Эксплуатация ВЛ СВН в районах с сильными ветрами и гололедом

Эксплуатация ВЛ СВН в районах с сильными ветрами и гололедом
Крылов С.В., ОАО ВНИИЭ
Воздушные линии электропередачи проходят в различных климатических районах и в ряде случаев прочность элементов ВЛ (опор, проводов,
гирлянд изоляторов и линейной арматуры) оказывается ниже действующих
на них реальных нагрузок от ветра и гололеда. При этом нередко сочетание
ветра и гололеда приводит к возрастанию нагрузок, действующих на элементы ВЛ в динамическом режиме пляски проводов. Это относится чаще
всего к линиям, проходящим в так называемых "проблемных районах".
Причиной повышенной уязвимости ВЛ в "проблемных районах", как
правило, является несовершенство действовавших норм, не позволивших
правильно определить необходимую прочность элементов ВЛ, для которых
главными исходными показателями являются климатические условия (ветер, гололед и их сочетания). В некоторых случаях этому способствовали
ошибки проектирования и монтажа ВЛ.
В качестве примера показательным объектом является ВЛ 330 кВ
Черкесск-Баксан.
Участок линии со стороны подстанции 330 кВ Баксан на подходе ВЛ к
г. Кисловодску проходит по отрогам горного хребта Джинальский с высотными отметками до 900 м н.у.м. Ряд пролетов на этом участке ВЛ открыт
поперечному действию восточных ветров, сопровождающих интенсивное
гололедообразование на проводах и опорах ВЛ.
Анализ отключений этой ВЛ за период с 1996 по 2003 г., связанных с
гололедно-ветровыми воздействиями, показывает, что практически все отключения на линии длиной 138 км даёт "проблемный участок" длиной около
20 км.
Все отключения линии вызваны или сочетаниями больших нагрузок
от ветра и гололеда или пляской проводов при гололеде и ветре.
В настоящее время практически единственной защитой проблемных
эксплуатируемых ВЛ является плавка гололеда.
ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан была оборудована системой плавки гололеда.
До установки на ВЛ сигнализатора гололеда эксплуатационный персонал должен был вводить систему плавки гололеда в действие по данным
постов наблюдения. Это приводило к тому, что при гололедно-ветровых
воздействиях систему плавки гололеда не успевали подключить и вовремя
ввести в рабочий режим.
Эксплуатационная практика за период с 1996 года показывает ряд реальных опасных ситуаций. Службам эксплуатации сложно уследить за гололедно-ветровой ситуацией по следующим причинам.
Сигнализатор гололеда настроен на непрерывные измерения нагрузок,
действующих на гирлянды изоляторов, а в том случае, когда гололедная
2
нагрузка достигает расчетного максимального порога, даётся команда на
плавку гололеда.
Установленный в одной точке ВЛ сигнализатор гололеда не дает
представления о том, что происходит на соседних участках ВЛ, на которых
может происходить гололедообразование другого вида, интенсивности и
при другой скорости ветра.
Опасная пляска проводов часто возникает при умеренных гололедных отложениях, но может носить чрезвычайно опасный характер и приводить к разрушению гирлянд изоляторов, линейной арматуры и опор ВЛ.
Анализ аварий показывает, что даже при успешном проведении плавки тяжелого гололеда, ВЛ может выйти из строя из-за динамического удара
при сбросе гололеда, который приводит к обрыву гирлянд изоляторов.
И, наконец, за этот период, по крайней мере, в двух случаях система
плавки гололеда вводилась в действие при уже упавших на землю фазных
проводах, что приводило к их обгоранию и оплавлению и увеличению объема восстановительных работ. Причина этого явления - противоречивость и
недостаточность информации, необходимой оператору, принимающему решение о плавке гололеда.
Анализ разрушений проводов, изоляторов и линейной арматуры на
этой ВЛ показывает, что они происходят при воздействиях нагрузок, превышающих их расчетную механическую прочность. На линейной арматуре
присутствуют признаки механического износа соединений арматуры при
пляске проводов (рис.1 и 2).
Рис.1. Характерный вид повреждений
скобы типа СК в узле крепления
КГП, поддерживающей гирлянды
изоляторов.
Рис.2. Скобы СК-16, демонтированные с
опор №18 и №19 ВЛ 330 кВ
Черкесск-Баксан, имеющие износ сечения в месте сопряжения с
U-образным болтом узла
крепления типа КГП.
На участке ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан между опорами №25 и №40,
где раньше наблюдались разрушения, вызванные большими гололёдноветровыми нагрузками и пляской проводов в пролётах, была выполнена ре-
3
конструкция участка ВЛ путём подставки в середине пролёта дополнительной промежуточной опоры. Кроме того, в отдельных пролётах были установлены междуфазовые изолирующие распорки (рис.3).
Рис.3. Гибкие междуфазовые изолирующие распорки из полимерных
изоляторов в промежуточном пролёте ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан
Во время гололёдных повреждений на ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан,
произошедших в конце апреля 2003 г. на двух участках ВЛ (между опорами
№14-№21 и №44-№58), на реконструированном участке ВЛ повреждения
опор, проводов и гирлянд изоляторов отсутствовали, а пляска проводов в
пролётах, оборудованных междуфазовыми изолирующими распорками, не
наблюдалась.
Гололёдообразование на проводах ВЛ на участке между опорами №44
и №58 происходило в форме односторонних гололёдно-изморозевых отложений с образованием с наветренной стороны провода пластины гололёда
размером (в сечении) до 16 см и более. Это объясняется тем, что две составляющие расщеплённого провода фазы зафиксированы от кручения дистанционными распорками. Такая форма гололёдных отложений создаёт аэродинамическую неустойчивость провода в воздушном потоке и способствует
возникновению пляски. Односторонние гололёдно-изморозевые отложения
удерживаются на проводах фазы и не разрушаются даже при падении провода фазы на землю (рис.4) после обрыва поддерживающей гирлянды изоляторов.
Гасители вибрации Стокбриджа марки ГВН-5-25, установленные на
ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан, предназначены для проводов АС 300/39, АС
30/66 и др. и имеют рабочий диапазон частот от 5 до 31 Гц. В режиме пляски проводов при частотах 0,5-2 Гц гасители вибрации Стокбриджа не способны ограничивать колебания проводов.
4
Рис.4. Односторонние гололёдно-изморозевые от- Рис.5. Деформация тросиков гасиложения на составляющих расщеплённого провода телей вибрации Стокбриджа после
после его падения на землю.
длительной пляски проводов в пролёте на ВЛ 330 кВ Черкесск-Баксан
Низкочастотные колебания проводов при длительной пляске приводят к устойчивым деформациям (рис.5), а в отдельных случаях к разрушению тросовых элементов гасителей вибрации Стокбриджа, установленных
на составляющих расщеплённого провода.
Заключение.
Основные подходы к реконструкции участков ВЛ, проходящих в
условиях экстремальных гололедно-ветровых нагрузок, так же, как и к проектированию и строительству новых ВЛ в проблемных районах должны
быть следующими:
- применение сталеалюминиевых проводов с отношением площадей
сечений алюминия к стали равным 1,46 (ранее обозначавшиеся типа АСУС);
- замена промежуточных и анкерно-угловых опор на опоры следующего, более высокого класса напряжения;
- уменьшение вдвое длины пролетов на участках ВЛ подверженным
большим гололедно-ветровым нагрузкам путем подстановки дополнительных опор;
- установка внутрифазовых распорок - демпферов;
- установка междуфазовых изолирующих распорок;
- применение гирлянд изоляторов (натяжных и поддерживающих) по-
5
вышенной прочности и надежности;
- применение специальных конструкций линейной арматуры повышенной изностойкости.
При проектировании новых ВЛ необходимо правильно оценить климатические условия трассы ВЛ. При расчете конструкции ВЛ климатические нагрузки от ветра и гололеда рекомендуется принимать с вероятностью
их непревышения 0,998 (повторяемость 1 раз в 500 лет).
Для тех линий, которые подвержены большим гололедным и ветровым нагрузкам, но продолжают работать без реконструкции, необходимо
улучшать систему плавки гололеда и, в особенности, в части надежности и
своевременного обеспечения передачи информации, желательно со всех
участков ВЛ, подверженных опасным гололедно-ветровым воздействиям.
При этом для борьбы с пляской проводов необходимо повсеместно выполнить установку междуфазовых изолирующих распорок и внутрифазовых
распорок-демпферов.
Разработку рекомендаций и предложений в этой части с обследованием ВЛ готово выполнить ОАО ВНИИЭ. С предложениями обращаться по
телефонам:
113-78-09
E-mail: krylov@vniie.ru
Крылов Сергей Валентинович
113-37-09
Тимашова Лариса Владимировна