Свободностоящие портальные опоры для ВЛ 220, 330, 500 кВ — новый виток развития железобетонных конструкций

Page 1
background image

Page 2
background image

52

воздушные линии

Свободностоящие портальные 
опоры для ВЛ 220, 330, 500 кВ —
новый виток развития 
железобетонных конструкций

УДК 621.315.668

Статья

 

посвящена

 

анализу

 

опыта

 

разработки

 

и

 

использования

 

железо

 

бетон

 

ных

и

 

металлических

 

опор

 

ВЛ

объединенных

 

единой

 

расчетной

 

схемой

двухстоеч

-

ные

 

свободностоящие

 

конструкции

 

с

 

горизонтальным

 

расположением

 

проводов

и

 

внутренними

 

связями

Современные

 

решения

 

по

 

изготовлению

 

секциони

-

рован

 

ных

 

железобетонных

 

опор

 

и

 

возможность

 

установки

 

их

 

на

 

фундаменты

 

обеспечили

 

их

 

преимущество

 

даже

 

перед

 

металлическими

 

опорами

 

этого

 

типа

 

за

 

счет

 

существенного

 

сокращения

 

затрат

 

при

 

строительстве

 

и

 

уменьшения

 

проблем

 

при

 

эксплуатации

.

Качановская

 

Л

.

И

.,

к.т.н., заведующая

НИЛКЭС ООО «ПО 

Энерго железо бетон-

инвест»

Касаткин

 

С

.

П

.,

начальник сектора

НИЛКЭС ООО «ПО 

Энерго железо бетон-

инвест»

Романов

 

Ф

.

К

.,

ведущий инженер

НИЛКЭС ООО «ПО 

Энерго железо бетон-

инвест»

Ключевые

 

слова

:

портальная опора ВЛ, 

железобетонная сек-

ционированная стойка, 

фундамент из центри-

фугированных секций

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

 

УНИФИЦИРОВАННЫЕ

 

ОПОРЫ

 

ТИПА

 

ПВС

Свободностоящие портальные опоры с внутренними связями впервые 

были разработаны в железобетонном варианте в начале 60-х годов. 

Две центрифугированные стойки опоры объединялись горизонталь-

ной траверсой и двумя внутренними тягами. Закрепление в грунте обе-

спечивалось  за  счет  погружения  нижних  частей  стоек  в  пробуренные 

котлованы. 

До  настоящего  времени  успешно  эксплуатируются  такие  конструк-

ции, например, на ВЛ 330 кВ Псковская ГРЭС — Новосокольники, на ВЛ 

500 кВ Тамбов — Пенза-2 и на ВЛ 750 кВ Запорожская АЭС — ПС «За-

порожская».  Стоимость  железобетонных  опор  типа  ПВС  (портальных 

с внутренними связями) была существенно ниже существующих метал-

лических аналогов.

Опыт применения таких опор выявил целую серию положительных 

факторов, уменьшающих проблемы в эксплуатации:

 

– отсутствие  оттяжек  существенно  сокращает  землеотвод  под  опору, 

при  этом  заботы  о  состоянии  оттяжек  снимаются  с  повестки  дня 

служб эксплуатации;

 

– горизонтальное расположение проводов исключает возможность их 

схлестывания при пляске, обеспечивая надежную работу ВЛ;

 

– наличие  внутренних  связей  между  стойками  позволяет  понизить 

изгибающие моменты в теле стойки и с учетом этого факта сократить 

армирование по сравнению с одностоечными конструкциями;

 

– известная  вандалоустойчивость  центрифугированных  железобетон-

ных  опор  без  оттяжек  снимает  проблемы  сохранности  конструкций 

в эксплуатации. 

Массовое внедрение железобетонных опор на линиях электропере-

дачи до середины 90-х годов прошлого века объяснялось их низкой сто-

имостью и общей установкой на экономию металла при строительстве. 

По данным ОРГРЭС протяженность линий на металлических и железо-

бетонных  опорах  практически  одинакова,  а  данные  потока  отказов  по 

причине проблем с опорами сопоставимы.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

 

МНОГОГРАННЫЕ

ДВУХСТОЕЧНЫЕ

 

ОПОРЫ

Аналогичная конструктивная схема была использована при разработке 

серии металлических опор из многогранного профиля для ВЛ 330–500 кВ 

в 2007–2009 годах в рамках НИОКР ФСК ЕЭС. Первые конструкции этой 

схемы были установлены на ВЛ 500 кВ Красноармейская — Газовая.


Page 3
background image

53

Широкое  внедрение  сталь-

ных  многогранных  опор  было 

связано  с  возможностью  под-

нять  высоту  подвески  провода 

до  уровня  типовых  решетча-

тых  конструкций  для  обеспече-

ния  сопоставимых  расчетных 

пролетов.  За  это  приходилось 

«платить»  увеличением  нагру-

зок  на  фундаменты  и,  соответ-

ственно,  стоимостью  закрепле-

ния таких конструкций. Впервые 

конструктивно  была  выделена 

фундаментная часть опоры, что 

позволило  выделить  установку 

фундаментов  в  отдельный  тех-

нологический цикл. 

СОВРЕМЕННЫЕ

 

ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ

 

ОПОРЫ

 

ПОРТАЛЬНОГО

 

ТИПА

 

Секционированные

 

железобетонные

 

стойки

Железобетонные  опоры  прошлого  века  обеспе-

чили  решение  проблемы  сокращения  стоимости 

строительства.  В  то  же  время  они  предъявля-

ли  очень  высокие  требования  к  транспортиров-

ке  длинномерных  (до  26  м)  центрифугированных 

стоек. Организация перевозки вела к увеличению 

сроков подготовки к строительству, а несоблюде-

ние правил транспортировки стоек могло привести 

к их повреждениям, что, в свою очередь, сказыва-

лось на их долговечности. 

Решение  проблемы  было  найдено  в  2013  году, 

когда  первая  железобетонная  стойка,  выполнен-

ная в секционированном варианте, была показана 

на  Международной  выставке  «Электрические  сети 

России – 2013». За разработку и продвижение стой-

ки  нового  поколения  разработчик  был  награжден 

дипломом I степени [1].

Современные железобетонные опоры, как и пре-

жде,  выполняются  на  базе  центрифугированных 

стоек,  изготавливаемых  в  конических  или  цилин-

дрических опалубках длиной 26 или 20 м соответ-

ственно.  Для  сокращения  рас-

ходов  на  перевозку  стоек  они 

делятся  на  две  секции,  которые 

изготавливаются  в  одной  опа-

лубке,  разделяются  на  момент 

транспортировки  и  соединяются 

между  собой  на  строительной 

площадке  при  помощи  болтов. 

Конструкция 

соединительного 

узла,  помещаемого  в  опалуб-

ку  перед  центрифугированием, 

обеспечила  выпуск  готового  из-

делия  с  внутренним  фланцем, 

позволив отказаться от приварки 

внешних  соединительных  эле-

ментов  на  уже  готовой  стойке 

(рисунок 1). 

Короткие  секции  становятся 

более  жесткими,  что  обеспечи-

вает  их  сохранность  при  транс-

портировке. 

Повышенная  долговечность  новых  конструкций 

обеспечивается  за  счет  использования  бетона  по-

вышенного класса прочности В60, водонепроница-

емости  не  ниже  W12  и  морозостойкости  не  менее 

F

1

600 по сравнению с В40, W6 и F

1

150, заложенны-

ми в требованиях к стойкам прошлого века.

Специальная

 

программа

 

для

 

расчета

 

предва

-

рительно

 

напряженных

 

центрифуги

 

рованных

 

железобетонных

 

стоек

 

кольцевого

 

сечения

Разработанный в лаборатории программный продукт 

(рисунок 2) позволяет вычислять в каждом сечении 

стоек  их  несущую  способность,  деформации,  про-

гиб, ширину раскрытия трещин. При этом, в отличие 

от методик прошлого века, работа каждого арматур-

ного стержня учитывается индивидуально, исходя из 

его  конкретных  характеристик.  Работа  бетона  учи-

тывается  по  нелинейной  модели  материала.  Нали-

чие  такого  инструмента  позволяет  оптимизировать 

параметры стоек в зависимости от действительных 

нагрузок  на  конструкцию  опоры,  подбирая  характе-

ристики  материалов,  изменяя  количество  и  место 

установки  дополнительных  арматурных  стержней. 

Стойки нового поколения имеют повышенную несу-

Рис

. 1. 

Закладная

 

деталь

 

соединительного

 

узла

 

в

 

арматурном

 

каркасе

 

стойки

Рис

. 2. 

Окно

 «

Проектирование

» 

в

 

программе

 

расчета

 

центрифугированных

 

стоек

 1 (58) 2020


Page 4
background image

54

щую способность за счет рационального выбора харак-

теристик  материалов,  количества  и  параметров  арма-

турных стержней. Расчетный момент на уровне 2,6 м от 

нижнего торца стойки составляет до 75 тм (в стойках, 

выпущенных по ГОСТ 22687-85, — до 58 тм). 

Фундаментные

 

секции

Техническим  прорывом  можно  считать  организацию 

возможности установки стоек на фундаменты за счет 

установки  в  нижней  части  конструкции  специальной 

закладной детали. В качестве основного решения для 

закрепления опор предложены фундаменты из цилин-

дрических  центрифугированных  секций  диаметром 

800  мм  (рисунок  3).  Изготавливаемые  в  опалубках 

длиной 20 м, они могут иметь длину 5 или 6,7 м. Такие 

размеры фундаментных секций, в отличие от типового 

закрепления нижней части стоек диаметром 650 мм на 

глубину 3,3 м, позволяют воспринять повышенные на-

грузки  и  в  большинстве  случаев  для  промежуточных 

опор отказаться от ригелей. 

Установка стойки на фундамент поднимает уровень 

подвески проводов, практически достигая отметок, при-

нятых в конструкциях металлических опор. 

Конструктивные

 

особенности

 

портальных

 

опор

 

с

 

внутренними

 

связями

Все  эти  технические  и  технологические  возможности 

позволили  разработать  современные  железобетонные 

конструкции свободностоящих портальных опор с вну-

тренними  связями  для  линий  напряжением  500,  330 

и 220 кВ, схемы которых представлены в таблице 1.

Опоры  2СПБ500-3В  и  2СПБ330-5В  выполнены  для 

условий нового строительства.

Нестандартную  задачу  удалось  решить,  применив 

указанную  схему  для  опо-

ры  2СПБ220-1В,  которую 

будут  использовать  для 

замены  вышедших  из  экс-

плуатации  металлических 

решетчатых  опор  типа 

«Рюмка»  и  двухстоечных 

свободностоящих конструк-

ций прошлого века.

Все  три  опоры  имеют 

единую схему: две кониче-

ские  центрифугированные 

секционированные  стойки 

длиной  26  м  (нижний  диа-

метр  —  650  мм)  установ-

лены  на  цилиндрические 

секции  диаметром  800  мм 

при  помощи  специальных 

закладных  металлических 

деталей в узле соединения 

стойки с фундаментом. 

Горизонтальная травер-

са  позволяет  разместить 

все  три  фазы  в  одном 

уровне,  исключив  про-

блемы  схлестывания  про-

водов.  Расстояния  между 

стойками  и  размеры  ме-

таллических 

элементов 

Рис

. 3. 

Узел

 

соединения

 

стойки

 

с

 

фундаментом

Табл. 1. Расчетные параметры

железобетонных портальных опор ВЛ 500, 330, 220 кВ

Схема опоры

25000

29500

4500

14000

7000

5400

7000

5400

4700

4700

7000

7000

14000

25000

5800

31000

9000

3000

4500

4500

3000

25300

3200

28500

Марка опоры

2СПБ500-3В

2СПБ330-5В

2СПБ220-1В

Район

по ветру

II (

W

0

 = 500 Па)

IV (

W

0

 = 800 Па)

I (

W

0

 = 400 Па),

II (

W

0

 = 500 Па),

III (

W

0

 = 650 Па)

Район

по гололеду

III (

b

э

 = 20 мм)

VI (

b

э

 = 35 мм),

VII (

b

э

 = 40 мм),

особый (

b

э

 = 45 мм)

I (

b

э

 = 10 мм),

II (

b

э

 = 15 мм),

III (

b

э

 = 20 мм)

Провод

3×АС 300/66

2×АТЗП/С 300/67

АС 330/66,

АС 400/51,

АС 400/64,

АС 400/93,

АС 500/66

Трос

AС 70/72

ГТК20-0/90-12.1мм-

53кА

2

·с-111кН

11-МЗ-В-ОЖ-Н-Р

ВОЗДУШНЫЕ

ЛИНИИ


Page 5
background image

55

опор выбраны по результатам расчета для условий 

эксплуатации конкретных ВЛ. 

Для удобства монтажа опор к металлическим эле-

ментам  в  верхней  части  фундамента  и  нижней  ча-

сти стойки опоры приварены специальные петли для 

организации  шарнира,  используемого  при  подъеме 

опоры методом падающей стрелы.

Опытный образец опоры этого типа прошел испы-

тания на полигоне ОРГРЭС. Конструкция аттестована 

в ПАО «Россети» [2].

Обеспечение

 

безопасной

 

эксплуатации

 

опор

Особое внимание при разработке опоры уделено во-

просам удобства эксплуатации конструкции. В соот-

ветствии с современными требованиями по охране 

труда  для  безопасного  подъема  на  опору  одна  из 

стоек  оснащается  лестницей,  имеющей  анкерные 

точки  в  виде  открытых  петель,  позволяющих  орга-

низовать безопасный подъем рабочих при помощи 

гибкой  анкерной  линии.  Для  перемещения  по  тра-

версе используется настил из просечно-вытяжного 

листа.  Вдоль  всей  траверсы  устанавливаются  по-

ручни. На постоянной основе в местах проведения 

работ по замене изоляторов устанавливаются мон-

тажные петли, предусматриваются места крепления

струбцин для фиксации заземляющих штанг. 

Элементы  монтажного  шарнира 

в нижней части стойки, первоначаль-

но  предназначенные  для  установки 

опоры, будут в дальнейшем использо-

ваны для крепления технологической 

оснастки при подъеме на опору обору-

дования, необходимого для работ по 

обслуживанию элементов ВЛ.

Области

 

применения

 

новых

 

опор

 

портального

 

типа

Условия применения опор, на которые 

они рассчитаны, указаны в таблице 1.

При необходимости использования 

аналогичных опор на другие нагрузки 

целесообразно модифицировать кон-

струкцию, уточнив, в основном, харак-

теристики  металлических  элементов 

опоры.

Рис

. 4. 

Опоры

 2

СПБ

500-3

В

 

на

 

ВЛ

 500 

кВ

 

Донская

 

АЭС

 — 

Старый

 

Оскол

-2

Опора  2СПБ500-3В  разработана  для  ВЛ  500  кВ 

Донская АЭС — Старый Оскол-2 (рисунок 4). Уста-

новка опор завершилась в январе 2019 года [3]. Опо-

ра 2СПБ330-5В — для ВЛ 330 кВ ГЭС-2 — Машук. 

Строительство объекта запланировано на 2020 год.

Опора  2СПБ220-1В  будет  использована  для  за-

мены целой серии металлических опор, находящих-

ся в эксплуатации более 50 лет. В том числе: ПВ-1, 

ПШ-1, ПШ-2 (типа «Рюмка») и ПМО-1 (портальная на 

оттяжках) с высотой подвески проводов 25,3 м.

Эффект

 

от

 

применения

 

современных

 

портальных

 

опор

Оценка  технико-экономического  эффекта  от  ис-

пользования  железобетонных  опор  показывает,  что 

в новом строительстве стоимость конструкций на ВЛ 

в 1,3 раза меньше, чем при использовании опор на 

оттяжках и в 2 раза ниже по сравнению с применени-

ем свободностоящих решетчатых конструкций.

Замена  вышедших  из  эксплуатации  металличе-

ских опор с горизонтальным расположением прово-

дов на железобетонную портальную опору 2СПБ220-

1В  позволяет  использовать  один  тип  опоры  для 

замены  целой  серии  устаревших  конструкций,  экс-

плуатируемых в широком диапазоне нагрузок с раз-

личными проводами.  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Качановская Л.И., Романов П.И., Касаткин С.П. Совре-

менные  проекты  секционированных  железобетонных 

опор  для  уменьшения  стоимости  воздушных  линий 

электропередачи // Энергетик, 2020, № 1. C. 3–9. 

2.  Качановская Л.И., Романов П.И., Касаткин С.П. Желе-

зобетонная  опора  из  секционированных  центрифуги-

рованных стоек для ВЛ 500 кВ // ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. 

Передача и распределение, 2015, № 6(33). С. 66–69.

3.  Kachanovskaya L., Romanov P., Kasatkin S., Sboychakova T.

Sectionalized  Reinforced  Concrete  Power  Transmission 

Poles  for  Reducing  Overhead  Lines  Cost,  and  Modern 

Projects of Power Transmission Poles as a Basis for Digital 

Network Space Formation / ELECTRIC POWER. Transmis-

sion and Distribution. 24th World Energy Congress Special 

issue, September 2019, pp. 36-37.

REFERENCES
1.  Kachanovskaya  L.I.,  Romanov  P.I.,  Kasatkin  S.P.  Modern 

designs of sectionalized concrete poles aimed for reducing 

the cost of overhead transmission lines // 

Energetik 

[Power 

engineer], 2020, no.1, pp. 3–9. (In Russian)

2.  Kachanovskaya L.I., Romanov P.I., Kasatkin S.P. A concrete 

pole made of sectionalized centrifugally-cast racks intended 

for  500  kV  overhead  lines  // 

ELEKTROENERGIYA. Pere-

dacha i raspredeleniye

 [ELECTRIC POWER. Transmission 

and Distribution], 2015, no.6(33), pp. 66–69. (In Russian)

3.  Kachanovskaya L., Romanov P., Kasatkin S., Sboychakova T.

Sectionalized Reinforced Concrete Power Transmission Poles 

for Reducing Overhead Lines Cost, and Modern Projects of 

Power Transmission Poles as a Basis for Digital Network Space 

Formation  /  ELECTRIC  POWER.  Transmission  and  Distri-

bution. 24th WEC Special issue, September 2019, pp. 36-37.

 1 (58) 2020


Читать онлайн

Статья посвящена анализу опыта разработки и использования железо­бетонных и металлических опор ВЛ, объединенных единой расчетной схемой: двухстоечные свободностоящие конструкции с горизонтальным расположением проводов и внутренними связями. Современные решения по изготовлению секционированных железобетонных опор и возможность установки их на фундаменты обеспечили их преимущество даже перед металлическими опорами этого типа за счет существенного сокращения затрат при строительстве и уменьшения проблем при эксплуатации.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 5(74), сентябрь-октябрь 2022

Оценка технического состояния и остаточного ресурса проводов и грозотросов воздушных линий электропередачи

Воздушные линии Диагностика и мониторинг
Кульков В.Г. Курьянов В.Н. Султанов М.М. Тышкевич В.Н. Норов Дж.Ш. Соколов Р.В.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»