Обеспечение работоспособности воздушных линий 35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводненных грунтах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.20.02, кандидат наук Ляховецкая, Людмила Владимировна

• Ляховецкая, Людмила Владимировна
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Ляховецкая, Людмила Владимировна

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования

1.1. Состояние энергетики в Казахстане

1.1.1. Состояние сельских распределительных сетей в Костанайской области Северного Казахстана

1.2. Существующие типы закрепления свободностоящих железобетонных

14

опор в грунте

18

1.3. Обзор повреждений изоляторов, проводов и причин их возникновения...

20

1.3.1. Причины возникновения колебаний проводов

1.4. Существующие конструкции и принцип работы гасителей вибрации проводов

1.5. Показатели надёжности воздушных линий электропередачи сельских

27

распределительных сетей

38

1.6. Выводы и задачи исследования

Глава 2. Теоретические предпосылки обеспечения работоспособности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей

2.1. Экономический критерий обеспечения работоспособности ВЛ-35 кВ

2.2. Взаимосвязь показателей надежности и экономической эффективности функционирования ВЛ-35 кВ

2.3. Вывод соотношения величин средних наработок между отказами ВЛ-35 кВ при различных типах закрепления стоек железобетонной опоры в обводнённых грунтах

2.4. Взаимосвязь дополнительных капиталовложений с новой массой системы ВЛ-35 кВ

2.5. Модель надежности ВЛ-35 кВ

2.6. Целевая функция оптимизации коэффициента готовности ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей

2.7. Выводы

Глава 3. Методика проведения исследований

3.1. Методика оценки параметров целевой функции

3.1.1. Методика оценки коэффициента готовности

3.1.1.1. Методика оценки потока параметра отказов (интенсивности отказов)

и интенсивности восстановлений опор, изоляторов и проводов

3.1.2. Методика оценки наработки между отказами и времени восстановления ВЛ-35 кВ

3.1.3. Методика оценки активной мощности

3.1.4. Методика оценки экономических показателей

3.2. Конструкция предлагаемых технических средств для обеспечения работоспособности ВЛ-35кВ в обводнённых грунтах

3.2.1. Обоснование нового типа закрепления в грунте свободностоящих железобетонных опор

3.2.2. Методика расчёта массы системы «опора-изолятор-провод» в базовом

и новом вариантах

3.2.3. Методика определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при существующих типах закрепления в функции от вида грунта и его механических характеристик

3.2.4. Методика определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ, при предлагаемом типе закрепления в обводнённом грунте

3.2.5. Анализ влияния увеличения площади контакта с грунтом боковой поверхности мембранного фундамента на отпор грунта горизонтальному смещению и повороту опоры в обводнённом грунте

3.2.6. Обоснование конструкции аэродинамического гасителя колебаний проводов ВЛ-35 кВ

3.2.7. Конструкция и принцип работы аэродинамического гасителя колебаний проводов

3.3. Методика оценки сходимости результатов теоретических исследований

и экспериментальных данных

3.4. Выводы

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и их анализ

4.1. Результаты оптимизации параметра устойчивости опор

4.1.1. Результаты оценки среднего времени восстановления ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей

4.1.2. Результаты оценки интенсивностей отказов и восстановлений опор, изоляторов и проводов

4.1.3. Результаты оценки базового коэффициента готовности и базовой средней наработки между отказами ВЛ-35 кВ

4.1.4. Результаты оценки средней стоимости устранения отказов

4.1.5. Результаты оценки удельного ущерба

4.1.6. Результаты оценки активной мощности

4.1.7. Результаты оценки базовых капиталовложений

4.1.8. Результаты теоретической оптимизации коэффициента готовности и параметра типа закрепления опор

4.2. Результаты разработки средства для повышения устойчивости опор

4.2.1. Результаты обоснования нового типа закрепления опор в грунте на основе типового подножника ФС1-4

4.2.2. Результаты расчёта новой массы системы «опора-изолятор-провод»

4.2.3. Результаты определения углов поворота железобетонной опоры ВЛ-35кВ при различных типах закрепления в грунте

4.2.4. Результаты расчёта коэффициента К, устанавливающего зависимость между средней наработкой между отказами ВЛ-35кВ по причине нарушения устойчивости опор при различных типах закрепления в грунте

4.2.5. Результаты производственного эксперимента

4.3. Результаты оценки надёжности ВЛ-35 кВ после внедрения мероприятий

по обеспечению её работоспособности

4.4. Результаты оценки сходимости теоретических и экспериментальных исследований

4.5. Аэродинамический гаситель колебаний проводов как средство повышение надёжности ВЛ-35 кВ

4.6. Экономическая эффективность внедрения предлагаемого типа закрепления железобетонных опор в обводнённых грунтах

4.7. Выводы

Основные выводы

Литература

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение работоспособности воздушных линий 35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводненных грунтах»

ВВЕДЕНИЕ

Растущие потребности экономики Казахстана и его населения в электроэнергии диктуют необходимость стабильной работы электроэнергетического комплекса [49]. Актуальность этих требований обострилась в связи с тем, что в последние годы в Казахстане на 10% упало количество капитальных и средних ремонтов оборудования систем электроснабжения. Особенно плохим состоянием отличаются энергетические сети в сельской местности - в предыдущие годы государство практически утратило здесь контроль над развитием электрификации. По словам экспертов, на селе необходимо построить 112,6 тыс. км высоковольтных линий напряжением 110-35 кВ [50].

Республика Казахстан, в частности Костанайская область Северного Казахстана, является одним из крупнейших производителей товарной пшеницы не только в Казахстане, но и во всём постсоветском пространстве СНГ. В настоящее время в обслуживании электроэксплуатационных предприятий Костанайской области находится более 5200 км линий электропередачи сельских распределительных сетей напряжением 35 кВ. Практика эксплуатации этих сетей показала, что на эффективность функционирования воздушных линий (ВЛ) основное влияние оказывает надёжность работы системы трёх элементов - опор, изоляторов и проводов.

Часть территорий, на которых расположены трассы ВЛ-35 кВ, смонтированные в 60-70 годах прошлого столетия, в настоящее время оказались в зоне обводнения. Обводнение вызвано непредвиденным подъёмом грунтовых вод даже в ранее засушливых районах области [2]. По данным ТОО «Костанайводпроект» в низменной местности грунтовые воды выходят на поверхность земли и сохраняются там до конца июня-начала июля месяцев, в других местах грунтовые воды длительное время сохраняются на уровне 0,15 м от поверхности земли.

В этих условиях нарушается устойчивость железобетонных (ж.б.) опор ВЛ вплоть до их падения. Потеря устойчивости опор создаёт аварийные ситуации, приводящие к значительному экономическому ущербу, вызванному нарушением электроснабжения потребителей и затратам на восстановление работоспособности ВЛ. Из-за воздействия на провода и опоры знакопеременных ветровых нагрузок потеря устойчивости опор в обводнённых грунтах, возникает с большей вероятностью.

Существующие способы закрепления свободностоящих ж.б. опор в грунте с помощью ригелей [19, 68] не обеспечивают их достаточную устойчивость. Число свободностоящих ж.б. опор ВЛ напряжением 35-110 кВ, по отношению к которым возникает необходимость восстановления их устойчивости, возрастает из года в год. Так по данным ЦЭС Костанайской области за 1997 год были выправлены 173 опоры, в 1998 году - 212 опор, а в 2011 году - 997 опор. Порядка 70% из них составили опоры ВЛ-35 кВ.

Нарушению устойчивости опор, их разрушениям и падениям способствует значительная ветровая нагрузка в V районе по величине скоростного напора и скорости ветра, присущая некоторым территориям Костанайской области [43; 59].

Таким образом, решение задачи по обеспечению работоспособности сельских распределительных сетей, трассы которых расположены на обводнённых территориях, путём повышения устойчивости ж.б. опор является актуальной, требующей дальнейшего развития и совершенствования.

На основании вышеизложенного сформулированы цели и задачи исследования.

Цель исследования. Обеспечение длительности сохранения работоспособного состояния ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных на обводнённых территориях, путём повышения устойчивости их опор.

Объект исследования. Метод установления рационального параметра типа закрепления ж.б. опор ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения, расположенных в обводнённых грунтах.

Предмет исследования. Взаимосвязь параметра типа закрепления опоры с коэффициентом готовности и экономическими показателями функционирования ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения на обводнённых территориях.

Научная новизна основных положений, выносимых на защиту

1. Установлена взаимосвязь между показателями надёжности и экономичности ВЛ-35 кВ. Обоснован параметр нового типа закрепления опор ВЛ-35кВ сельских распределительных сетей в обводнённых грунтах.

2. Разработана математическая модель надёжности ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения для стационарного участка её работы, позволяющая получать численные значения коэффициента готовности.

3. Предложена методика оценки рационального параметра типа закрепления свободностоящих ж.б. опор на конических центрифугированных стойках при их эксплуатации в обводнённых грунтах.

Практическая ценность работы и ее реализация

1. Разработанная модель надёжности позволяет получить значения коэффициента готовности с учётом интенсивностей отказов и восстановлений основных элементов ВЛ-35 кВ сельских распределительных сетей.

2. Полученная взаимосвязь между показателями экономичности и надёжности позволит принять обоснованное решение при выборе типа закрепления свободностоящих ж.б. опор в обводнённом грунте.

3. Разработан новый тип закрепления в обводнённом грунте свободностоящих ж.б. опор на конических центрифугированных стойках, позволяющий повысить коэффициент готовности ВЛ-35кВ сельскохозяйственного назначения за счёт обеспечения устойчивости опор их ВЛ. Новизна технического решения подтверждена двумя патентами РК.

4. Разработанная конструкция аэродинамического гасителя колебаний проводов способствует повышению устойчивости опор ВЛ-35кВ в V районе по величине ветровой нагрузки. Новизна технического решения подтверждена патентом РФ.

5. Предлагаемый тип закрепления ж.б. опор на конических центрифугированных стойках может быть использован проектно-конструкторскими и эксплуатационными организациями. Данный тип закрепления принят к внедрению в ТОО «ГиП Проект» и в ТОО «Межрегионэнерготранзит» г. Костаная.

6. Материалы теоретических и экспериментальных исследований по теме «Обеспечение работоспособности воздушных линий 35 кВ сельских распределительных сетей, расположенных в обводнённых грунтах» используется в курсе лекций по дисциплинам «Эксплуатация электрооборудования», «Эксплуатация систем электроснабжения» и «Надёжность электроснабжения» в ЧГАА.

Апробация. Основные положения и результаты исследований обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Социально-экономические и экологические проблемы в сельском хозяйстве России и стран СНГ» (г. Оренбург 2006 г); «Сатпаевские чтения» (г. Павлодар, 2006 г.); «Наука и технологии: шаг в будущее 2006» (г. Белгород, 2006 г.); «Сто лет маслодельной кооперации» (г. Куртамыш, 2007 г.); «КПсоуе аБрекХу уеёеске стпоэй - 2008» (РгаЬа, 2008 г); «Современные направления теоретических и прикладных исследований 2009» (г. Одесса, 2009 г.); «\Vschodnia Бро1ка - 2009» (Рггетув1, 2009 г.); «Аграрная наука - основа инновационного развития АПК» (г. Курган, 2011 г.); «Актуальные проблемы энергетики АПК» (г. Саратов, 2011 г.); «РегБрек^ушюгпе оргасошаша эа пайка I 1есЬшкагш - 2011" (г. Белгород, 2011 г.), «Достижение науки - агропромышленному производству» (г. Челябинск, 20112013 гг.).

Публикация. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, в том числе пять в изданиях, рекомендуемых ВАК, и три патента на изобретение.

Объём работы. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного текста, в том числе 124 страниц основного текста, содержит 31 рисунок, 19 таблиц, состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка

используемой литературы и приложений. Список используемой литературы включает в себя 96 наименований.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования 1.1. Состояние энергетики в Казахстане

Выход экономики Республики Казахстан на международный рынок, изменения в отношениях между поставщиком электроэнергии и потребителями, потребление электроэнергии совместными предприятиями и зарубежными фирмами предъявляют жёсткие требования к качеству электроснабжения, которое определяется в общем случае надёжностью электроснабжения.

Надёжное и бесперебойное электроснабжение потребителей наряду с эффективным функционированием и развитием генерирующих энергоисточников существенно зависит и от работоспособности электрических сетей [95]. Задача усиления Национальной электрической сети проблематична из-за прекращения процесса обновления основных фондов, их модернизации и реконструкции. Продолжается процесс стремительного старения основных фондов, более 50% которых физически устарело. До сих пор в эксплуатации находится оборудование, возраст которого превышает 60 лет (Карагандинская ГРЭС, Тентекская ТЭЦ и др.) [80]. Необходима модернизация электросетевого хозяйства. В настоящее время более 20% линий электропередачи напряжением 0,38-110 кВ не соответствуют требованиям эксплуатации и требуют срочного ремонта [55].

Износ оборудования большинства электростанций превышает расчетный ресурс его работы (средневзвешенный износ по мощности составляет более 60%). При такой продолжительности эксплуатации резко возрастает количество отказов опор за счет снижения их несущей способности ниже допустимого уровня из-за развития деструктивных процессов в бетоне и арматуре, хронического недофинансирования работ по их техническому обслуживанию и ремонтам, увеличения объемов отложенных ремонтов. Количество отказов опор ВЛ, по данным ОРГРЭС, составляет 13% от общего количества отказов по ВЛ, но по тяжести последствий они стоят на первом месте по затратам на восстановление и

недоотпуску электроэнергии. Необходима модернизация электросетевого хозяйства. В настоящее время около 10% системообразующих линий электропередачи напряжением 220-500 кВ и более 20% линий более низкого напряжения (0,38-110 кВ) не соответствуют требованиям эксплуатации и требуют срочного ремонта [70].

Перспективное развитие электроэнергетики Республики Казахстан определено в соответствии с общими тенденциями развития экономики, заложенными в «Стратегии индустриально-инновационного развития на 20032015 гг.». Среднегодовые темпы роста обрабатывающей промышленности к 2015 г. по сравнению с 2000 г. должны быть доведены до 8-8,4 %, энергоемкость ВВП должна быть снижена в 2 раза [49]. Это обстоятельство дополнительно подчёркивает актуальность задачи обеспечения длительной работоспособности действующих воздушных линий (ВЛ) электропередачи.

1.1.1. Состояние сельских распределительных сетей Костанайской

области Северного Казахстана

В настоящее время в обслуживании электроэксплуатационных предприятий Костанайской области находится свыше 14000 км линий электропередачи напряжением 10/0,4 кВ, более 5200 км линий электропередачи напряжением 35 кВ и порядка 3000 км напряжением 110 кВ, осуществляющих подачу электроэнергии сельским потребителям 15 административных районов области.

Сегодня Костанайская область является одним из основных производителей сельскохозяйственной продукции в республике. Ее удельный вес в объеме валовой продукции сельского хозяйства республики превышает четырнадцать процентов. На долю области приходится свыше 21% валового сбора зерна, почти 17% производства мяса, около 12% - молока. Производство зерна, мяса, молока и яиц обеспечивает не только внутренние потребности, но и

обеспечивает возможность экспорта излишков зерна и животноводческой продукции за пределы республики. В последние годы широкое распространение получили производства по переработке сельхозпродукции. Эффективность работы сельскохозяйственных предприятий, перерабатывающих производств, элеваторов и фермерских хозяйств напрямую зависит от качества и бесперебойности электроснабжения [50]. На обеспечение работоспособности и эффективности функционирования ВЛ основное влияние оказывает надёжность работы системы трёх элементов - опор, изоляторов и проводов. Влияние опор на работоспособность ВЛ проявляется в нарушении устойчивости свободностоящих ж.б. опор при прохождении трассы ВЛ на обводнённых территориях и в V районе по величине скоростного напора и скорости ветра, присущие некоторым регионам Костанайской области.

Потеря устойчивости опор создаёт аварийные ситуации, приводящие к нарушению электроснабжения потребителей и значительным экономическим затратам на восстановление работоспособности линии электропередачи. Опыт эксплуатации ВЛ показал, что при длительном воздействии дождей в осенний период или паводковых вод в весенний период, нарушается устойчивость ж.б. опор в результате уменьшения сопротивления грунта перемещению опор в местах их установки в грунт. Причиной указанного является снижение плотности грунтов, в которые установлены опоры, а также воздействие на опоры, провода, гирлянды изоляторов и молниезащитные тросы значительных знакопеременных ветровых нагрузок. В результате возникает колебательный процесс системы этих элементов ВЛ, являющийся причиной снижения устойчивости опор в обводнённых грунтах.

По результатам изыскательных работ по проектированию ВЛ, в 60-70 годы прошлого столетия, на большей части территории региона грунтовые воды находились на низком уровне, что обусловило расположение трасс ВЛ. Ж.б. опоры ВЛ-35 кВ сельскохозяйственного назначения устанавливались в сверлёные котлованы без ригелей и в отдельных случаях с ригелями АР-5 и АР-6 на участках

трассы, подверженных угрозе обводнения. Причём, как указывалось ранее, обширные территории, на которых трассы BJI первоначально прокладывались в засушливых зонах, впоследствии оказались в зонах обводнения не только на севере области, но и в южной засушливой её части [2]. Произошли корректировки территорий и по ветровой нагрузке. Часть территории ранее расположенные в III районе по величине скоростного напора ветра, впоследствии оказались в IV, а некоторые даже в V районе.

Таким образом, для обеспечения надёжной работы ВЛ-35кВ сельских распределительных сетей, трассы которых проходят по обводнённым территориям и в зонах подверженных повышенной ветровой нагрузке, актуальной стала проблема обеспечение длительности сохранения их работоспособного состояния путём повышения устойчивости опор.

1.2. Существующие типы закрепления свободностоящих железобетонных

опор в грунте

Закрепление опор в грунте - наиболее трудоёмкая работа, выполняемая на трассе, причём трудоёмкость этого вида работы возрастает при прохождении трассы ВЛ по обводнённым территориям. От правильного устройства и качества закрепления опор в грунте во многом зависит надёжность работы всей ВЛ.

Как показала практика проектирования ВЛ электропередачи, задачи связанные с повышением устойчивости их опор, расположенных в обводненных грунтах, находятся в центре внимания специалистов, но до сих пор не имеют решений, снимающих с повестки дня актуальность этой проблемы.

Эффективные технологии восстановительного ремонта ж.б. опор ВЛ электропередачи рассмотрены в [70]. Отмечено, что работы по замене ж.б. опор на действующих ВЛ требуют значительных затрат денежных средств, трудовых ресурсов и решения сложных технологических проблем, связанных с устройством временных опор на обводах, отключением линий электропередачи, подстанций и

других электросетевых объектов. В результате фактическая стоимость замены ж.б. опор в несколько раз превышает стоимость самой опоры [70].

В [69] предложены конструктивные решения и технологии восстановления ж.б. опор, но не учтена зависимость несущей способности опоры от качества заделки её в грунте, от типа закрепления стойки опоры в грунте для обеспечения её надёжной устойчивости.

В настоящее время при строительстве BJI-35 кВ с использованием промежуточных ж.б. опор BJI применяются следующие типы закрепления их в грунте:

1. Закрепление в грунтах с ненарушенной структурой (рисунок 1.1): тип AI - безригельное закрепление; тип A1I - одноригельное закрепление с одним унифицированным ригелем; тип AIII - одноригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями, устанавливаемыми без просвета [19, 68].

Тип Al Тип All Tun AIII

координата от поверхности земли до центра тяжести крепления ригелей

Рисунок 1.1- Типы закрепления железобетонных опор в грунтах с ненарушенной структурой

2. Закрепление в грунтах с нарушенной структурой (рисунок 1.2): тип BI -одноригельное закрепление с одним унифицированным ригелем; тип BII -одноригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями, устанавливаемыми без просвета; тип Bill - одноригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями, устанавливаемыми с просветом в ширину ригеля;

тип BIV - двухригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями вверху, устанавливаемыми с просветом в ширину ригеля и одним унифицированным ригелем внизу.

I Тип BI Тип BII Tim ВIII Тип В ¡V

—An— —г4п— —Иг

Рисунок 1.2 - Закрепление железобетонных опор в грунте с нарушенной структурой

3. Закрепление в грунтах с насыпными банкетками и ненарушенной структурой основного грунта (рисунок 1.3): тип Б1 - одноригельное закрепление с одним унифицированным ригелем в банкетке. Глубина котлована полная; тип БП - одноригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями в банкетке, устанавливаемыми с просветом в ширину ригеля.

Тип Б1

Ж

Рисунок 1.3 -Закрепление железобетонных опор в грунте с насыпными банкетками и ненарушенной структурой основного грунта

4. Закрепление в грунтах с насыпными банкетками с нарушенной структурой основного грунта (рисунок 1.4): тип Г1 - двухригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями вверху, устанавливаемыми без просвета и одним унифицированным ригелем внизу. Глубина котлована неполная; тип ГН -двухригельное закрепление с двумя унифицированными ригелями вверху,

устанавливаемыми с просветом в ширину ригеля и одним унифицированным ригелем внизу.

ТипГ! Тип Ш

Рисунок 1.4 -Закрепление железобетонных опор в грунте с насыпными банкетками с нарушенной структурой основного грунта

Выбор типа закрепления опор решается параллельно с выбором трассы ЛЭП. При выборе трассы стараются избегать установки опор на обводнённых грунтах. Однако из-за того, что свойства грунтов подвержены сезонным и годовым колебаниям, в ряде случаев происходит установка опор в обводнённые грунты. Использование ригеля в обводнённом грунте незначительно увеличивает сопротивление смещению опоры и соответственно повышению её устойчивости.

Существующие типы закрепления свободностоящих опор в обводнённом грунте недостаточно обеспечивают их надёжную устойчивость. Следует отметить, что потеря устойчивости опор по причине обводнения грунта, согласно статистике, являются причиной почти 50% повреждения опор. Под воздействием внешних нагрузок одна из ж.б. опор, имеющая неудовлетворительную заделку в грунте, наклоняется, что создаёт дополнительный изгибающий момент, обусловленный большой собственной массой опоры. В результате резко снижается её несущая способность, что приводит к падению [1].

Поэтому правильный выбор рационального типа закрепления свободностоящих ж.б. опор ВЛ-35 кВ, особенно в обводнённых грунтах, в значительной степени определяет надёжную и безопасную эксплуатацию систем электроснабжения, а также затраты на их эксплуатацию.

1.3. Обзор повреждений изоляторов, проводов и причин их возникновения

Анализ повреждений ВЛ электропередачи показывает, что количество случаев, связанных с повреждением изоляторов, достаточно велико (до 25-30 % всех случаев и более) [1]. Основными дефектами при повреждении изоляторов являются следующие [1]:

- Разрушение фарфора или стеклянной детали изолятора с оплавлением на шапке и стержне при перекрытии во время грозы;

- разрыв шапки изолятора и расцепление гирлянды фарфоровых изоляторов при грозовых перекрытиях в результате наличия в гирлянде дефектного («нулевого») изолятора;

- потеря электрической прочности несколькими элементами подвесных изоляторов в условиях тумана, моросящих дождей, росы, что приводит к перекрытию изоляторов и разрушению фарфора или стеклянных деталей (причина - плохое качество изготовления изоляторов или контроль за их состоянием при эксплуатации);

- откол тарелки фарфорового изолятора при температурных колебаниях из-за отсутствия зазора между нижним краем шапки и тарелкой;

разрушение стеклянных деталей в стеклянных изоляторах при температурных колебаниях из-за отсутствия необходимого зазора между нижним краем шапки и тарелки;

- возникновение трещин в фарфоре, разрушение стеклянной тарелки и потеря изолятором электрической прочности из-за нарушения технологического процесса изготовления изоляторов;

- отколы и трещины в деталях изоляторов из-за плохих условий упаковки и транспортировки;

- перекрытие изоляторов из-за загрязнения их поверхностей химическими уносами промышленных предприятий, солевыми отложениями в местах морских побережий, солёных озёр и солончаков в условиях тумана, дождя, росы и т.д.;

- поверхностные перекрытия дугой электрического тока из-за загрязнения поверхности изоляторов птицами или набросами вблизи гирлянд изоляторов;

- разрушение изоляторов вследствие механических перегрузок при гололёде и «пляске» проводов.

На основании опыта эксплуатации линий электропередачи напряжением 10-35 кВ и данных литературных источников [1, 52] структуру повреждений проводов и причин их возникновения можно систематизировать следующим образом:

- повреждение и обрывы проводов в результате воздействия токов короткого замыкания в местах закрепления проводов на опорах при перекрытии линейной изоляции во время воздействия грозовых разрядов;

- оплавления и пережоги из-за схлестывания проводов при «пляске» проводов, сбросе гололёда и мокрого снега или при неравномерной нагрузке от гололёда в соседних пролётах (эти повреждения происходят от электрической дуги при коротких замыканиях);

- на стальных проводах повреждения возникают из-за плохой сварки отдельных проволок при изготовлении провода;

- обрывы при резком понижении температуры окружающего воздуха в местах наличия коррозии, некачественного обжима или опрессовки соединителя, повреждения при монтаже, пережог проволок наружного повива электрической дугой, повреждения в поддерживающих зажимах от вибрации и т.д.;

- обрывы при падении опор, обрывов гирлянд изоляторов, разрушения деталей линейной арматуры;

- разрушение проволок верхнего повива от знакопеременных усталостных напряжений при вибрации;

- в сталеалюминиевых проводах возникают обрывы проволок и внутренних повивов, так как последние помимо растягивающих и изгибающих усилий испытывают также сжатие от соседних проволок наружного повива;

- обрывы проводов от ветровых и гололёдных нагрузок;

- обрывы проводов из-за падения на них деревьев и других предметов.

1.3.1. Причины возникновения колебаний проводов

При обтекании проводов и тросов потоком воздуха, направленного поперёк линии, с подветренной стороны провода возникают завихрения [6]. Вихри периодически срываются, а на их месте возникают новые вихри с противоположным направлением вращения. Процесс непрерывно повторяется. Частота, образования вихрей прямо пропорциональна скорости ветра и обратно пропорциональна диаметру провода. Образование вихрей влечёт за собой появление импульсов силы, действующих на провод то снизу, то сверху. При совпадении частоты образования вихрей с одной из собственных частот колебаний натянутого в пролёте провода наступает резонанс и на длине пролёта образуется ряд стоячих волн вибрации. Наименьшая скорость ветра, при которой возникает вибрация в диапазоне 0,6-0,8 м/с, при скоростях ветра от 1 до 4 м/с происходит наиболее интенсивная вибрация. Заметная вибрация возникает при скорости ветра 10-12 м/с. Физически вибрация - это колебания провода с большой частотой (5...60 Гц) и малой амплитудой (2...35 мм), с длиной волны 1...10м [6,37].

При расположении опоры в обводнённом грунте под воздействием знакопеременной ветровой нагрузки на провод и молниезащитные тросы возникает вибрация последних. Вибрация проводов, действуя на опоры, раскачивает их, что в свою очередь приводит к ослаблению закрепления в грунте и нарушению устойчивости опоры. Это обстоятельство предполагает разработать техническое решение для снижения колебаний проводов ВЛ электропередачи, расположенных в V районах по величине скоростного напора и скорости ветра, для обеспечения устойчивости опор.

1.4. Существующие конструкции и принцип работы гасителей

вибрации проводов

Для предотвращения опасных последствий вибрации применяются гасители вибрации, поглощающие энергию вибрирующих проводов. Ниже рассмотрены конструкции и принцип работы наиболее известных гасителей колебаний, существующих на практике и предложенных в патентах на изобретения.

Одним из способов уменьшения отклонения проводов от их статического расположения является подвешивание дополнительных грузов (балластов), величины которых рассчитываются в каждом конкретном случае.

В [83] приведены типы и характеристики некоторых гасителей вибрации типа ГВН, ГПГ и ГПС. Гасители всей типов снабжены плашками с пониженными магнитными потерями. Марки гасителей выбираются в зависимости от типа провода, длины пролёта и тяжения. В тех случаях, когда подвеска дополнительных грузов недопустима, применяют оттяжки, прикреплённые к подвесным зажимам через гирлянду изоляторов. В общем случае применяемые в настоящее время конструкции устройств для гашения колебаний проводов можно разделить на четыре группы: механические (рисунки 1.5, 1.6, 1.7, 1.8, 1.13), петлевые (рисунок 1.9); с упругими ограничителями (рисунок 1.10); аэродинамические (рисунки 1.11, 1.12).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ляховецкая, Людмила Владимировна, 2014 год

Литература

1. Андриевский, В.H. Эксплуатация воздушных линий электропередачи/ В.Н. Андриевский, А.Т. Голованов, A.C. Зеличенко-М.: Энергия, 1976.-616с.

2. Ашинбаев, М.У. Исследование по проектированию и устройству оснований и фундаментов на подтопляемых территориях (на примере г. Акмолы): Отчёт по научно-техническому проекту/ М.У. Ашинбаев, В.А. Пустогачёв, З.И. Сарсенова. - Алматы, 1999. -70с.

3. Байрамгулов, Ю.Ж. Авторское свидетельство СССР №1234908 кл H 02 G 7/14. Устройство для гашения колебаний проводов линий электропередачи/ Ю.Ж. Байрамгулов. - 1986. Бюл. №20.

4. Барзилович, Е.Ю. Вопросы математической теории надежности/ Е.Ю. Барзилович, Ю.К. Беляев, В.А. Каштанов: под ред. Б.В. Гнеденко. -М.: Радио и связь, 1983.-376с.

5. Баумштейн, И.А. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения/ И.А. Баумштейн, С.А. Бажов - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.-768с.

6. Богач, И.И. Проблемы повышенной вибрации и «пляски» проводов и грозотросов в Северном регионе и пути их решения/ И.И. Богач// Кабель-news. -2009/2010. - декабрь-январь 47.

7. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства/ И.А. Будзко, Н.М. Зуль. - М: ВО Агропромиздат, 1990. - 496с.

8. Будзко И.А. Электроснабжение сельского хозяйства: учебное пособие/ И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. - М: Колос, 2000. - 536с.

9. Бонн, Г.И. Авторское свидетельство СССР №1450035 Н 02 G 7/14. Гаситель вибрации с глухим креплением для воздушных линий электропередачи / Г.И. Бонн, C.B. Трофимов, В.А. Шкапцов. - 1989. Бюл. №1.

10. Бонн, Г.И. Авторское свидетельство СССР №1653054 H 02 G 7/14. Воздушная линия электропередачи / Бонн Г.И., Трофимов C.B., Шкапцов В.А. -1991. Бюл. №20.

11. Буторин, В.А. Обеспечение работоспособности системы электроснабжения сельских распределительных сетей на обводнённых грунтах/ В.А. Буторин, JI.B. Ляховецкая //Труды всероссийской конференции. - Воронеж. 2013. - С.225-228.

12. Буторин, В.А. Оценка капиталовложений в мероприятия повышения надёжности сельских распределительных сетей 35 кВ/ В.А. Буторин, Л.В. Ляховецкая// Международный научный журнал. - 2012. - №3. - С.67-69.

13. Буторин, В.А. Устройства для гашения колебаний проводов линий электропередачи/ В.А. Буторин, Л.В. Ляховецкая // Вестник Челябинской государственной агроинженерной академии. -2010. -т 57. - С.19-23.

14. Буторин, В.А. Аэродинамический гаситель колебаний проводов ЛЭП/ В.А. Буторин, Л.В. Ляховецкая// Materialy VII Miedzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Perspektywiczne opracowania sa nauka i techikami - 2011". Белгород, 2011. - С.89-91.

15. Буторин, В.А. Соответствие теоретических и экспериментальных исследований по обеспечению работоспособности системы электроснабжения на обводнённых грунтах [Текст]/ В.А. Буторин, Л.В. Ляховецкая // Материалы LII международной научно-технической конференции «Достижение науки -агропромышленному производству». Челябинск, 2013, ч. V. - С.122-128.

16. Ведомственные укрупнённые единичные расценки на ремонт и техническое обслуживание электрических сетей ВУЕР 01-02-005, выпуск 1-15.

17. Вентцель, Е.С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения/ Е.С. Вентцель, Л.А. Овчаров. - М.: высш. шк., 2000. - 383с.

18. Виноградов, A.A. Авторское свидетельство СССР №1651333 Н 02 G 7/14. Дистанционная распорка-гаситель колебаний / Виноградов A.A., Голубев A.C., Кловский Я.А. и др.; 1991. Бюл. №19.

19. Виноградов, Д.Е. Закрепление опор линий электропередачи 35-750 кВ/Д.Е. Виноградов. - М.: Энергия, 1977. - 89с.

20. Водяников, В.Т. Организационно-экономические основы сельской электроэнергетики: учебное пособие для вузов по агроинженерным специальностям/ В.Т. Водяников. - М., 2002. - 312с.

21. Военная кафедра ГУАП. Основы теории реактивного движения. Конспект лекций. -М., 2010.

22. Галогорский, Е.Г. Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряжением 0,4-500 кВ/ Е.Г. Галогорский, А.Н. Кравцов, Б.М. Узелков. - М.: НЦ ЭНАС, 2003. - 344с.

23. Гернет, М.М. Курс теоретической механики/ М.М. Гернет.- М.: Высшая школа, 1973. - 464 с.

24. Гмурман, В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике/ В.Е. Гмурман. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа, 1979. - 400с.

25. ГОСТ 27.201.81 Оценка показателей надёжности при малом числе наблюдений с использованием дополнительной информации. - М: Стандартинформ, 1981. - 30с.

26. ГОСТ 22.687.3-85 Стойки железобетонные центрифугированные для опор высоковольтных линий электропередачи. Конструкция закладных изделий и подпятников. - 1986.

27. ГОСТ 27.002 - 89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - Изд-во стандартов, 1990.

28. Гук, Ю.Б. Теория надежности в электроэнергетике/ Ю.Б. Гук - JL: Энергоатомиздат, 1990. - 208с.

29. Гук, Ю.Б. Теория надёжности в электроэнергетике: конспект лекций/ Ю.Б. Гук.-Л.: ЛПИ им. М.И. Калинина, 1971. - 122с.

30. Дружинин, Г.В. Надежность автоматизированных производственных систем Г.В. Дружинон. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 480с.

31. Иванов, И.И., Электротехника. Основные положения, примеры и задачи/ И.И. Иванов, А.Э. Лукин, Г.И. Соловьёв. - С. Петербург, 2002.-189с.

32. Изоляторы и арматура для воздушных линий электропередачи BJ135-500 кВ. Каталог. - Южноуральск, 2011. - 334с.

33. Инновационный патент на изобретение №19932: Фундамент опоры линии электропередачи/ Ткаченко В.Н., Снитко Л.В., Алдабергенов А.К., Ляховецкий В.М., 2008.-заяв. №2007/0792.1 08.06.2007; опубл. 28.05.2008 бил. № 8.

34. Инновационный патент на изобретение №20240. Фундамент опоры линии электропередачи / Исинтаев Т.И., Снитко Л.В., Утегулов Б.Б., Ляховецкий В.М. -заяв. №2007/0195.1 09.02.2007; опубл. 25.08.2008 бил. №11.

35. Кабашов, В.Ю. Авторское свидетельство СССР №712884, МКИ2 H02G7/14/ Гаситель колебаний проводов/ В.Ю. Кабашов, Ю.Ж. Батрамгулов (СССР). -№2639599/24-07. - Заявка 03.07.78-опубл. 30.01.80, - Бил. №4.

36. Кабашов, В.Ю. Авторское свидетельство СССР №890507 Н 02 G 7/14. Устройство для предотвращения колебаний проводов / Кабашов В.Ю., Шайхитдинов Р.З.- 1981. - Бюл. №46.

37. Кабашов, В.Ю. Повышение надёжности сельских воздушных линий 6-10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок: монография/ В.Ю. Кабашов. - Уфа: Здравоохранение Башкортостана, 2009. -140с.

38. Каталог унифицированных и типовых железобетонных и металлических опор ВЛ 35-1 ЮкВ. - Горький: НИИ «Сельэнергопроект», 1990. -122с.

39. Китушин, В.Г. Надёжность энергетических систем: Учеб. Пособие для электроэнергет. спец. вузов/ В.Г. Китушин.- М.: Высш. шк., 1984.-258с.

40. Ковалёв, В.В. Финансы предприятий/ В.В. Ковалёв. - М.: Проспект, 2004. -352с.

41. Конюхова, Е.А. Надёжность электроснабжения промышленных предприятий/ Е.А. Конюхова, Э.А. Киреева. - М.: НТФ Энергопрогресс, 2001. - 92с.

42. Копылов, A.B. О допускаемых расхождениях двух измерений при наличии неисключённой равномерно распределённой систематической погрешности// Заводская лаборатория - М., 1991 .-№5 - С. 1 -4.

43. Крылов, C.B. Обзор нарушений в работе воздушных линий электропередачи при сильном ветре и гололеде/С.В. Крылов. - М.: Энергетик, 2006. - №9. - С.17-22.

44. Крюков, К.П. Конструкция и расчёт металлических и железобетонных опор линий электропередачи/ К.П. Крюков, А.И. Курносов, Б.П. Новгородцев. - 2-е изд., перераб. и доп.-Л.: Энергия, 1975.-456с.

45. Кутепов, В.Н. Методы и средства повышения качества функционирования ветроэнергетических установок в растениеводстве: дис. ... к.т.н.: 05.20.02 / Кутепов Владимир Николаевич. - Челябинск, 2008. - 195с.

46. Лещинская, Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства: учебник для вузов/ Т.Б. Лещинская, И.В. Наумов. - М.: Колос, С, 2008. - 655с.

47. Лимитовский, M А. Основы оценки инвестиционных и финансовых решений/ М.А. Лимитовский. - М.: ТОО Инжиниринго-Консалтинговая Компания «ДеКА», 1997. - 184с.

48. Лукьянов, В.Н. Разработка методики ускоренной оценки ресурса и применяемой технологии капитального ремонта шестерённых насосов: дис... канд. тех. наук 05.20.03 / Лукьянов Валерий Николаевич. - Челябинск, 1985. -221с.

49. Мансуров, К.Я. Состояние и основные направления развития электроэнергетики Казахстана [Электронный ресурс] / К.Я. Мансуров. - Режим доступа: http://www.ekonomy.kz/files.pdf.

50. Международный институт современной политики [Электронный ресурс] -Режим доступа: htth://www.analitika.org/khstan/Kazaklistan/kz//.

51. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования. Официальное издание. Утверждено: Госстрой России, Министерство экономики РФ, Министерство финансов РФ, Госкомпром России №7-12/47. -М.: Информэлектро., 31 марта 1994.

52. Наумов, И.В. Прогнозирование отказов сельских распределительных сетей напряжением 10 кВ (на примере филиала восточных электрических сетей ОАО

«ИЭСК») / И.В. Наумов, A.B. Ланин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета). - 2011. - № 1 - С. 86-90.

53. Нащёкин, В.В. Теоретическая термодинамика и теплопередача: учебное пособие для вузов/ В.В. Нащёкин. - 3-е изд., испр. и доп. - М.: Высш. школа, 1980. -469с.

54. Нормы времени на капитальный ремонт и техническое обслуживание воздушных линий электропередачи напряжением 35-500 кВ. Выпуск 2. - Астана, 2008.-30с.

55. Обзор энергетики Казахстана [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: http://www.largt. stanford.edu//.

56. Оськин, C.B. Методы и средства повышения качества функционирования асинхронных нерегулируемых электроприводов: дис... д-ра. тех. наук 05.20.02 / Оськин Сергей Владимирович. - Челябинск, 1998. - 284с.

57. Патент на изобретение №2440650 Аэродинамический гаситель колебаний проводов линий электропередачи / Буторин В. А., Ляховецкая Л.В. - заяв. №2010144716/07 01.11.2010; опубл. 20.01.2012 бил. №2.

58. Пояснительная записка к проекту постановления Правительства Москвы «Об установлении коэффициента пересчета восстановительной стоимости строений, помещений и сооружений, принадлежащих гражданам на праве собственности». 01.01.2011 г.

59. Правила устройства электроустановок Республики Казахстан (ПУЭ). -Астана, 2003 .-598с.

60. Правила устройства электроустановок РФ. - Минэнерго России, 08.07.2003, №204 -330с.

61. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике /О.М. Рабинович. - 5-е изд., - М.: Машиностроение, 1973. - 344с.

62. Реут, С.С. Справочник по проектированию линий электропередачи/ М.А. Реут, С.С. Рокотян. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1980. - 296с.

63. Рипс, Я.И. Анализ и расчет надежности систем управления электроприводами/ Я. И. Рипс, Б.А Савельев. - М.: Энергия, 1974. - 248с.

64. Розанов, M.H. Надёжность электротехнических систем/ М.Н. Розанов. - М.: Энергоатомиздат, 1984.-200с.

65. Розанов, М.Н. Управление надёжностью электроэнергетических систем/ М.Н. Розанов. - Новосибирск: Наука, 1991. - 208с.

66. Рыбаков, Л.М., Диагностирование оборудования систем электроснабжения: монография / Л.М. Рыбаков, В.П. Калявин. - Йошкар-Ола: Марийское книжное издательство, 1994.-196с.

67. Савоськин, Н.Е. Надёжность электрических систем: учебное пособие/ Н.Е. Савоськин. - Пенза, 2004. - 102с.

68. Северо-Западное отделение института «Энергосетьпроект». Типовые проектные решения 407-03-282. Закрепление в грунтах унифицированных железобетонных опор ВЛ 35-500 кВ. - Минэнерго СССР, -1981.

69. Система планово-предупредительного ремонта и технического обслуживания электрооборудования сельскохозяйственных предприятий Госагропром СССР. -М.: ВО Агропромиздат, 1987. - 191 с.

70. Слесарев, В.А. Эффективные технологии восстановительного ремонта железобетонных опор воздушных линий электропередачи [Электронный ресурс] / В.А. Слесарев, C.B. Слесарёв // Международная выставка «Инновационные проекты в электросетевом комплексе», Москва, ВВЦ. - 2010.- Режим доступа: www.stroydefect.ru.

71. СН 509-78 Строительные нормы. Инструкция по определению экономической эффективности использования в строительстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. - М: Госстрой СССР, 1979. -114с.

72. Снитко, Л.В. Мембранный фундамент как средство повышения устойчивости свободностоящих железобетонных опор ЛЭП/ Л.В. Снитко // Международный сельскохозяйственный журнал. - 2009. - №4. - С.90-91.

73. Снитко, Л.В. Сравнительный анализ устойчивости свободностоящей железобетонной опоры ЛЭП-35 кВ/ Л.В. Снитко, В.М. Ляховецкий // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №8. -С. 18-19.

74. Снитко, Л.В. Устойчивость опор линий электропередачи, расположенных на обводнённых и слабых грунтах/ Л.В. Снитко // Вестник Иркутского государственного технического иниверситета. - 2009. - №4. - С. 175-179.

75. СНиП 5.01-01-2002. Основания зданий и сооружений.

76. СНиП 2.01-07-85* Нагрузки и воздействия.

77. Справочник проектировщика. Расчётно-теоретический. - М., 1961. - 1040с.

78. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая. 4-е изд. перераб. и доп. под ред. Р.В. Щекин - Киев, 1976. - 416с.

79. Тарг, С.М. Краткий курс теоретической механики: учебник для втузов/ С.М. Тарг.-М: Высш. шк., 1986.-416с.

80. Тиесов, С.А. Повышение энергетической безопасности и надёжности электроснабжения энергодефицитных регионов: дис. ... канд. тех. наук: 05.14.01/ -Тиесов Суиншлик Амирхамзиевич. - Алматы, 2002. -210с.

81. Типовая инструкция по эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением 35-800 кВ. Часть 1,2. СПО ОРГРЭС.-М., 1991.-120с.

82. Трофимов, C.B. Авторское свидетельство СССР №1669034 кл H 02 G 7/14. Гаситель колебаний проводов воздушных линий электропередачи /C.B. Трофимов. - 1991. Бюл. №29.

83. Узелков, Б. Справочник по строительству и реконструкции линий электропередачи напряжением 0,4-750 кВ/ Б. Узелков. - НЦ ЭНАС.: Наука и техника, 2007. - 560с.

84. Унифицированные фундаментные конструкции ВЛ 35-500 кВ. серия 3.407115. Минэнерго СССР. - Введено в действие с 18.01.1977 года.

85. Усманов, Ф.Х. Авторское свидетельство СССР № 936148 H 02 G 7/14. Устройство для предотвращения колебаний проводов / Усманов Ф.Х., Кабашов В.Ю., Байрамгулов Ю.Ж., Максимов В.А.- 1982. -Бюл. №22.

86. Фёдоров, A.A. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования/ A.A. Фёдоров, Л.Е. Старкова. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -365с.

87. Фокин, Ю.А. Вероятностно-статистические методы в расчетах систем электроснабжения/ Ю.А. Фокин. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 240с.

88. Фокин, Ю.А. Вероятностные методы в расчётах надёжности систем электроснабжения/ Ю.А. Фокин; под ред. В.А. Веникова. - М., 1977.-84с.

89. Хорольский, В.Я. Надежность электроснабжения/ В.Я. Хорольский, М.А. Таранов - Ростов-на-Дону: Терра Принт, - 2007. - 128с.

90. Царёв, И.Б. Определение надёжности воздушных линий сельских распределительных сетей/ И.Б. Царёв, Л.В. Ляховецкая, М.А. Малышев, Д.В. Буторин// Механизация и электрификация с.х - 2011. -№3. - С.21-22.

91. Целевая функция [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://ru.wilcipedia.org/wiki.

92. Шеметов, А.Н. Надёжность электроснабжения: учебное пособие для студентов специальности 140211 Электроснабжение/ А.Н. Шеметов. -Магнитогорск: ГОУ ВНО МГТУ им. Г.И. Носова, 2008. -141с.

93. Ширинский, Н.В. Авторское свидетельство СССР №1624580 Н 02 G 7/14. Распорка-виброгаситель / Ширинский Н.В., Бекметьев P.M., Хачикян B.C. - 1991. - Бюл. №4.

94. Electric Accidents in the Production, Transmission, and Distribution of Electric Energy: A Review of the Literature, Paraskevi E. Batra, Maria G. Ioannides international journal of occupational safety and ergonomics 2001, vol. 7, no. 3, 285307.

95. Power System Engineering, Kothari & Nagrath, Tata McGraw-Hill Education, 2007.

96. Tata Power spreads safety awareness among workers working near high-tension transmission lines in Mumbai, Tata companies, december 30, 2013.