Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииВторая Международная конференция МГС → Многогранные гнутые облегченные стойки для опор ВЛ напряжением 35-110-220 кВ
Многогранные гнутые облегченные стойки для опор ВЛ напряжением 35-110-220 кВ

Многогранные гнутые облегченные стойки для опор ВЛ напряжением 35-110-220 кВ

 


УДК 62-112.5

Гунгер Ю.Р., к.т.н., Лавров Ю.А., к.т.н., ЗАО «ВНПО ЭЛСИ», г. Новосибирск,

Зевин А.А., д.т.н., ОАО «СевЗапНТЦ», г. Санкт-Петербург

 

Общие сведения. В последнее время повышается интерес специалистов к проблемам проектирования, строительства и реконструкции электросетевых объектов с применением новых научных разработок и передовых технологий, влияющих на надежность эксплуатации воздушных линий (ВЛ) электропередачи и их технико-экономические показатели;

Более 15 лет группа компаний ЭЛСИ является одним из лидеров по производству опор нового типа для ВЛ 35-110-220 кВ и в своей деятельности старается отслеживать современные тенденции совершенствования линий электропередачи, в том числе, связанные с применением новых конструкций опор и технологий строительства, способствующих снижению стоимости и сроков сооружения ВЛ.

Опоры группы компаний ЭЛСИ выгодно отличаются от существующих на рынке разработок и сочетают в себе преимущества опор из многогранных гнутых стоек сплошного сечения и стальных решетчатых опор башенного типа. Благодаря оптимальным конструкционным особенностям, простоте и удобству обслуживания опоры имеют высокие эксплуатационные характеристики.

В настоящее время в компании ЭЛСИ разработаны и освоены в производстве опоры для ВЛ 35-110 кВ одноцепного и двухцепного исполнений, а также опора для ВЛ 220 кВ одноцепного исполнения. Эти опоры прошли приемочные механические испытания в Центре испытаний воздушных линий Филиала ОАО «Инженерный центр ЕЭС»-«Фирма ОРГРЭС», а в Органе по сертификации электротехнического и энергетического оборудования ОАО «СОЮЗТЕХЭНЕРГО» получены Сертификаты соответствия (№ РОСС RU.МХ08.Н00008 и РОСС RU.МХ08.Н00081).

Стальные многогранные облегченные опоры – относительно новое техническое решение, разработанное в ЭЛСИ. В отличие от многогранных опор сплошного поперечного сечения, четыре грани облегченных опор – решетчатые. Конструкция опор из многогранных гнутых стоек с решетчатыми гранями имеет ряд преимуществ, которые рассмотрены в настоящем докладе.

Конструкция стальных многогранных облегченных опор для ВЛ 35-110-220 кВ.

Разработанные стальные многогранные облегченные опоры (СМОО) включают следующие технические идеи: узкая база и укрупненные цельносварочные секции; установка стойки 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 наиболее эффективно и экономно изготавливать элементы новых конструкций опор по сравнению с традиционными конструкциями опор из прокатных уголков, т.к. имеют рациональное распределение металла по сечению и высоте конструкции опоры, что обеспечивает снижение расхода металла. В зависимости от региона сооружения ВЛ указанные новшества позволяют снизить стоимость и сроки строительства ВЛ.

СМОО собираются из двух секций и тросостойки с помощью болтовых соединений, легко транспортируются, не требует точной установки фундаментной трубы. Все секции СМОО изготавливаются из стали С345 по ГОСТ 27772-88 (марка стали 09Г2С по ГОСТ 19282-73*), что позволяет эксплуатировать СМОО в районах с температурой ниже -500С. Одностоечная свободностоящая опора крепится к фундаменту с помощью фланцевого соединения. Фундамент опоры, состоящий из стальной трубы диаметром 720 мм и толщиной стенки трубы 9-10 мм, устанавливается в пробуренный котлован, глубина которого определяется физико-механическими характеристиками грунта (обычно глубина составляет 4-5 метров, что обеспечивает устойчивость опоры без дополнительных ригелей). Погружение фундаментной трубы также может выполняться забивкой или вибропогружением. Опоры запроектированы на расчетные нагрузки по ПУЭ седьмого издания для районов с умеренной пляской проводов. В табл.1 в качестве примера представлены эксплуатационные характеристики опор для ВЛ 110 и 220 кВ, соответственно двухцепного и одноцепного исполнений. Конструктивные параметры опор приведены на чертеже рис.1.

Таблица 1

Эксплуатационные характеристики опор 2ПС35/110П и ПС220П

Параметр

2ПС35/110ПУ

ПС220П

сечение провода типа АС, мм2

120-240

300- 400

район нормативного давления ветра

II-IV

III-IV

район по толщине стенки гололеда

I-III

I-III

региональный коэффициент по ветру

1,15

1,15

региональный коэффициент по гололеду

1,25

1,25

габаритный пролет, м

170-270

210-260

вес опоры, кг

1850

1930

 

 

 

 

 

а)

б)

 

Рис.1 Стальные многогранные облегченные опоры для двухцепной

ВЛ 110 кВ (а) и одноцепной ВЛ 220 кВ (б)

 

Анализ эффективности опор различных типов.

Отметим кратко, какими преимуществами обладают разработанные опоры на основе многогранных гнутых стоек с решетчатыми гранями по отношению к существующим на сегодняшний день конструкциям опор.

Использование железобетонных опор (ЖБО) для ВЛ 110-220 кВ на практике реально только для районов с относительно легкими условиями строительства, т.к. ЖБО имеют ряд недостатков: большая длина стоек (до 22 м), затрудняющая их транспортировку; большой вес стоек – около 5 т; слабая устойчивость железобетона к повреждениям при транспортировке, погрузо-разгрузочных и монтажно-строительных работах; сложность подъема на опору без использования автовышки. К преимуществу железобетонных опор следует отнести простоту их монтажа, низкую стоимость, невозможность расхищения деталей опор.

Недостатков, присущих железобетонным опорам, лишены стальные решетчатые опоры (СРО). Подавляющая часть стальных опор для указанных классов напряжения в России представляют собой конструкции башенного типа, собранные из пространственных ферм, которые, в свою очередь, собираются на болтах из прокатных уголков. К преимуществам СРО можно отнести: относительно небольшой расход стали; простую транспортировку элементов опоры россыпью; возможность подъема обслуживающего персонала на опору без применения автовышек. В качестве недостатков этого типа опор следует отметить: большое число деталей; трудоемкость укрупнительной сборки на монтаже; большие затраты на строительство фундаментов; возможность расхищения деталей опор.

Наряду с опорами традиционного конструктивного исполнения в отечественной практике в настоящее время начинают применять стальные многогранные опоры (СМО), собираемые из сварных секций в виде конических труб многогранного поперечного сечения. Внешняя геометрия таких опор аналогична конструкции железобетонных опор. Подобные опоры обладают рядом преимуществ: сокращаются расходы на фундаменты, так как стойка опоры может устанавливаться на один фундамент из стальной трубы; резко сокращается объем и номенклатура собираемых на монтаже элементов, за счет чего снижается число болтов и трудоемкость сборки; эстетичность конструкции. Вместе с тем СМО имеют несколько повышенный расход материала по сравнению с СМОО, так как при работе на изгиб материал, расположенный в районе нейтральной оси полностью «не используется». Кроме того, замкнутое пространство внутри труб в случае, если не обеспечена герметичность конструкции, может способствовать развитию коррозионных процессов.

Таким образом, можно отметить, что недостатки железобетонных опор вытекают из материала, используемого для изготовления опор, недостатки наиболее распространенных стальных решетчатых опор башенного типа – из их конструкции, а в стальных многогранных опорах не оптимально сечение по расходу материала.

Разработанные в компании ЭЛСИ опоры из гнутого стального профиля переменного по высоте сечения выполнены на основе одной базовой стойки, в конструкции которой применена комбинация технических решений, использованных в стальных многогранных опорах и стальных решетчатых опорах (рис.2,а). Подобная конструкция стойки позволяет соединить в опорах преимущества СМО и СРО, т.е. по сути опоры конструкции ЭЛСИ представляют собой стальные многогранные облегченные опоры (СМОО). Пояса стойки таких опор состоят из 4-х «полуразогнутых» швеллеров с переменной по высоте опоры шириной полки. Таким образом, сечение поясов меняется по высоте как у многогранных опор, а грани стойки в области нейтральных осей сечения выполнены решетчатыми, как у традиционных стальных решетчатых опор башенного типа (рис.2,б). В результате получена конструкция стойки, обеспечивающая оптимальное использование механических свойств стали, что приводит к уменьшению веса опоры типа СМОО по сравнению с СМО. Например, для ВЛ 220 кВ стальная многогранная опора типа ПМ220-1 (производства ОАО «Опытный завод Гидромонтаж») весит 2,9 т, а стальная многогранная облегченная опора типа ПС220П (конструкции ЭЛСИ) – 1,93 т, то есть 1,5 раза легче. Вместе с тем, стальная многогранная опора типа ПМ220-1 имеет расчетный изгибающий момент 870 кН·м и расчетный пролет по ПУЭ седьмого издания 320 метров (для III района по нормативному давлению ветра и III района по толщине стенки гололеда), а опора типа ПС220П обладает изгибающим моментом 700 кН·м и пролетом в 250 метров. Однако даже при сниженном пролете опоры ПС220П металлоемкость на 1 км сооружаемой ВЛ для СМО и СМОО составляет соответственно 9,06 т и 7,72 т. При этом наряду со сниженным весом конструкции СМОО по отношению к СМО обладают следующими преимуществами: более удобный такелаж и монтаж опор – опора может стропиться за элементы решетки; более удобный монтаж и обслуживание опор без применения подъемных механизмов за счет того, что на опору легко подниматься по раскосам; отсутствие замкнутых полостей.

Следует отметить, что принципиально можно разработать конструкцию стойки опоры на более высокий изгибающий момент и, как следствие, больший габаритный пролет, но ограничение момента до 700 кН·м отвечает реальной несущей способности свайного фундамента из стальной трубы диаметром 720 мм и длиной до 5 метров в грунтах со средними физико-механическими параметрами. Поэтому компания ЭЛСИ ограничилась изготовлением многогранных гнутых стоек до несущего момента 700 кН·м.

В зависимости от механических нагрузок на опору (определяемых сечением провода, количеством цепей на опоре и климатическими условиями в районе прохождения трассы ВЛ), а также для повышения экономичности сооружения ВЛ 35-110 кВ разработанные многогранные облегченные опоры имеют стойки с различным несущим моментом: 480, 600 и 700 кН·м.

 

 

СМОО

 

СРО

 

СМО

 

а)

 

 
Подпись:

б)

Рис.2 К анализу сечений стоек опор различного конструктивного исполнения

 

Преимущества стальных многогранных облегченных опор.

По отношению к традиционным стальным решетчатым опорам можно выделить следующие преимущества СМОО.

Сниженный вес конструкций опор (см. табл.1). Например для двухцепной ВЛ 110 кВ по отношению к опоре ПС110-6 вес снижен в 1,8 раза, а для одноцепной ВЛ 220 кВ по сравнению с опорой ПС220-3 в 2,1 раза.

Сокращенное время монтажа опор на пикете за счет высокой степени заводской сборки (в виде секций длиной до 10,5 м), что особенно актуально при строительстве ВЛ в северных районах России, для которых время сооружения ВЛ определяется в основном зимним периодом.

Малый объем земляных работ и простота выполнения фундамента – в сверленный котлован вставляется фундамент из стальной трубы с последующей засыпкой (трамбовкой) песчано-гравийной смеси в пространство между стенками фундамента и котлована. В приземном слое фундамент защищен от коррозии гидроизоляционным слоем, а нижняя часть фундамента не изолирована и играет роль естественного заземлителя.

Повышенная гибкость конструкции стойки уменьшает нагрузки в аварийном режиме.

Удобство транспортировки опор от места их производства (или железнодорожной станции) до места их монтажа – загрузка составляет 4 опоры в полуприцеп.

Слабая чувствительность к пучению основания за счет применения одного свайного фундамента, т.к. при возникновении пучения опора не разрушается, как это происходит у опор башенного типа. Следует также отметить, что при возникновении пучений фундамент вместе с опорой может быть повторно погружен до рабочего заглубления с использованием вибропогружателя (этот способ широко применяется в энергосистемах США).

Простое закрепление опор в пучинистых, вечномерзлых и болотистых грунтах за счет установки свайного фундамента на необходимую глубину и применения анкерного крепления фундамента.

Наличие решетчатых граней между поясами стойки (по сути представляющих собой лестницу) позволяет выполнять монтажные операции и обслуживание ВЛ без применения автовышек.

Меньшие объемы строительно-монтажных работ и потребления ресурсов при сооружении ВЛ.

Сниженные стоимость строительства ВЛ, трудоемкость и сроков строительства ВЛ.

Минимальное воздействие на окружающую среду при строительстве ВЛ.

 

Заключение.

Применяемые на сегодняшний день при строительстве ВЛ 35-110-220 кВ различные конструкции опор имеют ряд преимуществ и недостатков. Компания ЭЛСИ разработала и промышленно изготавливает новые оптимальные конструкции опор на базе многогранных гнутых стоек с решетчатыми гранями, которые максимально включают в себя положительные характеристики узкобазовых многогранных опор и опор башенного типа.

Предлагаемые стальные многогранные облегченные опоры конструкции ЭЛСИ для ВЛ 35-110-220 кВ характеризуются сниженным расходом материалов и объемами строительно-монтажных работ, в результате чего стоимость и время строительства ВЛ с использованием опор такого типа может быть снижена при сооружении ВЛ в районах со сложными геолого-климатическими условиями. Кроме того, эти опоры более просты и удобны в монтаже и эксплуатации.

 



Фото-16
Монтаж
Фото-16


Сейчас 76 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page