Russian (CIS)English (United Kingdom)
ГлавнаяКонференцииВторая Международная конференция МГС → Натурные испытания опор на МГС. Требования к современному полигону
Натурные испытания опор на МГС. Требования к современному полигону

Натурные испытания опор на МГС. Требования к современному полигону.


УДК 620.178.4

 

Костиков В. И., Семенко О. В.

 

В связи с бурным развитием сетей электропередачи и одновременным ужесточением требований к ним и условий их прохождения многократно возрастают и требования к опорам ВЛ. Необходимость повышения надёжности ВЛ, диктуемое ПУЭ последних редакций как в Украине так и в России, значительное усложнение условий прохождения ВЛ, особенно по селитебной территории, ведут к необходимости разработки новых типов традиционных опор ВЛ, внедрению качественно новых видов опор, например: опор на МГС.

Кроме того, современные требования к проектированию воздушных линий электропередачи приводят к тому, что становится экономически нецелесообразно применять унифицированные конструкции опор с их последующей привязкой к местности. Более обоснованным представляется подход к индивидуальному проектированию отдельных участков линии, которые отличаются либо технологическими требованиями либо величиной внешних, в первую очередь, климатических нагрузок. Приведенные особенности приводят к необходимости проектирования оптимальных конструкций для отдельных участков с последующей расчетной проверкой прочности и деформативности каждой опоры по профилю трассы ВЛ.

Естественно, что отказ от годами наработанных и проверенных конструкций в пользу и, как следствие, более экономичных, требует не только тщательнейшей проверки расчётов, но и подтверждения правильности этих расчётов натурными испытаниями.

За время строительства ВЛ в мире накоплен значительный опыт проведения испытаний и все построенные для этих целей полигоны рассчитаны на стандартную линейку конструкций и прилагаемых нагрузок. Проведенный обзор и анализ технических решений существующих испытательных полигонов позволили определить примерные технические характеристики к «среднестатистическому» испытательному полигону.

Примерные технические характеристики стандартного полигона:

Проект полигона, программа испытаний и система управления испытаниями разрабатываются в соответствии со стандартом МЭК 652 (IEC 652) «Испытание опор воздушных линий электропередачи механическими способами».

Обычно полигон включает испытательный стенд и несколько вспомогательных сооружений (рис. 1):

- силовой пол 1 с размерами в плане 25x25 м или 30х30 м;

- опорные силовые балки 2 под базы испытываемых опор;

- металлическая силовая башня нормального режима 3 и силовая башня аварийного режима 4 (высота башен 50 – 70 м);

- натяжные устройства, изготовленные на основе полиспастов 5, натяжных тросов 6, якорей и силовых площадок 14 и 15, оборудованных лебедками 8;

- электрические динамометры растяжения 9, контролирующие усилия, прикладываемые натяжными устройствами к испытываемой опоре 10;


- монтажная (сборочная) площадка 7.

 

Рис. 1. Схема полигона для испытаний опор линий электропередачи и башенных сооружений:

1 - силовой пол; 2 - опорные силовые балки; 3 - силовая башня нормального режима; 4 - силовая башня аварийного режима; 5 - полиспасты натяжного устройства; 6 - тросы натяжного устройства; 7 - монтажная площадка; 8 - ручные лебедки натяжных устройств; 9 - электрические динамометры; 10 - испытываемая опора; 11 - оттяжки; 12 - силовые фермы нормального режима; 13 - силовые фермы аварийного режима; 14 - силовая площадка башни нормального режима; 15 - силовая площадка башни аварийного режима

 

Такой сравнительно компактный и малобюджетный полигон позволяет испытывать достаточно большую номенклатуру изделий и конструкций:

Башенные сооружения

- металлические решетчатые башни (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж., стойки освещения, др. конструкции);

- железобетонные стойки и конструкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж., стойки освещения, др. конструкции);

- деревянные опоры ВЛ, пр.

Мачтовые сооружения

- мачты связи;

- мачты грузовых подъемных устройств, пр.

Элементы строительных конструкций

- металлические решетчатые балки, колонны, пр.;

- железобетонные балки, колонны, пр.

Сцепная арматура

- сцепная арматура ВЛ, блоки;

- сцепная арматура систем оттяжек, полиспастов, пр.;

- изоляторы, изолирующие траверсы ВЛ, др.

Тросы

- провода ВЛ, грозозащитные тросы;

- тросы, канаты, полиспасты;

- оттяжки, гибкие связи, др.

 

Технические возможности полигонов, предназначенных для проведения механических испытаний опор линий электропередачи, определяются четырьмя взаимосвязанными параметрами:

- силовой пол, характеризующийся размерами в плане, величиной максимального опрокидывающего момента, значением предельной сосредоточенности нагрузки на отрыв, универсальностью размещения испытательного оснащения;

- силовые башни, определяющие максимальные габариты опор, величину максимального опрокидывающего момента, значение предельной сосредоточенности нагрузки, воспринимаемой башней; универсальность размещения на башне испытательного оснащения для натяжных устройств;

- лебедки (гидроцилиндры) натяжных устройств, определяющие максимальное усилие натяжения, количество одновременно работающих натяжных устройств;

- система управления испытаниями, определяющая время выхода опоры на необходимый режим, полноту и достоверность экспериментальных данных.

Именно по этим основным параметрам и проводился анализ отобранных полигонов. Отбор полигонов проводился по географическому признаку (оценка в целом мирового опыта проведения испытаний). К сожалению не все данные оказались доступными для исследования, поэтому часть из них в сводной таблице отсутствует, хотя это не значительно повлияло на полноту и целостность анализа.

В процессе работы рассмотрены следующие полигоны:

1. Танамо. Япония, 1978 г., владелец не известен.

2. Аль-Бабтейн. Саудовская Аравия, 1991 г., Al-Babtain Pwr&Telc Co.

3. Дамп. Бразилия, ----- DAMP Electric.

4. Манхейм. Германия, 1959 г., ABB Corp.

5. Тестина. Италия, 1936 г., ABB Solution SpA.

6. Эукомза. Испания, 1970-е, Eucomsa Co.

7. Бангалор. Индия, 1960 г., Испытательный институт.

8. Джайпур. Индия, ----- владелец не известен.

9. Ваши. Индия, 1990-е, владелец не известен.

10. Кливленд. Южная Африка, ----- владелец не известен.

11. Czestochowa Польша, 1991 г., Kromiss-Bis, Sp. z o.o.

12. Хотьково. Россия 1954 г., ОРГРЭС.

13. Макеевка. Украина 1995 г., ДонНАСА.

 

Рис.2. Полигон EUCOMSA в Утрере (Испания), 1970

 

Рис. 3. Полигон DAMP Electric в Сабара (Бразилия), 1991

Рис. 4. Полигон ABB Corp. в Манхейме (Германия), 1959

 

Общий анализ данных по перечисленным полигонам говорит о том, что все они рассчитывались на испытания стандартных металлических решетчатых опор, применявшихся (и применяющихся) в мире по сей день.

Единственный резко выделяющийся своими характеристиками полигон (Ваши, Индия) построен недавно и рассчитан на испытания достаточно мощных опор с базой 20х20м при максимальной высоте опоры 80 м и максимальном моменте до 20 000 тм.

Усредненные данные по остальным полигонам выглядят следующим образом (таб. 1):

- база опоры порядка 18х18, 20х20 метров;

- высота опоры порядка 65 – 70 метров;

- максимальный момент порядка 4000 – 6000 тм (за исключением Италии и Испании – 12 500 и 12 000 тм соответственно);

- нагрузка на ногу опоры (вырыв) порядка 300 – 400 тн (Испания – 750 тн);

- нагрузка в каждой точке порядка 30 – 50 тн;

- количество точек приложения нагрузок порядка 30 – 50.

 

В части системы управления испытаниями все полигоны оснащены электронной системой съёма информации; теодолиты заменены на электронные теодолиты или тахеометры; на некоторых полигонах введены системы визуализации испытаний (видеомониторинг). Система приложения нагрузок практически на всех испытательных полигонах автоматизирована. Это позволяет минимизировать время нагружения конструкции до заданного уровня и повышает оперативность работы с системой, что особенно важно при проведении испытаний опор до разрушения.

Не смотря на достаточно большую номенклатуру испытываемых изделий, старые полигоны имеют ряд серьезных ограничений, не дающих возможности использовать их для испытаний новых конструкций.

Во-первых, геометрия новых видов опор (например, на МГС) не позволяет крепить их к силовому полу без специальных достаточно мощных переходных устройств, а линейка размеров базы опор на МГС столь широка, что заготовка достаточного количества этих переходников финансово и технически мало реальна.

Во-вторых, при испытании угловых опор (практически самых ответственных конструкций в цепочке надёжности ВЛ) к ним прикладываются обычные линейные нагрузки с последующим их пересчетом в угловые. Т.е. расчёт проверяется расчётом, что в большинстве случаев ведёт к накоплению погрешности и необходимости обеспечения дополнительных запасов прочности.

В-третьих, существующая концепция проектирования достаточно мощных опор, расчитанных на значительные пролеты (в том числе и многоцепных), предъявляет жесткие требования к несущей способности таких элементов испытательного полигона, как силовые башни и силовой пол; возникают вопросы о возможности нагружения и контроля прилагаемых нагрузок на многоцепные опоры на некоторых существующих полигонах, ти т.д.

То есть, сегодняшняя ситуация диктует необходимость применения наряду с унифицированными опорами, специальных опор и специальных фундаментов к ним (несущих на порядки большие нагрузки). Такие опоры (в т.ч. на МГС), в силу их ответственности, требуют особенно тщательного подхода к механическим испытаниям. Рассмотренные выше полигоны по своим параметрам уже не в состоянии, или практически не в состоянии, обеспечить реализацию необходимых программ.


Значит, необходима проработка модели комплексного испытательного полигона (КИП), отвечающего сегодняшним (и завтрашним) потребностям, и оснащенного самым современным оборудованием и системами управления, контроля и измерений (комплексной автоматизированной системой управления испытаниями с выходом в Интернет в режиме реального времени).

 

Наличие такого полигона позволит качественно, а главное быстро проводить испытания практически всех видов и типов опор, включая специальные (в т.ч. переходные). Других строительных конструкций.

Комплексный испытательный полигон (КИП) должен иметь на следующие основные параметры:

- база опоры 20х20 метров;

- высота опоры 70 м (при поуровневом испытании – не ограничена);

- максимальный момент 20 000 тм;

- нагрузка на ногу опры (вырыв) 1000 тн;

- нагрузка на ногу опры (сжатие) 1000 тн;

- нагрузка в каждой точке, до 60 тн;

- количество точек приложения нагрузок 72;

- система управления испытаниями комплексная автоматизированная система управления испытаниями с выходом в Интернет в режиме реального времени.

 

Типы испытываемых изделий и конструкций:

1. Башенные сооружения

- металлические решетчатые башни (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж., стойки освещения, др. конструкции);

- многогранные металлические стойки и конструкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж., стойки освещения, др. конструкции);

- железобетонные стойки и конструкции на их основе (опоры ЛЭП, порталы ПС, башни связи, опоры и порталы контактной сети ж., стойки освещения, др. конструкции);

- деревянные опоры ВЛ, пр.

2. Мачтовые сооружения

- мачты связи;

- мачты грузовых подъемных устройств, пр.

3. Элементы строительных конструкций

- металлические решетчатые балки, колонны, пр.;

- многогранные металлические балки, колонны, пр.;

- железобетонные балки, колонны, пр.

4. Элементы конструкций фундаментов

- узколопастные винтовые анкеры;

- металлические и железобетонные сваи;

- ригели и ригельные системы, пр.

5. Сцепная арматура

- сцепная арматура ВЛ, блоки;

- сцепная арматура систем оттяжек, полиспастов, пр.;

- изоляторы, изолирующие траверсы ВЛ, др.

6. Тросы

- провода ВЛ, грозозащитные тросы;

- тросы, канаты, полиспасты;

- оттяжки, гибкие связи, др.

7. Другие типы изделий и конструкций.

 

В конструкции предлагаемого полигона нужно заложить ряд «ноу-хау»:

1. Страховочные тросы - возможность максимально приблизить силовую башню к силовому полу, чем значительно сокращается площадь всего силового стола.

2. Объединение нагрузочных башен нормального и аварийного режимов в одну общую силовую башню - возможность испытания угловых опор на реальные (а не пересчитываемые) нагрузки.

3. Круглый силовой пол - возможность испытания угловых опор на реальные (а не пересчитываемые) нагрузки; испытание башен с любой конфигурацией основания (четырехгранные квадратные и прямоугольные, трехгранные, многогранные, круглые, пр).

4. Специальный стенд для испытания фундаментов – испытания любых сборных фундаментов (как прямых, так и наклонных) в грунтовых смесях с характеристиками максимально приближенными к реальным.

 

Решаемые КИП задачи:

Испытания на механическую прочность опытных образцов изделий и конструкций.

Разработка технологической, методической и нормативной документации для внедрения опытных образцов новых конструкций и технологии их применения.

Подготовка персонала строительно-монтажных и эксплуатирующих организаций для практической работы по новым технологиям.

Таким образом, к выполнению полномасштабных испытаний новых высотных конструкций, было бы логично добавить и функции учебно-испытательного центра (УИЦ), занимающегося отработкой технологий сборки новых видов опор, их монтажа и обслуживания (с разработкой ППР, технологических карт, пр.), а так же обучения этим новым технологиям персонала строительно-монтажных и эксплуатационных организаций.

Кроме того, из соображений элементарной логики, напрашивается придание УИЦ функции обучения (с выдачей соответствующих документов и сертификатов) по следующим специальностям:

- ПТЭ, ПТБ;

- монтажники-электролинейщики;

- промышленные альпинисты, верхолазы, монтажники-высотники;

- электромонтажники по работе с напряжением свыше 1000 В;

- люлечники, стропальщики, сварщики (3-4 р);

- операторы установок по завинчиванию узколопастных винтовых анкеров, др.

 

Безусловно, полигон такого уровня, оснащенный самыми современными системами расчета, контроля и мониторинга испытаний, не может быть малобюджетным. Но необходимо, также признать, что и роль, которую он играет в цепочке «проектирование - производство – испытания – строительство – эксплуатация ВЛ» становится на сегодняшнем этапе гораздо весомей.

Эта проблема уже назрела и чувствуется уже сегодня. Её решение можно, наверное, отсрочить на какое-то время, но чем позже её решать, тем большие и большие убытки будут нести организации-заказчики реконструкции электрических сетей.

 

Литература:

1. Правила улаштування електроустановок. Глава 2.5 “Повітряні лінії електропередавання напругою вище 1 кВ до 750 кВ” // Київ. ОЕП “ГРІФРЕ”. 2006. 190с.

2. Правила устройства электроустановок. Глава 2.5. “Воздушные линии электропередачи напряжением выше 1 кВ”. Москва. – 2003. 156 с.

3. IEC 60826 Design criteria of overhead transmission lines // 11/165A/CDV. - Ed. 3. 2002. – 186 p.

 

 





Сейчас 117 гостей онлайн
Применение полимерных стоек, как опор ВЛ, в ближайшие 10 лет:
 
Locations of visitors to this page