27
В
статье
рассматриваются
вопросы
,
связанные
с
разработ
-
кой
методики
выполнения
измерений
собственных
частот
опор
воздушных
линий
электропередачи
(
ВЛ
)
для
диагности
-
ки
их
состояния
на
основе
анализа
тенденции
этой
частоты
от
расчетного
уровня
,
характерного
для
новой
опоры
.
Экспресс
-
оценка
работоспособности
опор
воздушных
линий
электропередачи
по
динамическим
параметрам
Алексей
КОЖЕВНИКОВ
,
старший
преподаватель
ФГБОУ
ВО
НГТУ
НЭТИ
Олег
САФОНОВ
,
начальник
отдела
технологического
развития
и
инноваций
«
Россети
Томск
»
(
ПАО
«
ТРК
»)
Александр
ТАРАСОВ
,
к
.
т
.
н
.,
начальник
отдела
диагностики
ВЛ
Производственного
участка
по
диагностике
АО
«
Электросетьсервис
ЕНЭС
»
В
рамках
реализации
программы
инновационного
развития
ПАО
«
ТРК
»
Новосибир
-
ская
научная
организация
ООО
«
Институт
электроэнергетики
НГТУ
»
выполнила
НИОКР
«
Проведение
расчетно
-
экспериментального
исследования
колебатель
-
ных
процессов
ВЛ
на
основе
анализа
динамического
взаимодействия
проводов
и
опор
с
разработкой
измерительного
комплекса
».
В
результате
реализации
данной
НИОКР
был
разработан
измерительный
комплекс
для
определения
собственных
частот
опор
(«
ЛЭПтон
»).
Данный
комплекс
позволяет
осуществлять
диагностику
металлических
опор
с
по
-
мощью
определения
собственных
частот
опоры
.
Уникальность
прибора
,
в
отличие
от
аналогов
,
заключается
в
том
,
что
для
измерения
собственных
частот
опор
не
требуется
специальный
внешний
возбудитель
колебаний
,
достаточно
природно
-
техногенного
воз
-
буждения
(
ветер
,
сейсмика
,
транспорт
и
пр
.).
В
настоящий
момент
времени
для
получения
диагностических
выводов
полученные
результаты
требуют
длительного
индивидуального
анализа
данных
,
ввиду
отсутствия
ти
-
повых
методик
для
такого
вида
измерений
.
Данная
статья
направлена
на
рассмотрение
вопросов
,
связанных
с
разработкой
методи
-
ки
выполнения
измерений
собственных
частот
опор
ВЛ
для
диагностики
их
состояния
на
ос
-
нове
анализа
тенденции
этой
частоты
от
расчетного
уровня
,
характерного
для
новой
опоры
.
Мониторинг
технического
состояния
сложных
пространственных
конструкций
в
раз
-
личных
отраслях
промышленности
осуществляют
на
основе
определения
динамических
параметров
конструкций
.
Под
динамическими
параметрами
обычно
понимают
значение
частоты
(
периода
),
форму
собственных
колебаний
и
иногда
оперируют
логарифмиче
-
ским
декрементом
колебания
.
Все
перечисленные
характеристики
могут
изменять
-
ся
в
процессе
эксплуатации
.
Например
,
снижение
жесткости
конструкции
вследствие
ослаб
ления
отдельных
болтовых
связей
проявляется
в
снижении
частоты
собственных
колебаний
опоры
относительно
первоначального
состояния
.
При
этом
форма
собствен
-
ных
колебаний
существенно
меняет
свой
вид
.
Декремент
колебаний
показывает
то
,
на
-
сколько
быстро
конструкция
способна
погасить
возникшие
колебания
,
то
есть
отражает
28
Ежеквартальный
спецвыпуск
№
3 (22),
сентябрь
2021
тот
факт
,
что
при
ослаблении
отдельных
соединений
опора
получает
дополнительную
подвижность
,
и
тем
самым
сни
-
жается
ее
способность
к
рассеиванию
энергии
.
Для
возможности
применения
вибрационного
метода
к
оценке
технического
состояния
конструкций
опор
ВЛ
по
динамическим
параметрам
были
проанализированы
суще
-
ствующие
НТД
по
данной
теме
.
За
основу
были
взяты
ГОСТ
31937-2011 «
Здания
и
сооружения
.
Правила
обследования
и
мониторинга
технического
состояния
»
и
ГОСТ
34081-2017
«
Здания
и
сооружения
.
Определение
параметров
основного
тона
собственных
колебаний
».
Предложенные
в
стандартах
подходы
необходимо
адап
-
тировать
для
рассматриваемого
класса
конструкций
—
ме
-
таллических
решетчатых
опор
воздушных
линий
электропе
-
редачи
(
ВЛ
).
Для
опор
ВЛ
характерно
балочное
поведение
:
наличие
изгибных
и
крутильных
форм
колебаний
относи
-
тельно
небольших
значений
.
Однако
конкретные
значения
частот
существенно
зависят
от
класса
напряжения
конструк
-
ций
,
геометрических
размеров
[1, 2].
Дополнительной
особенностью
опор
ВЛ
(
в
отличие
от
зданий
)
выступает
наличие
крутильных
колебаний
опоры
.
Следствием
такого
нюанса
выступает
необходимость
учета
его
при
анализе
спектрограммы
опоры
.
Основной
задачей
,
которую
необходимо
было
решить
,
является
отсутствие
опорных
значений
частот
собствен
-
ных
колебаний
исправных
конструкций
.
В
зависимости
от
терминологии
такие
опоры
называют
«
исправными
»
или
«
нормативными
».
Такие
значения
можно
получить
посред
-
ством
расчетного
исследования
каждого
типа
опор
,
однако
получаемые
значения
будут
являться
завышенными
в
силу
особенностей
моделирования
поведения
конструкции
на
основе
вариационных
принципов
,
заложенных
в
метод
ко
-
нечного
элемента
.
Указанные
значения
могут
использовать
-
ся
только
в
качестве
ориентира
при
выборе
оборудования
для
проведения
экспериментального
обследования
.
На
-
пример
,
для
опор
П
110-3
рассчитанный
спектр
первых
пяти
форм
собственных
колебаний
лежит
в
диапазоне
от
2,95
до
11,95
Гц
.
Следовательно
,
для
натурных
испытаний
доста
-
точно
будет
использовать
комплекс
,
позволяющий
уверенно
выявлять
колебания
в
диапазоне
от
2
до
25
Гц
,
в
отличие
от
измерительных
систем
с
рабочими
диапазонами
от
0,1
Гц
до
1
кГц
и
более
,
используемых
при
обследовании
зданий
и
сооружений
.
На
основании
полевых
испытаний
опор
П
110-3
участка
линии
СВ
-5
в
Томской
области
удалось
сформулировать
рекомендации
по
установке
тензометрических
датчиков
на
конструкции
опоры
,
и
получено
необходимое
количество
экспериментальных
данных
по
49
обследованным
опорам
.
Основная
особенность
данной
методики
заключается
в
первоначальном
расчетном
исследовании
и
последую
-
щем
экспериментальном
обследовании
воздушной
линии
электропередачи
.
В
роли
отсчетных
значений
для
сопостав
-
ления
предлагается
использовать
медианные
значения
экс
-
периментально
определенных
частот
,
поскольку
в
них
уже
заложен
и
средний
износ
опор
линии
,
и
особенности
грун
-
та
трассы
ВЛ
.
Существенное
отличие
в
значениях
частоты
отдельной
опоры
от
медианных
значений
свидетельствует
о
том
,
что
данная
конструкция
накопила
за
время
эксплуа
-
тации
большее
количество
повреждений
,
чем
«
средняя
»
опора
всего
участка
.
Использование
тензометрических
датчиков
позволяет
предварительно
определить
в
какой
именно
части
конструк
-
ции
опоры
необходимо
искать
повреждение
в
первую
оче
-
редь
:
в
опорных
точках
конструкции
,
на
отдельной
грани
опо
-
ры
или
же
следует
осмотреть
часть
опоры
под
траверсой
.
Предложенный
подход
позволяет
распределить
все
об
-
следованные
конструкции
на
три
укрупненные
группы
: «
ис
-
правные
», «
работоспособные
»
и
«
ограниченно
-
работоспо
-
собные
»
опоры
.
Такое
разделение
основано
на
сложности
и
объеме
необходимого
осмотра
конструкции
:
–
для
«
исправных
»
опор
осмотр
или
упреждающий
вос
-
становительный
ремонт
не
требуется
;
–
для
«
работоспособных
»
опор
необходимо
обратить
вни
-
мание
на
состояние
опорных
точек
,
связь
соответствую
-
щих
подпятников
с
бетонными
основаниями
и
осмотреть
не
более
двух
граней
основной
стойки
;
–
для
«
ограниченно
-
работоспособных
»
опор
требуется
осмотреть
уже
не
менее
трех
опорных
точек
и
не
менее
двух
граней
опоры
на
наличие
дефектов
решетки
запол
-
нения
.
Самостоятельной
задачей
,
требующей
внимания
специ
-
алистов
,
выступает
выбор
допустимых
интервалов
дефект
-
ности
при
сопоставлении
:
указанный
для
зданий
в
ГОСТ
31937-2011
интервал
10%
необходимо
верифицировать
для
опор
ВЛ
,
поскольку
там
предполагается
,
что
падение
частоты
собственных
колебаний
на
10%
относительно
нормативного
является
показателем
необходимости
осмотра
здания
и
не
-
возможность
его
надежной
эксплуатации
в
течение
периода
времени
между
последовательными
осмотрами
(3
года
).
Для
опор
детальный
осмотр
проводится
не
реже
одного
раза
в
шесть
лет
,
что
требует
соответствующей
корректировки
приведенных
интервалов
.
Основанием
для
разработки
ин
-
тервалов
может
стать
как
многолетний
мониторинг
конструк
-
ций
и
сбор
необходимой
информации
о
темпах
старения
,
так
и
проведение
вычислительных
экспериментов
по
оценке
на
-
копления
повреждений
в
отдельных
элементах
опоры
ВЛ
под
действием
случайного
спектра
внешних
нагрузок
.
Основным
преимуществом
представленного
подхода
яв
-
ляется
его
универсальность
:
1)
по
результатам
расчета
определяются
нормативные
значения
динамических
параметров
и
выбирается
экс
-
периментальное
оборудование
;
2)
прорабатывается
методика
проведения
полевого
об
-
следования
конструкций
,
определяются
необходимые
дополнительные
параметры
помимо
динамических
ха
-
рактеристик
;
Диагностика
и
мониторинг
Издательство
журнала
«
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
»
выпустило
книгу
академика
РАЕН
,
профессора
В
.
А
.
НЕПОМНЯЩЕГО
Тираж
книги
5000
экз
.,
объем
196
с
.,
формат
170
х
235
мм
.
Для
приобретения
издания
звоните
по
многоканальному
телефону
+7 (495) 645-12-41
или
напишите
по
e-mail: [email protected]
В
монографии
исследована
надежность
оборудования
элек
-
тростанций
и
электрических
сетей
напряжением
1150–10(6)
кВ
,
разработана
методика
сбора
и
статистичес
кой
обработки
ин
-
формации
о
надежности
оборудования
.
На
основе
статисти
-
ческих
данных
и
расчетов
определены
основные
параметры
надежности
и
динамика
их
изменения
в
процессе
эксплуата
-
ции
.
Выявлены
статистические
законы
распределения
отказов
и
времени
восстановления
элементов
энергосис
тем
.
Проведе
-
но
их
сравнение
с
зарубежными
данными
.
29
3)
определяются
пороговые
значения
для
сопоставления
расчетных
и
экспери
-
ментальных
данных
;
4)
по
результатам
выполненных
сопоставлений
формулируются
рекомендации
по
осмотру
или
упреждающим
восстановительным
мероприятиям
.
Такой
подход
позволяет
определять
интегральное
техническое
состояние
любых
типов
опор
воздушных
линий
электропередачи
безотносительно
их
геометрии
,
материала
или
назначения
.
ВЫВОДЫ
1.
Предложенный
подход
обладает
универсальностью
и
алгоритмичностью
,
что
позволяет
распространить
его
на
опоры
ВЛ
других
типов
(
железобетонные
,
де
-
ревянные
).
2.
На
основании
данного
подхода
необходима
разработка
стандарта
«
Мето
-
дические
указания
по
вибродиагностике
опор
ВЛ
».
Этот
НТД
позволит
вве
-
сти
в
эксплуатационную
практику
порядок
обязательного
инструменталь
-
ного
экспресс
-
контроля
интегрального
состояния
опор
воздушных
ЛЭП
вместо
обычного
их
осмотра
на
наличие
деформаций
и
целостности
всех
деталей
опоры
,
состояния
сварных
и
болтовых
соединений
,
состояния
ан
-
керных
болтов
крепления
опор
к
фундаментам
,
наличия
щелевой
коррозии
и
других
дефектов
.
ЛИТЕРАТУРА
1.
Левин
В
.
Е
.,
Кожевников
А
.
Н
.,
Сафонов
О
.
Н
.
К
вопросу
о
рас
-
чете
опор
и
участков
воздуш
-
ных
линий
электропередачи
//
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ
.
Передача
и
распределение
, 2017,
№
6(45).
С
. 68–72.
2.
Кожевников
А
.
Н
.,
Красно
-
руцкий
Д
.
А
.,
Левин
В
.
Е
.
Определение
частот
малых
колебаний
опоры
линии
элек
-
тропередачи
в
среде
ANSYS /
Труды
15
Всероссийской
науч
-
но
-
технической
конференции
«
Наука
.
Промышленность
.
Обо
-
рона
» (23–25
апр
. 2014
г
.).
Под
редакцией
К
.
А
.
Матвеева
.
Но
-
восибирск
:
Изд
-
во
НГТУ
, 2014.
С
. 308–311.
Оригинал статьи: Экспресс-оценка работоспособности опор воздушных линий электропередачи по динамическим параметрам
В статье рассматриваются вопросы, связанные с разработкой методики выполнения измерений собственных частот опор воздушных линий электропередачи (ВЛ) для диагностики их состояния на основе анализа тенденции этой частоты от расчетного уровня, характерного для новой опоры.
