14
Ноябрь
–
декабрь
2016
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Сделать все в лучшем виде
Масштабная модернизация электрической сети
Верхнего Среднего Запада в рамках проекта CapX2020
позволила Xcel Energy произвести разностороннюю
оценку возможностей проектирования
и строительства ЛЭП.
Джералд Чезик (Gerald Chezik),
Xcel Energy, и
Аарон Бостон (Aaron Boston),
POWER Engineers
И
ногда
выпадает
возможность
совершить
нечто
исключительное
.
Такая
редкая
возможность
представилась
в
ходе
проекта
CapX2020,
за
-
тронувшего
территории
от
г
.
Фарго
(
штат
Се
-
верная
Дакота
)
до
г
.
Монтичелло
(
штат
Миннесота
).
CapX2020 —
это
объединенный
проект
11
энергетиче
-
ских
компаний
,
расположенных
в
Миннесоте
,
Северной
Дакоте
,
Южной
Дакоте
и
Висконсине
.
Целью
этих
ком
-
паний
является
модернизация
и
расширение
сети
в
це
-
лях
обеспечения
надежного
электроснабжения
на
пер
-
спективу
,
а
также
наращивание
новой
генерации
,
в
том
числе
на
основе
возобновляемых
источников
энергии
.
Последняя
модернизация
ЛЭП
в
электрической
сети
северной
части
Среднего
Запада
проводилась
около
40
лет
назад
.
Проект
CapX2020
затрагивает
территорию
про
-
тяженностью
около
800
миль
(1288
км
),
включающую
в
себя
4
ЛЭП
напряжением
345
кВ
,
соединяющие
че
-
тыре
штата
,
линию
230
кВ
,
пересекающую
северную
часть
Миннесоты
,
и
не
менее
20
модернизируемых
подстанций
.
Общая
стоимость
всех
объектов
пре
-
вышает
2
млрд
долларов
.
ЛЭП
345
кВ
Фарго
—
Мон
-
тичелло
,
являющаяся
одним
из
четырех
проектов
CapX2020,
была
завершена
в
апреле
2015
года
.
Ве
-
дущая
энергетическая
компания
проекта
Xcel Energy
построила
240
миль
(386
км
)
этой
линии
,
включающей
в
себя
три
участка
.
Работа
над
первыми
двумя
участ
-
ками
производилась
непосредственно
персоналом
компании
.
Первый
участок
представлял
из
себя
ли
-
нию
от
Монтичелло
до
Сент
-
Клауда
протяженностью
УСИЛЕНИЕ
сети
15
Ноябрь
–
декабрь
2016
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Рабочая
бригада
проекта
CapX2020
Фарго
столкнулась
с
проблемой
строительства
фундаментов
и
опор
на
узком
участке
земли
между
берегом
озера
и
шоссе
.
Благодаря
со
-
трудничеству
с
Департаментом
транспорта
штата
Мин
-
несота
,
удалось
получить
доступ
к
месту
работ
с
шоссе
,
избежав
вырубки
40
тысяч
кв
.
футов
лесистой
зоны
на
част
-
ной
территории
,
прилегающей
к
озеру
,
а
также
четырех
не
-
дель
перемещения
тяжелой
техники
и
грузового
транспор
-
та
через
жилой
район
.
Рабочие
борются
с
проблемой
неустойчивого
грунта
на
территории
реализации
проекта
,
включающей
в
себя
дно
бывшего
ледникового
озера
.
УСИЛЕНИЕ
сети
28
миль
(45
км
),
а
второй
участок
—
линию
от
Сент
-
Клауда
до
Александрии
протяженностью
78
миль
(126
км
).
Для
работы
над
третьим
участком
линии
от
Алек
-
сандрии
до
Фарго
протяженностью
134
мили
(216
км
)
Xcel Energy
привлекла
компанию
POWER Engineers.
Многие
проектируемые
ЛЭП
имеют
длину
не
более
30
миль
(48
км
)
и
предполагают
установку
небольшого
количества
опор
.
Такие
проекты
редко
дают
возмож
-
ность
извлечь
реальную
ценность
из
исследований
,
проверить
какие
-
либо
гипотезы
или
нестандартные
решения
.
Однако
,
компания
Xcel Energy
увидела
в
проектах
CapX2020
возможность
для
сокращения
расходов
.
Только
третий
участок
строительства
пред
-
полагал
установку
более
750
опор
.
Потенциальные
1000
долларов
,
которые
можно
было
сэкономить
на
каждой
из
опор
,
могли
в
совокупности
дать
значи
-
тельное
сокращение
расходов
.
А
технико
-
экономи
-
ческий
анализ
,
оценка
затрат
на
обеспечение
надеж
-
ности
и
надлежащего
технического
обслуживания
,
а
также
снижение
рисков
могли
дать
возможность
сэкономить
еще
больше
.
Инженерные
исследования
Потенциал
для
сокращения
расходов
стал
очевиден
при
работе
над
самой
северной
частью
третьего
участ
-
ка
линии
длиной
52
мили
(84
км
).
В
настоящее
время
эта
территория
представляет
из
себя
в
основном
сель
-
скохозяйственные
угодья
,
но
примерно
8500
лет
назад
она
являлась
дном
огромного
ледникового
озера
.
Через
несколько
тысячелетий
после
пересыхания
озера
на
по
-
верхности
его
бывшего
дна
сформировался
слой
плот
-
ной
глинистой
почвы
глубиной
около
15
футов
(5
м
),
идеально
подходящий
для
сельского
хозяйства
.
Под
этим
слоем
появилась
область
мягких
жир
-
ных
глинистых
отложений
,
уходящих
на
глубину
до
100
футов
(30
м
)
и
обладающих
консистенцией
мягко
-
го
арахисового
масла
.
Эти
глинистые
отложения
мо
-
гут
создавать
трудности
при
установке
фундамента
на
буронабивных
сваях
,
используемого
для
свобод
-
ностоящих
стальных
опор
.
Такие
опоры
нуждаются
в
глубоком
фундаменте
для
сохранения
устойчиво
-
сти
;
в
случае
,
если
фундамент
будет
недостаточно
глубоким
,
то
со
временем
воздействие
ветровых
на
-
грузок
и
гололеда
может
вызвать
их
наклон
.
Ввиду
геологических
особенностей
местности
и
значительных
ветровых
нагрузок
изначально
ком
-
пания
Xcel Energy
предполагала
,
что
фундаментом
для
опор
будут
служить
забивные
сваи
с
бетонны
-
ми
наголовниками
.
Однако
в
итоге
компания
пришла
к
выводу
,
что
при
использовании
буронабивных
свай
вместо
забивных
может
быть
достигнута
значитель
-
ная
экономия
средств
.
Рабочие
Xcel Energy
могли
устанавливать
буронабивные
сваи
самостоятельно
без
дополнительного
привлечения
подрядчиков
.
Кро
-
ме
того
,
эти
сваи
способствовали
экономии
времени
,
так
как
одна
бригада
рабочих
могла
устанавливать
их
в
количестве
до
10
штук
в
неделю
,
в
то
время
как
такой
же
бригаде
подрядчиков
потребовалось
бы
до
четырех
недель
для
установки
всего
одного
фунда
-
мента
на
забивных
сваях
.
По
указанным
причинам
Xcel Energy
тщательно
ис
-
следовала
возможность
использования
буронабивных
свай
вместо
забивных
.
К
этой
работе
были
подключены
компании
POWER Engineers, Northern Technologies Inc.
(NTI),
а
также
строительные
бригады
самой
Xcel Energy.
Геотехнические
исследования
NTI
включали
в
себя
тщательный
анализ
грунта
,
в
том
числе
с
помощью
манометра
.
Компания
POWER Engineers
провела
срав
-
нение
предварительного
технико
-
экономического
обо
-
снования
и
потенциальных
расходов
на
буронабивные
и
забивные
сваи
.
Строительная
бригада
Xcel Energy
построила
и
всесторонне
протестировала
фундаменты
.
Также
была
произведена
оценка
производительности
,
на
основании
которой
было
составлено
расписание
ра
-
бот
в
рамках
проекта
.
Проведенные
исследования
оказались
успеш
-
ными
.
Они
показали
,
что
при
соблюдении
опреде
-
ленных
мер
предосторожности
можно
использовать
буронабивные
сваи
вместо
забивных
.
Расчеты
мето
-
16
Ноябрь
–
декабрь
2016
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Для
соединения
проводов
используется
взрывной
способ
.
дом
конечных
элементов
,
проведенные
независимой
консалтинговой
компанией
по
строительству
фунда
-
ментов
,
подтвердили
этот
результат
.
Грозозащитный
трос
В
ходе
реализации
проекта
тестировались
раз
-
личные
варианты
.
Например
,
компания
Xcel Energy
запланировала
выполнить
второй
участок
линии
от
Сент
-
Клауда
до
Александрии
двухцепным
,
но
при
этом
изначально
установить
только
одну
цепь
(
а
вто
-
рую
установить
позже
).
Планировалось
также
осу
-
ществить
протяжку
оптоволоконного
кабеля
(OPGW)
и
стального
грозозащитного
троса
.
Однако
,
посколь
-
ку
сначала
вводилась
в
эксплуатацию
только
одна
цепь
линии
,
вставал
вопрос
о
необходимости
одно
-
временного
применения
оптоволоконного
кабеля
и
стального
грозозащитного
троса
.
Расчет
токов
при
попадании
молнии
в
линию
и
при
коротком
замыкании
показал
,
что
оптоволоконный
ка
-
бель
может
служить
защитой
основной
линии
от
уда
-
ра
молнии
и
одновременно
передавать
оптические
сигналы
.
Это
устраняло
необходимость
в
использо
-
вании
грозозащитного
троса
при
протяжке
первой
цепи
и
откладывало
дополнительные
расходы
на
него
до
момента
установки
второй
.
Исследования
токов
короткого
замыкания
также
показали
,
что
Xcel
Energy
может
обойтись
оптоволоконным
кабелем
меньшего
диаметра
на
некоторых
участках
линии
.
В
результате
пересмотра
первоначальных
планов
работ
,
компания
сэкономила
средства
на
материалах
и
монтажных
работах
.
Технические
особенности
линии
Северная
Дакота
,
Южная
Дакота
и
Миннесота
вхо
-
дят
в
список
семи
штатов
США
,
имеющих
наибольший
потенциал
в
ветряной
энергетике
.
Одной
из
задач
про
-
екта
CapX2020
была
реализация
этого
потенциала
путем
использования
электроэнергии
,
генерируемой
ветряными
установками
в
данном
регионе
.
Однако
,
на
-
ряду
с
тем
,
что
ветер
заставляет
крутиться
лопасти
ве
-
трогенераторов
,
он
также
создает
проблемы
для
линий
и
опор
электропередачи
.
Достаточно
прибавить
к
это
-
му
случающиеся
в
регионе
суровые
холодные
зимы
и
получится
серьезная
механическая
нагрузка
на
ЛЭП
.
Например
,
ветер
,
напрямую
дующий
на
траверсы
,
приводит
к
их
вибрациям
.
Это
создает
потенциаль
-
ную
опасность
появления
трещин
в
местах
сварки
.
Несмотря
на
то
,
что
на
первом
этапе
планировалось
протянуть
только
одну
цепь
ЛЭП
,
на
линии
Фарго
были
установлены
траверсы
для
двух
цепей
.
Пре
-
ждевременная
установка
этих
больших
траверс
мог
-
ла
значительно
сэкономить
время
и
помочь
избежать
сложностей
в
будущем
.
Обычно
дополнительный
вес
траверс
способствует
гашению
вибраций
.
В
данном
случае
поставщики
комплектующих
и
другие
экспер
-
ты
никак
не
могли
сойтись
на
значении
необходимого
дополнительного
веса
.
Моделирование
методом
ко
-
нечных
элементов
дало
некоторый
результат
,
однако
было
трудно
смоделировать
,
как
поведет
себя
болто
-
вое
соединение
на
траверсе
опоры
.
Проблема
потребовала
дополнительных
иссле
-
дований
. Xcel Energy
привлекла
к
работе
компании
Braun Intertec
и
ESI Engineering,
специализирующиеся
на
вибрациях
опор
.
В
рамках
полевых
испытаний
они
поместили
датчик
вибраций
на
траверсах
некоторых
уже
установленных
на
фундамент
опор
(
опоры
были
без
проводов
)
и
нанесли
по
траверсам
несколько
ударов
молотом
,
оборудованным
измерительными
приборами
.
Цель
этих
мероприятий
заключалась
в
том
,
чтобы
замерить
вибрационные
характеристики
и
демпфирующую
способность
всех
траверс
.
Ника
-
кие
расчеты
методом
конечных
элементов
не
могли
дать
настолько
точных
и
важных
результатов
,
как
эти
полевые
тесты
.
Анализ
результатов
показал
,
что
значение
допол
-
нительного
веса
,
необходимого
для
гашения
вибра
-
ций
,
зависит
от
таких
параметров
,
как
конструкция
опоры
,
длина
и
толщина
траверсы
,
а
также
материал
,
из
которого
она
сделана
.
Некоторые
траверсы
,
сде
-
ланные
из
металлических
профилей
большего
попе
-
речного
сечения
,
успешно
гасили
вибрации
и
без
до
-
полнительного
утяжеления
.
Сгруппировав
опоры
по
вышеуказанным
параметрам
, Xcel Energy
добилась
значительной
экономии
,
отказавшись
от
варианта
,
предполагавшего
утяжеление
каждой
четвертой
тра
-
версы
на
750
опорах
ЛЭП
.
Пляска
проводов
Сильные
ветра
и
зимние
бури
в
регионе
в
совокуп
-
ности
могли
создавать
значительные
проблемы
для
ЛЭП
.
Иногда
во
время
бури
подвергается
обледене
-
нию
только
одна
часть
провода
.
Под
воздействием
гравитации
лед
постепенно
принимает
форму
крыла
самолета
.
В
ветреный
день
такой
провод
фактически
и
ведет
себя
как
крыло
самолета
,
то
есть
произво
-
дит
подъемную
силу
.
Этот
процесс
называется
пля
-
ска
проводов
,
он
может
иметь
очень
разрушительный
характер
для
ЛЭП
.
На
некоторых
участках
ЛЭП
,
сооружавшихся
в
рам
-
ках
проекта
CapX2020
округа
Брукингз
и
находящих
-
ся
в
восточной
части
центральной
Миннесоты
,
пляска
проводов
проявилась
уже
на
этапе
строительства
.
В
целях
анализа
риска
возникновения
такой
пляски
для
проекта
Фарго
Xcel Energy
инициировала
метео
-
рологические
исследования
.
Отдел
географических
информационных
систем
компании
POWER Engineers
использовал
представленные
в
интернете
данные
ме
-
теорологических
станций
,
чтобы
получить
картину
из
-
менений
температуры
,
влажности
,
направления
и
ско
-
рости
ветра
во
времени
.
Исследования
показали
,
на
УСИЛЕНИЕ
сети
17
Ноябрь
–
декабрь
2016
www.tdworld.com, www.tdwr.ru
Тяжелый
грузовой
вертолет
доставляет
верхушку
опоры
к
месту
осуществления
работ
при
температуре
ниже
нуля
.
Работы
выполняются
зимой
из
-
за
неустойчивой
почвы
на
подтопляемых
территориях
.
каких
именно
участках
линии
Фарго
с
большей
веро
-
ятностью
могла
возникнуть
пляска
проводов
.
В
итоге
,
вместо
установки
на
протяжении
всей
линии
несколь
-
ких
тысяч
устройств
по
предотвращению
пляски
про
-
водов
(
междуфазные
изолирующие
распорки
),
их
было
установлено
всего
несколько
сотен
.
После
года
эксплу
-
атации
ЛЭП
никаких
проблем
выявлено
не
было
.
Вертолеты
Даже
хорошая
погода
иногда
преподносит
непри
-
ятные
сюрпризы
для
рабочих
бригад
и
влияет
на
гра
-
фики
ведения
работ
.
Например
,
во
время
потепления
и
таяния
снега
весной
некоторые
рабочие
участки
оказались
затопленными
,
и
земля
размокла
.
Мягкий
грунт
не
позволял
рабочим
бригадам
и
их
тяжелой
технике
добраться
до
места
работ
и
задерживал
их
на
несколько
недель
.
Все
это
приводило
к
потере
времени
.
Проблема
потенциального
отставания
от
графи
-
ка
была
решена
с
помощью
вертолетов
,
однако
их
использование
повысило
стоимость
строительства
линий
.
Компания
использовала
вертолеты
для
про
-
тяжки
проводов
,
а
также
для
установки
линейной
ар
-
матуры
,
например
,
междуфазных
распорок
.
Вертоле
-
ты
использовались
даже
для
доставки
линейщиков
на
траверсы
опор
в
целях
проведения
работ
по
за
-
креплению
проводов
.
Поиск
оптимального
распределения
работ
и
фи
-
нансовых
вложений
между
наземными
и
вертолет
-
ными
бригадами
рабочих
потребовал
масштабных
исследований
стоимости
выполнения
различных
типов
задач
в
разное
время
года
.
Множество
усилий
было
вложено
в
работу
со
сложнейшими
таблицами
по
оценке
затрат
,
включавшими
затраты
на
потенци
-
альное
повреждение
сельскохозяйственных
культур
и
снижение
риска
отставания
от
графика
.
С
помощью
этих
исследований
компания
Xcel Energy
смогла
про
-
демонстрировать
подрядчикам
наиболее
эффектив
-
ные
способы
распределения
работ
между
наземны
-
ми
и
вертолетными
бригадами
зимой
,
весной
,
летом
и
осенью
.
Для
обеспечения
безопасности
вертолетных
ра
-
бот
Xcel Energy
привлекла
компанию
Utilities Aviation
Specialists.
Эта
консалтинговая
фирма
дала
указания
касательно
того
,
как
можно
использовать
вертолеты
во
время
строительства
линий
,
провела
аудит
без
-
опасности
работ
и
оборудования
,
а
также
обучила
персонал
.
Привлечение
дополнительных
специали
-
стов
ко
всем
вертолетным
работам
несколько
увели
-
чило
расходы
,
но
при
этом
значительно
снизило
риск
несчастных
случаев
.
Окончательные
результаты
Энергетические
компании
,
как
и
обычные
люди
,
часто
действуют
согласно
своим
привычкам
.
Крупный
проект
CapX2020
по
модернизации
электрической
сети
Верхнего
Среднего
Запада
предоставил
компании
Xcel
Energy
уникальную
возможность
провести
исследова
-
ния
и
убедиться
,
что
было
сделано
все
,
что
нужно
,
как
нужно
и
где
нужно
.
Эти
исследования
доказали
свою
эффективность
,
позволив
Xcel Energy
обнаружить
множество
путей
для
сокращения
расходов
на
возве
-
дение
нескольких
сотен
опор
ЛЭП
и
в
общей
сложно
-
сти
сэкономив
компании
15
млн
долларов
при
стро
-
ительстве
третьего
участка
линии
от
Александрии
до
Фарго
и
22
млн
долларов
на
всем
проекте
.
Джеральд
Чезик
бывший
проектный
менеджер
Xcel Energy.
Отвечал
за
проек
-
тирование
и
один
из
строительных
участков
проекта
CapX2020
Фарго
—
Монтичелло
.
Имеет
опыт
проек
-
тирования
ЛЭП
,
управления
проектами
по
передаче
электроэнергии
,
строительства
ЛЭП
,
а
также
управ
-
ления
контролем
качества
проектов
.
Аарон
Бостон
проектный
менеджер
в
компании
POWER Engineers
и
инженер
проектов
,
связанных
с
ЛЭП
.
Отвечает
за
критерии
проектирования
и
моделирование
ЛЭП
,
а
также
за
исследование
и
проектирование
опор
.
По
-
мимо
осуществления
контроля
за
деятельностью
по
проектированию
ЛЭП
,
занимается
также
управлени
-
ем
еще
несколькими
проектами
.
Больше
информации
на
:
Braun Intertec | braunintertec.com
ESI Engineering | www.esi-engineering.com
Northern Technologies Inc. | www.ntigeo.com
POWER Engineers | www.power-eng.com
Utilities Aviation Specialists |
www.helicoptersafety.com
Xcel Energy | www.xcelenergy.com
УСИЛЕНИЕ
сети
Оригинал статьи: Сделать все в лучшем виде
Масштабная модернизация электрической сети Верхнего Среднего Запада в рамках проекта CapX2020 позволила Xcel Energy произвести разностороннюю оценку возможностей проектирования и строительства ЛЭП.
