К вопросу о расчете опор и участков воздушных линий электропередачи

Page 1
background image

Page 2
background image

68

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ

К вопросу о расчете опор 
и участков воздушных линий 
электропередачи

УДК

 539.3

Левин

 

В

.

Е

.,

 

д

.

т

.

н

., 

профессор

 

кафедры

 

ПЛА

 

НГТУ

Кожевников

 

А

.

Н

.,

аспирант

 

НГТУ

ИЭЭ

 

НГТУ

Сафонов

 

О

.

Н

.,

начальник

 

отдела

 

технологического

 

развития

 

и

 

инноваций

 

ПАО

 «

ТРК

»

Ключевые

 

слова

:

линии

 

электропередачи

провод

проектирование

 

конструкции

прочностной

 

расчет

математическая

 

модель

Keywords:

transmission lines, conductor, 
structural design, strength calculation, 
mathematical model

Передача

 

электрической

 

энергии

 

осуществляется

 

преимущественно

 

по

 

воздушным

 

линиям

 

электропередачи

Из

 

практики

 

эксплуатации

 

известны

 

случаи

 

разрушения

 

не

 

только

 

проводов

но

 

и

 

опор

 

этих

 

ответственных

 

конструкций

В

 

этой

 

статье

 

сделан

 

крат

-

кий

 

обзор

 

источников

 

информации

 

по

 

проектированию

 

и

 

расчету

 

опор

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

проводов

 

электросети

 

и

 

отдельных

 

участков

 

линии

 

электропередачи

.

Рис

. 1. 

Разрушенная

 

опора

 

линии

 

электропередачи

 

напряжением

 110 

кВ

О

собенности

 

территории

 

Российской

 

Федерации

 

обуславливают

 

распро

-

страненность

 

исполь

-

зования

 

воздушных

 

линий

 

элек

-

тропередачи

  (

ВЛ

для

 

транспор

-

тировки

 

электрической

 

энергии

 

на

 

большие

 

расстояния

Из

 

практики

 

эксплуатации

 

известны

 

случаи

 

неоднократного

 

разрушения

 

опор

 

ВЛ

что

 

приводит

 

к

 

перерывам

 

электроснабжения

 

потребителей

 

и

 

необходимости

 

проведения

 

ава

-

рийно

-

восстановительных

 

работ

Ввиду

 

актуальности

 

данной

 

про

-

блемы

 

в

 

ПАО

 «

ТРК

» 

в

 

рамках

 

вы

-

полнения

 

программы

 

инноваци

-

онного

 

развития

 

ООО

  «

Институт

 

электроэнергетики

 

НГТУ

» 

выпол

-

няет

 

НИОКР

 «

Проведение

 

расчет

-

но

-

экспериментального

 

исследо

-

вания

 

колебательных

 

процессов

 

ВЛ

 

на

 

основе

 

анализа

 

динамиче

-

ского

 

взаимодействия

 

проводов

 

и

 

опор

 

с

 

разработкой

 

измеритель

-

ного

 

комплекса

». 

В

 

процессе

 

вы

-

полнения

 

НИОКР

 

планируется

 

решить

 

следующие

 

основные

 

за

-

дачи

:

1. 

Поиск

 

и

 

анализ

 

нормативно

-

тех

-

нической

 

документации

 

и

 

ли

-

тературы

 

по

 

тематике

 

НИОКР

.

2. 

Разработка

 

методики

 

измере

-

ния

 

рассогласования

 

опорных

 

узлов

 (

РОУ

).

3. 

Разработка

 

методики

 

расчета

 

нелинейной

 

динамики

 

систе

-

мы

 

стержней

моделирующей

 

динамику

 

проводов

 

по

 

диффе

-

ренциальной

 

модели

.

4. 

Разработка

 

измерительного

 

комплекса

 

для

 

определения

 

собственных

 

частот

 

опор

про

-

ведение

 

измерений

 

на

 

ВЛ

.

5. 

Разработка

 

ПО

 

для

 

расчета

 

динамических

 

характеристик

 

пролета

 

ВЛ

 

для

 

прогнозирова

-

ния

 

возможной

 

потери

 

устой

-

чивости

 

опор

 

при

 

нормативных

 

ветровых

 

нагрузках

.

Данная

 

статья

 

представляет

 

собой

 

краткий

 

обзор

 

существую

-

щих

 

на

 

данный

 

момент

 

методов

 

проектирования

 

и

 

расчета

 

линий

 

электропередачи

а

 

также

 

их

 

до

-

стоинства

 

и

 

недостатки

.

В

 

качестве

 

причин

 

разрушения

 

опор

 

ВЛ

  (

рисунки

 1 

и

 2) 

традици

-

онно

 

указываются

 

экстремальные

 

ветровые

 

нагрузки

налипание

 

снега

 

и

 

образование

 

гололеда

что

 

приводит

 

к

 

увеличению

 

статиче

-

ских

 

и

 

динамических

 

нагрузок

 

на

 

опоры

 

и

 

провода

 

и

в

 

свою

 

оче

-

редь

снижает

 

ресурс

 

конструкции

.


Page 3
background image

69

При

 

анализе

 

типовых

 

конструк

-

ций

 

опор

 

было

 

замечено

что

 

в

 

ка

-

честве

 

причины

 

разрушений

 

опор

 

можно

 

указать

 

динамические

 

эф

-

фекты

возникающие

 

даже

 

при

 

наличии

 

лишь

 

эксплуатацион

-

ных

 

нагрузок

Между

 

опорами

 

ВЛ

 

и

 

проводами

 

электросети

 

суще

-

ствует

 

динамическое

 

взаимодей

-

ствие

Если

 

частота

 

внешнего

 

воз

-

буждения

 

совпадает

 

с

 

частотой

 

собственных

 

колебаний

 

системы

 

«

опора

 

ВЛ

 — 

провода

», 

то

 

в

 

си

-

стеме

 

существенно

 

увеличивают

-

ся

 

амплитуды

 

колебаний

что

 

при

-

водит

 

к

 

увеличению

 

напряжений

 

в

 

конструкции

Все

 

актуальные

 

нормативные

 

документы

 

по

 

про

-

ектированию

 

линий

 

электропе

-

редачи

 

не

 

предусматривают

 

учет

 

динамического

 

взаимодействия

 

проводов

 

и

 

опор

Оно

 

учитыва

-

ется

 

лишь

 

в

 

квазистатической

 

постановке

 

путем

 

введения

 

до

-

полнительных

 

коэффициентов

 

за

-

паса

 

прочности

 

для

 

учета

 

динами

-

ческого

 

воздействия

.

В

 

описываемую

 

динамически

 

связанную

 

систему

 

входят

 

два

 

ос

-

новных

 

элемента

опоры

 

ВЛ

 

и

 

про

-

вода

 

электросети

Для

 

проводов

 

характерен

 

плотный

 

спектр

 

частот

 

собственных

 

колебаний

Частоты

 

же

 

опор

 

ВЛ

 

обычно

 

не

 

учитывают

и

 

поэтому

 

соответствующих

 

дан

-

ных

как

 

правило

нет

Ниже

 

рассмотрены

 

результаты

 

проведенных

 

ранее

 

исследова

-

ний

некоторые

 

подходы

 

и

 

оценки

 

по

 

расчетам

 

опор

 

ВЛ

проводов

комбинированных

 

систем

 

и

 

ин

-

формация

 

из

 

нормативных

 

доку

-

ментов

 

по

 

данной

 

проблеме

.

Воздушной

 

линией

 

электропе

-

редачи

 (

ВЛ

называют

 

устройство

 

для

 

передачи

 

электроэнергии

 

по

 

проводам

находящимся

 

на

 

откры

-

том

 

воздухе

 

и

 

прикрепленным

 

при

 

помощи

 

изолирующих

 

конструк

-

ций

 

и

 

арматуры

 

к

 

опорам

несу

-

щим

 

конструкциям

кронштейнам

 

и

 

стойкам

 

на

 

инженерных

 

соору

-

жениях

Опора

 

линии

 

электропе

-

редачи

 — 

сооружение

 

для

 

удер

-

жания

 

проводов

 

и

  (

при

 

наличии

грозозащитных

 

тросов

 

воздушной

 

линии

 

электропередачи

 

и

 

оптово

-

локонных

 

линий

 

связи

 

на

 

задан

-

ном

 

расстоянии

 

от

 

поверхности

 

земли

 

и

 

друг

 

от

 

друга

.

Практически

 

вся

 

литература

 

по

 

проектированию

 

и

 

расчету

 

ли

-

ний

 

электропередачи

 

написана

 

более

 

тридцати

 

лет

 

назад

 

и

 

нор

-

мативные

 

документы

бывшие

 

ак

-

туальными

 

на

 

момент

 

написания

 

этих

 

справочников

 

и

 

пособий

пре

-

терпели

 

несколько

 

переизданий

 

и

 

были

 

частично

 

замещены

 

рядом

 

Государственных

 

Стандартов

Из

 

этого

 

следует

 

вывод

 

о

 

том

что

 

ис

-

пользуемая

 

при

 

проектировании

 

опор

 

ВЛ

 

современная

 

справочная

 

литература

 

не

 

в

 

полной

 

мере

 

со

-

ответствует

 

требованиям

 

отрас

-

левых

 

стандартов

а

 

опирается

 

на

 

их

 

более

 

ранние

 

издания

Кроме

 

того

в

 [1] 

отмечен

 

эффект

 

от

 

мо

-

дернизации

 

нормативных

 

доку

-

ментов

В

 

частности

переход

 

от

 

10-

летнего

 

к

 25-

летнему

 

периоду

 

повторяемости

 

наблюдений

 

при

-

вел

 

к

 

увеличению

 

нормативных

 

ветровых

 

нагрузок

 

в

 1,2–1,4 

раза

 

и

 

весовых

 

нагрузок

 

практически

 

в

 2 

раза

 

по

 

сравнению

 

с

 

исходны

-

ми

 

значениями

.

По

 

мере

 

исследования

 

этой

 

тематики

 

издавались

 

новые

 

спра

-

вочники

в

 

которые

помимо

 

опи

-

санных

 

ранее

 

подходов

включа

-

лись

 

и

 

новые

 

модели

 

нагружения

 

опор

 

ВЛ

и

 

способы

 

учета

 

обра

-

зовывающегося

 

обледенения

и

 

усовершенствованные

 

модели

 

деформирования

 

материалов

Также

 

особое

 

внимание

 

уделено

 

видам

 

и

 

типам

 

колебаний

 

прово

-

дов

  (

пляска

 

проводов

колебания

 

между

 

распорками

вынужденные

 

движения

).

Учебные

 

и

 

справочные

 

посо

-

бия

 

по

 

проектированию

 

линий

 

электропередачи

 

не

 

учитывают

 

текущую

 

конфигурацию

 

прово

-

дов

так

 

как

 

все

 

внешние

 

нагрузки

 

заменяются

 

сосредоточенными

 

силами

моделирующими

 

влия

-

ние

 

проводов

 

на

 

опоры

 

с

 

учетом

 

монтажных

 

усилий

Используя

 

данные

 

пособия

можно

 

с

 

помо

-

щью

 

минимальных

 

технических

 

средств

 

выполнить

 

достаточно

 

точный

 

проект

 

линии

 

электропе

-

редачи

 

с

 

проверкой

 

всех

 

требо

-

ваний

 

нормативных

 

документов

Однако

 

предлагаемые

 

методики

 

имеют

 

и

 

свои

 

недостатки

сложная

 

пространственная

 

конструкция

 

неочевидным

 

образом

 

сводится

 

к

 

набору

 

стержней

 

с

 

жесткостно

-

массовыми

 

характеристиками

а

 

верификация

 

подобного

 

допу

-

щения

 

не

 

представлена

.

В

 

работе

 

Горохова

 [2] 

представ

-

лен

 

достаточно

 

подробный

 

анализ

 

разрушенных

 

линий

 

электропере

-

дачи

 

Крымского

 

полуострова

При

 

анализе

 

причин

 

разрушения

 

ав

-

торами

 

установлено

 

превышение

 

ветровой

 

нагрузки

 

относительно

 

заложенной

 

при

 

проектировании

 

практически

 

в

 

два

 

раза

 

по

 

скоро

-

сти

 

ветра

При

 

пересчете

 

этих

 

на

-

грузок

 

к

 

нормативным

 

величинам

 

зафиксировано

 

превышение

 

тол

-

щины

 

эквивалентной

 

стенки

 

льда

 

на

 

проводе

 

практически

 

в

 

четы

-

ре

 

раза

Эта

 

аварийная

 

ситуация

 

привела

 

к

 

значительным

 

аварий

-

но

-

восстановительным

 

работам

 

для

 

восстановления

 

электроснаб

-

жения

 

потребителей

.

При

 

рассмотрении

 

вынужден

-

ных

 

колебаний

 

проводов

 

электро

-

сети

 

особое

 

внимание

 

следует

 

уделить

 

явлению

 

пляски

 

прово

-

дов

Данное

 

явление

 

может

 

про

-

являться

 

практически

 

во

 

всех

 

климатических

 

районах

 

по

 

ветру

 

с

 

разной

 

частотой

 

регистрации

 

яв

-

ления

При

 

этом

 

во

 

время

 

пляски

 

проводов

 

участки

 

провода

 

имеют

 

значительные

 

амплитуды

срав

-

нимые

 

со

 

стрелой

 

провеса

 

про

-

вода

а

 

траекторию

 

точек

 

провода

 

можно

 

представить

 

в

 

виде

 

эллип

-

са

 

с

 

наклоном

 

большой

 

полуоси

 

на

 

углы

 

до

 45 

градусов

 

от

 

верти

-

кали

Стоит

 

отметить

что

 

наличие

 

обледенения

 

на

 

проводе

 

не

 

явля

-

ется

 

обязательной

 

причиной

 

для

 

возникновения

 

пляски

 

провода

однако

 

большинство

 

таких

 

заре

-

гистрированных

 

явлений

 

сопрово

-

ждались

 

наличием

 

односторонних

 

или

 

цилиндрических

 

отложений

 

льда

 

на

 

проводе

  (

встречаются

 

упоминания

 

об

 

односторонней

 

из

-

морози

 

на

 

проводах

).

Проблемы

 

анализа

 

и

 

про

-

гнозирования

 

пляски

 

проводов

 

(

интенсивной

 

пляски

были

 

впер

-

вые

 

сформулированы

 

в

 

январе

 

1962 

года

 

после

 

первой

 

крупной

 

системной

 

аварии

 

в

 

СССР

Тогда

 

же

 

были

 

собраны

 

первые

 

экспе

-

риментальные

 

данные

 

по

 

таким

 

авариям

Длительность

 

пляски

 

проводов

 

может

 

варьироваться

 

в

 

достаточно

 

широком

 

интер

-

вале

 

времени

Наиболее

 

часто

 

фиксируют

 

пляску

 

проводов

 

дли

-

тельностью

 

до

 12 

часов

хотя

 

из

-

вестны

 

случаи

 

и

 

большей

 

дли

-

тельности

 — 

более

 

двух

 

суток

У

 

пляски

 

проводов

 

могут

 

быть

 

зафиксированы

 

разнообразные

 

последствия

короткие

 

замыка

-

 6 (45) 2017


Page 4
background image

70

ния

обрыв

 

проводов

разрушение

 

гирлянд

 

изоляторов

 

и

 

даже

 

разру

-

шение

 

силовых

 

элементов

 

вслед

-

ствие

 

значительных

 

деформаций

 

конструкции

.

Во

 

время

 

пляски

 

проводов

 

фик

-

сируются

 

значительные

 

ампли

-

туды

 

именно

 

вертикальных

 

коле

-

баний

 

проводов

несмотря

 

на

 

то

что

 

ветер

 

может

 

действовать

 

под

 

произвольным

 

углом

 

к

 

оси

 

прово

-

да

Некоторые

 

теории

 

поведения

 

провода

 

апеллируют

 

к

 

классиче

-

ским

 

аэродинамическим

 

законам

а

 

в

 

некоторых

 

используются

 

пред

-

ставления

 

о

 

влиянии

 

воздуха

 

как

 

набора

 

присоединенных

 

вихрей

 

некоторой

 

мощности

.

Следует

 

обратить

 

внимание

 

на

 

вычислительные

 

трудности

свя

-

занные

 

с

 

решением

 

таких

 

задач

При

 

моделировании

 

произвольны

-

ми

 

программными

 

продуктами

 

та

-

ких

 

ферменных

/

рамных

 

конструк

-

ций

 

возникает

 

необходимость

 

решать

 

системы

 

уравнений

 

боль

-

шой

 

размерности

Кроме

 

того

вычислительная

 

емкость

 

задачи

 

увеличивается

 

при

 

необходимо

-

сти

 

учета

 

нелинейного

 

поведения

 

проводов

Возможным

 

способом

 

упрощения

 

математической

 

ча

-

сти

 

задачи

 

является

 

применение

 

более

 

простых

 

моделей

но

 

все

 

вводимые

 

упрощения

 

должны

 

обеспечивать

 

требуемый

 

уровень

 

точности

 

результата

 

и

 

не

 

искажать

 

динамическое

 

поведение

 

системы

 

«

опора

 

ВЛ

 — 

провода

». 

Одним

 

из

 

вариантов

 

уменьшения

 

времени

 

расчета

 

является

 

использование

 

специальных

 

моделей

 

или

 

конеч

-

ных

 

элементов

 

для

 

адекватного

 

описания

 

поведения

 

проводов

цепной

 

конечный

 

элемент

криво

-

линейные

 

многоузловые

 

элемен

-

ты

 

и

 

так

 

далее

.

Рассмотрим

 

не

 

только

 

отече

-

ственные

но

 

и

 

зарубежные

 

ра

-

боты

 

по

 

данной

 

проблематике

Определение

 

характера

 

дефор

-

мирования

 

проводов

 

с

 

учетом

 

ди

-

намических

 

эффектов

 

традицион

-

но

 

является

 

комплексной

 

задачей

 

для

 

расчетчика

 

в

 

связи

 

с

 

частой

 

необходимостью

 

учета

 

дополни

-

тельных

 

сосредоточенных

  (

мас

-

совых

и

 

подвижных

  (

внешних

нагрузок

Одной

 

из

 

особенностей

 

моделирования

 

поведения

 

прово

-

да

 

исследователи

 

отмечают

 

не

-

обходимость

 

внедрения

 

в

 

модель

 

возможности

 

удлинения

 

провода

иначе

 

полученные

 

перемещения

 

оси

 

провода

 

не

 

соответствуют

 

действительности

В

 

то

 

время

 

как

 

моделирование

 

провода

 

как

 

це

-

почки

 

последовательно

 

соединен

-

ных

 

балок

 

и

 

пружин

 

показывает

 

удовлетворительные

 

результаты

С

 

другой

 

стороны

провод

 

не

 

мо

-

жет

 

воспринимать

 

сжимающие

 

нагрузки

и

 

использование

 

клас

-

сических

 

балочных

 

теорий

 

в

 

по

-

добной

 

формулировке

 

приводит

 

к

 

ошибкам

 

и

 

не

 

может

 

достоверно

 

описывать

 

поведение

 

троса

Некоторые

 

работы

 

зарубеж

-

ных

 

исследователей

 

акцентируют

 

внимание

 

читателя

 

на

 

сложности

 

разделения

 

галопирования

 

про

-

водов

 

и

 

обыкновенных

 

колебаний

 

с

 

большими

 

амплитудами

Однако

 

физика

 

этих

 

двух

 

явлений

 

суще

-

ственно

 

различна

простые

 

коле

-

бания

 

относятся

 

к

 

задачам

 

меха

-

ники

 

под

 

действием

 

внешних

 

сил

а

 

пляска

 

проводов

 — 

это

 

задача

 

аэроупругости

 

для

 

стержней

 

со

 

специальными

 

формами

 

попереч

-

ного

 

сечения

 

и

 

является

 

помимо

 

этого

 

еще

 

и

 

автоколебательной

 

системой

.

Рассмотрим

 

более

 

подробно

 

ра

-

боту

 M.A. Baenziger 

и

 

соавторов

 [3].

В

 

данной

 

работе

 

представлены

 

результаты

 

масштабного

 

исследо

-

вания

 

галопирования

 

проводов

 

ли

-

ний

 

электропередачи

 

штата

 

Айова

 

Соединенных

 

Штатов

 

Америки

Авторами

 

проводились

 

численные

 

и

 

экспериментальные

 

исследова

-

ния

посвященные

 

влиянию

 

ветра

 

на

 

возникновение

 

пляски

 

прово

-

дов

В

 

качестве

 

промежуточного

 

вывода

 

выявленный

 

диапазон

 

ча

-

стот

 

проводов

 

при

 

галопировании

 

не

 

превышает

 0,8 

Гц

что

 

позволи

-

ло

 

авторам

 

убрать

 

из

 

рассмотре

-

ния

 

влияние

 

опор

 

ВЛ

 

и

 

рассмотреть

 

систему

  «

опора

 

ВЛ

 — 

провода

» 

как

 

стержень

 

с

 

защемленными

 

концами

Кроме

 

того

авторы

 

де

-

лают

 

вывод

 

о

 

том

что

во

-

первых

силы

 

реакции

 

в

 

точках

 

крепления

 

проводов

 

в

 

вертикальном

 

направ

-

лении

 

пропорциональны

 

квадрату

 

амплитуды

 

колебаний

а

 

силы

 

рас

-

тяжения

 

пропорциональны

 

вели

-

чине

 

амплитуды

 

в

 

первой

 

степени

во

-

вторых

только

 

симметричные

 

относительно

 

середины

 

пролета

 

формы

 

колебаний

 

вызывают

 

уве

-

личение

 

растягивающих

 

усилий

в

-

третьих

величина

 

амплитуды

 

существенно

 

зависит

 

от

 

отноше

-

ния

 

стрелы

 

провеса

 

провода

 

к

 

его

 

длине

 

и

в

-

четвертых

использова

-

ние

 

изоляторов

 

снижает

 

величи

-

ну

 

реакций

 

точек

 

подвеса

 

прово

-

да

 

в

 

силу

 

того

что

 

уменьшается

 

суммарная

 

жесткость

 

системы

Все

 

приведенные

 

оценки

 

в

 

даль

-

нейшем

 

были

 

скорректированы

 

и

 

верифицированы

 

с

 

результата

-

ми

полученными

 

с

 

действующих

 

конструкций

 

в

 

условиях

 

снежного

 

шторма

 

и

 

возникающей

как

 

след

-

ствие

пляски

 

проводов

.

В

 

литературе

 

представлены

 

способы

 

решения

 

задачи

 

о

 

пляске

 

проводов

 

с

 

применением

 

конеч

-

но

-

элементной

 

модели

Однако

 

до

 

настоящего

 

времени

 

механизм

 

возникновения

 

подобных

 

автоко

-

лебаний

 

не

 

сформулирован

 

на

 

должном

 

уровне

Отдельной

 

за

-

дачей

 

является

 

учет

 

переходного

 

процесса

 

перед

 

возникновением

 

непосредственно

 

пляски

 

прово

-

дов

 

в

 

связи

 

с

 

его

 

продолжительно

-

стью

 (

около

 1000 

колебаний

). 

Воз

-

можность

 

наличия

 

связи

 

между

 

собственными

 

частотами

 

провода

 

при

 

возникновении

 

галопирова

-

ния

 

проводов

 

исследована

 

в

 

ра

-

боте

 [4].

Теперь

 

кратко

 

рассмотрим

 

не

-

которые

 

исследования

посвящен

-

ные

 

анализу

 

колебаний

 

участка

 

линии

 

электропередачи

 

как

 

целой

 

системы

состоящей

 

из

 

опор

 

и

 

про

-

водов

Опоры

 

ВЛ

 

моделируются

 

конечными

 

элементами

воспри

-

нимающими

 

растяжение

 

и

 

изгиб

провода

 

электросети

 — 

элемента

-

ми

работающими

 

только

 

на

 

рас

-

тяжение

как

 

и

 

оттяжки

 

опор

 

ВЛ

Несмотря

 

на

 

всю

 

комплексность

 

опоры

 

ВЛ

 

как

 

пространственной

 

рамной

 

конструкции

для

 

типовой

 

металлической

 

опоры

 

характерны

 

балочные

 

тона

 

собственных

 

коле

-

баний

 

с

 

достаточно

 

низкими

 

зна

-

чениями

 

первых

 

частот

.

Авторы

 [5] 

отмечают

 

важность

 

определения

 

именно

 

динамиче

-

ских

 

характеристик

 

линии

 

элек

-

тропередачи

так

 

как

 

по

 

частотам

 

и

 

формам

 

можно

 

судить

 

о

 

воз

-

никающих

 

перемещениях

 

в

 

кон

-

струкции

 

и

 

делать

 

необходимые

 

выводы

Получаемые

 

в

 

такой

 

мо

-

дели

 

значения

 

частот

 

образуют

 

достаточно

 

плотный

 

спектр

 

зна

-

чений

 

от

 0,789 

до

 1,262 

Гц

Одна

-

ко

 

сомнение

 

вызывает

 

представ

-

ленный

 

профиль

 

распределения

 

скорости

 

ветра

 

в

 

зависимости

 

от

 

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

71

высоты

 

над

 

Землей

нулевая

 

ско

-

рость

 

у

 

поверхности

 

Земли

 

и

 

бо

-

лее

 

чем

 40 

м

/

с

 

на

 

высоте

 131 

метр

 

над

 

поверхностью

 

планеты

Ана

-

логичные

 

зависимости

 

для

 

разной

 

толщины

 

льда

намерзшего

 

на

 

провод

также

 

вызывают

 

законное

 

сомнение

.

В

 

работе

 [6] 

представлен

 

под

-

робный

 

порядок

 

проведения

 

ис

-

следования

 

динамического

 

де

-

формирования

 

участка

 

линии

 

электропередачи

 

под

 

действием

 

турбулентных

 

ветровых

 

потоков

Авторы

 

провели

 

исследование

 

отклика

 

конструкции

 

на

 

динами

-

ческие

 

нагрузки

 

и

 

сравнили

 

их

 

со

 

статическими

которые

 

использо

-

вались

 

при

 

проектировании

 

дан

-

ной

 

линии

 

электропередачи

Было

 

установлено

что

 

статические

 

на

-

грузки

вычисленные

 

по

 

Общеев

-

ропейскому

 

техническому

 

стан

-

дарту

 EN 50341, 

приуменьшают

 

влияние

 

проводов

 

и

 

проводников

 

тока

Кроме

 

того

продемонстри

-

ровано

что

 

отклик

 

всей

 

системы

 

из

 

опор

 

и

 

проводов

 

отличается

 

от

 

реакции

 

только

 

лишь

 

проводов

закрепленных

 

на

 

неподвижных

 

опорах

Вследствие

 

существен

-

ной

 

геометрической

 

нелинейно

-

сти

 

и

 

произвольности

 

турбулент

-

ности

 

ветра

 

именно

 

ветровые

 

нагрузки

 

являются

 

сравнительно

 

более

 

сложными

.

Обратим

 

внимание

 

на

 

то

что

 

все

 

линии

 

электропередачи

несмотря

 

на

 

наличие

 

типовых

 

проектов

 

и

 

решений

являются

 

абсолютно

 

уникальными

 

и

 

инди

-

видуальными

 

конструкциями

От

-

личия

 

в

 

конструкции

 

могут

 

прояв

-

ляться

 

по

 

различным

 

причинам

использование

 

различных

 

видов

/

типов

 

фундаментов

 

при

 

установ

-

ке

 

опор

 

ВЛ

 

в

 

схожих

 

условиях

 

экс

-

плуатации

различная

 

величина

 

пролета

 

линии

 

электропередачи

 

и

 

усилие

 

тяжения

 

проводов

раз

-

личные

 

виды

 

используемых

 

про

-

водов

 

и

 

т

.

д

Заметим

что

 

даже

 

одинако

-

вые

на

 

первый

 

взгляд

участки

 

воздушных

 

ВЛ

 

могут

 

иметь

 

отли

-

чия

 

в

 

способе

 

соединения

 

мест

 

стыковки

 

проводов

 

ВЛ

Реализо

-

ванные

 

типы

 

соединения

 

могут

 

иметь

 

различные

 

механические

 

и

 

электропроводящие

 

свойства

что

 

также

 

оказывает

 

влияние

 

и

 

на

 

динамические

 

характеристики

 

це

-

лого

 

участка

 

ВЛ

.

Отметим

 

возникновение

 

инте

-

реса

 

к

 

механической

 

части

 

линий

 

электропередачи

 

и

 

со

 

стороны

 

Международного

 

Совета

 

по

 

боль

-

шим

 

электрическим

 

системам

 

высокого

 

напряжения

 — 

СИГРЭ

 

(Conseil International des Grands 
Réseaux Electriques — CIGRE). 

По

 

результатам

 

традиционного

 

се

-

минара

 

в

 

мае

 2016 

года

 

был

 

опу

-

бликован

 

ряд

 

работ

посвященных

 

исследованию

 

воздействия

 

нисхо

-

дящих

 

потоков

 

большой

 

силы

 

на

 

опоры

 

и

 

провода

 

ВЛ

Подобные

 

исследования

 

характерны

 

для

 

Североамериканского

 

континента

 

(

США

Канада

). 

Возникающие

 

на

 

территории

 

этих

 

стран

 

торнадо

 

являются

 

причиной

 

разрушения

 

значительного

 

количества

 

опор

 

(

до

 70 

штук

). 

Именно

 

торнадо

 

можно

 

представить

 

как

 

цилиндри

-

ческий

 

нисходящий

 

воздушный

 

поток

Построенные

 

модели

 

вза

-

имодействия

 

воздушного

 

потока

 

и

 

проводов

 

были

 

успешно

 

проте

-

стированы

 

с

 

помощью

 

коммерче

-

ского

 

конечно

-

элементного

 

про

-

дукта

 SAP 2000.

Аналогичные

 

подходы

 

проде

-

монстрировали

 

исследователи

 

из

 

Западного

 

Канадского

 

Универси

-

тета

рассмотрев

 

типовую

 

линию

 

электропередачи

 

с

 

металлически

-

ми

 

опорами

 

под

 

действием

 

типо

-

вого

 

нагружения

 

силами

 

в

 

рамках

 

метеорологического

 

прогноза

Увеличение

 

динамических

 

нагру

-

зок

 

было

 

представлено

 

для

 

ис

-

следуемой

 

опоры

 

при

 

значениях

 

частоты

 

вынуждающей

 

силы

 

до

 

Гц

что

 

достаточно

 

хорошо

 

со

-

гласуется

 

с

 

другими

 

источниками

 

информации

В

 

качестве

 

реко

-

мендаций

 

предложено

 

модифи

-

цировать

 

конструкцию

 

опор

что

 

приведет

 

к

 

увеличению

 

их

 

веса

 

на

 

величину

 

от

 3,5% 

до

 17,5% 

в

 

зави

-

симости

 

от

 

типа

 

опоры

на

 

оттяж

-

ках

 

или

 

башенного

 

типа

.

Еще

 

одним

 

направлением

 

ра

-

бот

 

является

 

учет

 

зажимов

 

про

-

вода

 

как

 

элементов

 

с

 

изменяю

-

щейся

 

жесткостью

что

 

позволяет

 

более

 

точно

 

описывать

 

деформи

-

рование

 

провода

 

при

 

колебаниях

 

кабеля

 

под

 

действием

 

воздушных

 

потоков

Однако

 

в

 

ряде

 

случаев

 

модели

 

с

 

постоянной

 

жесткостью

равной

 

половине

 

максимальной

позволяют

 

не

 

менее

 

точно

 

полу

-

чить

 

характер

 

изменения

 

переме

-

щений

 

в

 

проводе

Также

 

модели

 

постоянной

 

изгибной

 

жесткости

 

имеют

 

несомненный

 

выигрыш

 

с

 

точки

 

зрения

 

вычислительной

 

емкости

 

задачи

.

Достаточно

 

большое

 

число

 

ис

-

следовательских

 

работ

 

посвяще

-

но

 

разработке

 

и

 

испытаниям

 

га

-

сителей

 

индуцированных

 

ветром

 

колебаний

Применение

 

динами

-

ческих

 

демпферов

 

позволяет

 

из

-

менить

 

параметры

 

системы

 

так

чтобы

 

снизилась

 

вероятность

 

воз

-

никновения

 

автоколебательных

 

процессов

В

 

литературе

 

можно

 

найти

 

множество

 

примеров

 

удач

-

ного

 

использования

 

подобных

 

устройств

Однако

 

заметим

что

 

перед

 

установкой

 

какого

-

либо

 

гасителя

 

колебаний

 

необходимо

 

тщательно

 

проанализировать

 

ис

-

ходную

 

конструкцию

так

 

как

 

вы

-

Рис

. 2. 

Поврежденная

 

опора

 

линии

 

электропередачи

 

напряжением

 110 

кВ

 6 (45) 2017


Page 6
background image

72

бор

 

типа

 

динамического

 

гасителя

 

колебаний

 

и

 

места

 

его

 

установки

 

является

 

комплексной

 

самостоя

-

тельной

 

задачей

Положительным

 

аспектом

 

применения

 

гасителя

 

колебаний

 

в

 

уже

 

существующей

 

конструкции

 

может

 

позволить

 

удовлетворить

 

новым

 

эксплуата

-

ционным

 

требованиям

которые

 

не

 

были

 

сформулированы

 

на

 

этапе

 

первоначального

 

проекти

-

рования

 

конструкции

без

 

суще

-

ственного

 

вмешательства

 

в

 

суще

-

ствующую

 

конструкцию

.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема

 

разрушения

 

опор

 

воз

-

душных

 

линий

 

электропередачи

 

стала

 

предметом

 

интенсивного

 

интереса

 

со

 

стороны

 

исследова

-

телей

 

относительно

 

недавно

 — 

порядка

 40–50 

лет

 

назад

Одна

-

ко

 

некоторым

 

ученым

 

удалось

 

собрать

 

достаточно

 

обширную

 

статистику

 

за

 

последние

 

два

 

де

-

сятилетия

 

и

 

представить

 

резуль

-

таты

 

анализа