монтажа одной многогранной опоры не существенно отличаются от сроков монтажа бетонных опор, но за счет того, что количество опор уменьшается в 1.5-2 раза существенно сокращается срок строительства линии в целом.

Сравнение сроков строительства линий на многогранных и решетчатых опорах показывает, что здесь сроки сокращаются на порядок! Так, полное время для сооружения одной промежуточной опоры типа П110-5В составляет в среднем 1.5-2 дня, т.е. в 15-20 раз больше. При этом потребуется привлечение дополнительной техники - экскаватор, бульдозер и т.д.

Сооружение трехстоечной многогранной анкерной опоры потребует 2-3 часа, решетчатой (типа У110-1, У110-1+5) - 3-4 дня.

Первый опыт работы позволяет сделать следующие выводы:

• Трудоемкость и сроки монтажа одной многогранной опоры сопоставима с аналогичными показателями железобетонных опор.

• Для сооружения опор на МГС требуется меньшее количество техники.

• По сравнению с железобетонными опорами объем строительно-монтажных работ сокращается в 1.5-2 раза за счет веса и уменьшения количества опор.

• По сравнению с решетчатыми опорами объем строительно-монтажных работ снижается на порядок за счет уменьшения удельных затрат на сооружение одной опоры.

 

Экономическая эффективность применения опор на МГС

 

Эффективность применения того или иного типа опор в каждом конкретном случае определяется множеством факторов:

- особенности технического задания на строительство объекта;

- районно-климатические условия;

- транспортная доступность;

- близость производства того или иного типа опор и др.

Наивно полагать, что при таком многообразии условий строительства один из типов опор окажется лучшим во всех случаях. Поэтому, очень важно уже на первом этапе внедрения многогранных опор хотя бы приблизительно очертить область их наиболее эффективного применения. Это позволит избежать необоснованных затрат на исследования и ускорит получение эффекта от реализации конкретных проектов.

Первое, что необходимо сделать для такой структуризации - выбрать критерий, по которому выбирается оптимальный вариант. В России в настоящее время, в отличие от развитых стран и вопреки рекомендациям [3], основным критерием остается минимум капитальных затрат на строительство объекта. В связи с этим, нами были проведены расчеты стоимости строительства пятикилометровых анкерных участков для напряжений от 6-10кВ до 500 кВ. В таблице 2 приведены результаты этих расчетов для 3/3 климатического района (ветер - 650 Па, гололед - 20 мм). Результаты сравнения позволяют сделать предварительные выводы о наиболее рациональных вариантах использования опор на МГС. По напряжениям можно выделить три области с различными уровнями эффективности.

1. Сети до 10 кВ. В этом классе напряжений наиболее эффективными являются бетонные опоры. Они на 30-35 % дешевле опор на МГС и МРО. В первую очередь это обусловлено дешевизной стоек из вибрированного бетона - в 5 - 6 раз дешевле металлических. Это не значит, что здесь не будут применяться опоры на МГС. В простых районах они могут использоваться в качестве одностоечных анкеров, переходных опор, там, где существуют повышенные требования к эстетике и т.п. Однако основная область их применения - отдаленные и северные районы. Из-за меньшего веса (250-300 кг) и требуемого количества (пролеты в 1.5 раза больше) в этих районах, при использовании опор на МГС, резко снижаются затраты на транспорт и монтаж. В результате, металлические опоры становятся на 30 % эффективней бетонных.

Кроме того, опоры на МГС станут активнее использоваться, если повысится внимание к надежности низковольтных сетей. В ноябре 2000 года на Украине по причине экстремальных метеоусловий было уничтожено 307 тысяч железобетонных опор [5]. Наибольшему разрушению подверглись низковольтные сети 0.4 - 10 кВ на базе трапециидальных стоек из вибрированного бетона. Крупные аварии происходили и в другие годы: 1988г.- 37000 опор, 1975г. - 30000 опор и т.д. Вывод, который сделали украинские специалисты - необходимо широкое применение многогранных опор. Очевидно, что и в России, в таких районах как Северный Кавказ, Южный Урал, Приморье и др. необходимо тщательным образом оценить целесообразность применения опор на МГС с учетом потерь от аварий, сроков службы и эксплуатационных затрат.

2. Сети 35 - 220 кВ. Для сетей этого класса преимущества многогранных опор проявляются в наибольшей степени.

По сравнению с ЛЭП на центрифугированных бетонных опорах линии на опоры на МГС дешевле на 6-10 %. Основным фактором, обеспечивающим преимущество многогранных опор, является увеличение пролетных расстояний в 1.5-2 раза. В результате, несмотря на то, что бетонные опоры значительно дешевле многогранных, общие затраты на приобретение опор, изоляторов и т.д. оказываются всего на 20-25 % ниже. Одновременно, при использовании бетонных опор затраты на строительно-монтажные работы выше на 40-70%, затраты на транспорт - в 2.5-3 раза. Как и в низковольтных сетях, преимущества опор на МГС возрастают при строительстве ЛЭП в северных и отдаленных районах.

Сравнение стоимости строительства ЛЭП на многогранных и решетчатых опорах показало, что практически по всем составляющим затрат опоры на МГС значительно выгоднее. В результате, стоимость 1 км линий данного класса на решетчатых опорах оказывается на 35-40 % выше. Особо следует отметить, что при использовании опор на МГС кратно сокращается время строительства.

3. Сети 330 - 500 кВ. Для сетей этого класса характерно то, что резко падает эффективность бетонных опор (таблица 2). Для линий 500 кВ их использование вообще не рекомендуется. Это связано с тем, что с введением ПУЭ седьмого издания пролетные расстояния сократились до 50 - 70 метров.

Сравнение опор на МГС и металлических решетчатых опор показало, что для ВЛ 330 кВ оба типа опор равноэффективны, а для ВЛ 500 кВ решетчатые опоры чуть лучше. Возможно, эти соотношения несколько изменятся с появлением специальных конструкций многогранных опор, но принципиальный вывод о равноэффективности скорее всего сохраниться, что подтверждается и мировым опытом. Такое положение обусловлено двумя факторами. Во-первых, более резкий рост массы опоры. Если при переходе от опор 220 кВ к 330 кВ вес решетчатой опоры растет на 15-20%, то вес многогранной - на 80-90 %. Во-вторых, усложняются и удорожаются конструкции фундаментов.

Для сетей этого класса сохраняется преимущество опор на МГС в скорости строительства. На наш взгляд, многогранные опоры будут предпочтительнее в городских условиях, где существуют серьезные ограничения по землеотводам, а также в горных и северных районах.

Таковы основные выводы по эффективности опор на МГС при использовании критерия «минимум капитальных вложений». Если же использовать более правильные критерии, то преимущества многогранных опор возрастают [2]. При выборе вариантов инвестиций в электроэнергетике, отраслевыми положениями [4] рекомендуется использовать критерий чистого дисконтированного дохода, который помимо затрат на строительство учитывает результаты от строительства объекта, фактор времени, срок службы, текущие затраты, норму дохода на капитал. При равенстве результатов критерий максимизации чистого дисконтированного дохода модифицируется в критерий минимума интегральных дисконтированных затрат (1):
Кi = min ((Кi(t) +Ci(t))B(t))                                                        (1)

Сравнения по этому критерию проводились по заданию ФСК рабочей группой специалистов ведущих отраслевых институтов. Результаты расчетов приведены в таблице 3. Нетрудно заметить, что при использовании более совершенного критерия преимущества ЛЭП на многогранных опорах становится еще более ощутимым. Это обусловлено более низкими затратами на эксплуатацию, более длительным сроком службы (многогранные опоры - 50 лет, железобетонные - около 30 лет, и решетчатые - около 40 лет), низкими затратами на ликвидацию и утилизацию. Все эти статьи расходов не учтены в критерии «минимум инвестиций».

 

Проблемы и перспективы.

 

В настоящее время во всей цепочке создания ЛЭП на основе многогранных стоек «разработка конструкций опор» - «проектирование линий электропередачи» -«производство опор» - «строительство ЛЭП» - «эксплуатация» существуют свои проблемы.

Разработка конструкций опор и методов их закрепления. Главным недостатком здесь является ограниченное множество типовых проектов и их модификаций. Так,  для ВЛ 110 кВ существует всего 3 типовых многогранных опоры и 3 их модификации. Конструкции их сориентированы на 3/3 район по ветру и гололеду. В результате, габаритный пролет для 2/2 района по РКУ в 1.5 раза меньше ветрового, а для 4/4 района это соотношение прямо противоположное. Фактически, ограниченный круг типовых опор не позволяет в полной мере реализовать одно из главных преимуществ опор на МГС – адаптивность. В тоже время конструкций решетчатых опор, в «Каталоге унифицированных и типовых опор» насчитывается около 70 типов для этого класса сетей. Подобная картина и в конструкциях фундаментов.

Проектирование ЛЭП. Проблемы конкретного проектирования заключаются в отсутствии полного комплекта нормативной документации надлежащего качества и в отсутствии опыта проектирования ЛЭП на многогранных опорах. Но есть и главная объективная причина. Проектная организация не заинтересована в снижении сметной стоимости объекта, т.к. ее доход в России определяется как процент от этой стоимости.

Производство. Главной проблемой является ограниченность мощностей по производству многогранных опор. Завод «Гидромонтаж», основной производитель многогранных стоек, располагает мощностями по производству 6000-8000 тонн конструкций, что эквивалентно производству 3000 опор ВЛ 110 кВ или 2000 опор 220 кВ. Этого количества хватит для строительства 700-750 км ЛЭП, что явно недостаточно для решения отраслевых проблем.

Строительство ЛЭП. Строительно-монтажные организации необходимо довооружить несложными механизмами, позволяющими резко повысить производительность и снизить затраты. Это вибропогружатели труб большого диаметра, устройства стяжки секций, шнеки различного диаметра и длины и др.

Нетрудно заметить, что все проблемы не носят принципиального характера. Большинство из них могут быть решены за 1-2 года (в рамках упомянутой целевой программы) при незначительных объемах инвестиций. Несколько больших затрат и времени потребует наращивание производственных мощностей до уровня, соответствующего растущим потребностям ФСК ЕЭС и региональных компаний.

Богатый зарубежный и первый российский опыт строительства линий электропередачи на многогранных опорах показывает, что это направление может стать одним из самых перспективных в сетевом строительстве на ближайшие годы. Основными направлениями их применения могут стать:

• Строительство ЛЭП в северных и труднодоступных районах.

• Строительство ЛЭП в черте города и других местах с высокой стоимостью земли.

• Строительство ВЛ 35 кВ, ВЛ 110 кВ, ВЛ 220 кВ и частично ВЛ 330 кВ.

Сегодня ФСК ЕЭС РФ принята комплексная программа разработки типовых конструкций опор на МГС в классах напряжения 110-500 кВ. Программа предусматривает разработку, изготовление опытных образцов и проведение полигонных испытаний в 2006-2007 г.г. широкой номенклатуры основных типов опор в классах напряжения 110-500 кВ. Т.о., по мере увеличения номенклатуры многогранных опор и наращивания мощностей по их производству, сфера их применения будет расширяться.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крылов С.И. Легкие эстетичные опоры для ВЛ СВН. М., Электро, 2005, №3.

2. Вариводов В.Н., Казаков С.Е. и др. Стальные многогранные опоры для распределительных электрических сетей. М., Электро, 2005, №2.

3. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. МЭ РФ, МФ РФ. М., Экономика, 2000.

4. Раппопорт А.Н., Горюнов П.В. и др. Практические рекомендации по оценке эффективности и разработке инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике. 2-е изд. М., 1999.

5. Семенко В.Д., Костиков В.И. Опоры для линий 0.4 - 10 кВ. Новые решения. Киев, Энергетика и электрификация № 8 (217), 2001.

© Копирование материалов размещенных на сайте, допускаеться только по согласию с авторами материалов. Ответственность за достоверность и точность информации несут авторы статей. Все права защищены. Использование материалов сайта без согласия ОАО "ПРОМиК", не допускаеться.

© ОАО "ПРОМиК",2006
© ООО "Связьтехсервис",2006

 



Фото
Разное
Фото


Сейчас 65 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page