Техническая диагностика проводов и грозотросов ВЛ в сетях ПАО «Ленэнерго» — залог безопасной эксплуатации

Page 1
background image

187

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ

 

И

 

РЕМОНТЫ

Техническая

 

диагностика

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

в

 

сетях

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» —

залог

 

безопасной

 

эксплуатации

Кузьмин

 

И

.

А

., 

Гончарова

 

Л

.

Н

., 

ПАО

 «

Ленэнерго

»

к

.

т

.

н

.

 

Волоховский

 

В

.

Ю

., 

к

.

т

.

н

.

 

Воронцов

 

А

.

Н

.,

 

ООО

 «

ИНТРОН

 

ПЛЮС

»

Аннотация

В

 

данной

 

статье

 

приведено

 

обоснование

 

актуальности

 

применения

 

неразрушающего

 

контроля

 

технической

 

диагностики

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

 

путем

 

магнитной

 

дефек

-

тоскопии

Данный

 

метод

 

позволяет

 

эффективно

 

оценить

 

техническое

 

состояние

 

линей

-

ного

 

оборудования

Приведен

 

расчет

 

оценки

 

остаточной

 

несущей

 

способности

  (

проч

-

ности

для

 

проверенных

 

объектов

 

на

 

основе

 

данных

полученных

 

опытным

 

путем

Сделан

 

вывод

 

об

 

эффективности

 

оценки

 

текущего

 

состояния

 

оборудования

 

методом

 

магнитной

 

дефектоскопии

.

Ключевые

 

слова

:

неразрушающий

 

контроль

техническое

 

состояние

воздушные

 

линии

 

электропередачи

биметаллические

 

токонесущие

 

провода

стальные

 

грозотросы

остаточный

 

ресурс

магнитная

 

дефектоскопия

техническая

 

диагностика

дефектограммы

износ

потеря

 

сечения

локальные

 

дефекты

Введение

ПАО

 «

Ленэнерго

» — 

одна

 

из

 

крупнейших

 

распределительных

 

сетевых

 

компаний

 

России

опе

-

ратор

 

сетей

 0,4–110 

кВ

 

на

 

территории

 

Санкт

-

Петербурга

 

и

 

Ленинградской

 

области

Одна

 

из

 

главных

 

производственных

 

задач

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» — 

повышение

 

качества

 

опера

-

тивного

ремонтного

 

и

 

межремонтного

 

обслуживания

 

оборудования

а

 

также

 

снижение

 

техно

-

логических

 

инцидентов

 

в

 

сетях

 6–110 

кВ

Данная

 

задача

 

включает

 

в

 

себя

 

внедрение

 

и

 

развитие

 

современных

 

систем

 

контроля

 

технического

 

состояния

 

электротехнического

 

оборудования

.

Комплексный

 

инструментальный

 

контроль

 

технического

 

состояния

 

проводов

 

и

 

грозотро

-

сов

а

 

также

 

других

 

элементов

 

оборудования

 

воздушных

 

линий

 

электропередачи

 (

ВЛ

и

 

под

-

станций

 

является

 

одним

 

из

 

важных

 

мероприятий

проводимых

 

в

 

ПАО

  «

Ленэнерго

» 

с

 

целью

 

повышения

 

показателей

 

надежности

 

и

 

эксплуатационной

 

готовности

 

ВЛ

.


Page 2
background image

188

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Протяженность

 

ВЛ

 

напряжением

 0,4 – 110 

кВ

эксплуатируемых

 

ПАО

 «

Ленэнерго

», 

по

 

состо

-

янию

 

на

 01.01.2018 

составляет

:

 

по

 

цепям

 — 46 592 

км

;

 

по

 

трассе

 — 43 201 

км

.

Многие

 

эксплуатируемые

 

ВЛ

 

напряжением

 6–110 

кВ

 

были

 

построены

 

в

 

РФ

 

в

 60–70-

х

 

годах

 

прошлого

 

века

то

 

есть

 

сроки

 

их

 

эксплуатации

 

уже

 

превышают

 

нормативные

 

и

 

составляют

 

40–50 

лет

 

и

 

более

Проблема

 

продления

 

ресурса

 — 

обеспечение

 

надежной

 

и

 

безаварийной

 

работы

 

этих

 

линий

 — 

является

 

весьма

 

актуальной

Комплексный

 

инструментальный

 

контроль

 

технического

 

состояния

 (

ТС

проводов

 

и

 

грозо

-

тросов

а

 

также

 

других

 

элементов

 

оборудования

 

ВЛ

 

и

 

подстанций

является

 

одним

 

из

 

важных

 

мероприятий

проводимых

 

в

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» 

с

 

целью

 

повышения

 

надежности

 

и

 

эксплуата

-

ционной

 

готовности

 

ВЛ

Метеорологические

 

воздействия

 

и

 

эксплуатационные

 

нагрузки

 

оказывают

 

большое

 

вли

-

яние

 

на

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

а

 

также

 

на

 

их

 

расстояния

 

до

 

земли

 

и

 

пересекаемых

 

объектов

 (

ВЛ

 

меньшего

 

класса

 

напряжений

сооружений

коммуникаций

 

и

 

т

.

п

.). 

Это

 

влияние

 

вызывает

 

следующие

 

последствия

:

 

появление

 

остаточных

 

деформаций

 (

ветровые

 

и

 

гололедные

 

нагрузки

);

 

развитие

 

местных

 

усталостных

 

повреждений

 (

интенсивная

 

вибрация

, «

пляска

» 

проводов

); 

 

деградация

 

механических

 

свойств

 

металла

 

проволок

 

проводов

 (

длительный

 

нагрев

 

токами

 

высокой

 

эксплуатационной

 

нагрузки

 

или

 

токами

 

короткого

 

замыкания

); 

 

потеря

 

поперечного

 

сечения

 

стального

 

сердечника

 

биметаллических

 

проводов

 

типа

 

АС

 

и

 

др

. (

коррозионный

 

и

/

или

 

фрикционный

 

износ

).

Если

 

своевременно

 

не

 

предпринять

 

необходимые

 

меры

данные

 

факторы

 

могут

 

привести

 

к

 

потере

 

несущей

 

способности

 

и

как

 

следствие

к

 

обрыву

 

провода

 

или

 

троса

.

В

 

настоящее

 

время

 

для

 

оценки

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

 

в

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» 

все

 

чаще

 

применяется

 

магнитная

 

дефектоскопия

В

 

период

 

с

 2011 

по

 2016 

год

 

в

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» 

контроль

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

мето

-

дом

 

магнитной

 

дефектоскопии

 

выполнен

 

более

 

чем

 

на

 25 

ВЛ

 

напряжением

 35–110 

кВ

В

 

ряде

 

случаев

 

техническая

 

диагностика

 

с

 

применением

 

магнитной

 

дефектоскопии

произ

-

веденная

 

на

 

ВЛ

 

с

 

большим

 

сроком

 

эксплуатации

позволила

 

выявить

 

наличие

 

дефектов

 

типа

 

обрыва

 

проволок

 

и

 

значительной

 

потери

 

сечения

 

по

 

металлу

 

у

 

грозотросов

 

и

 

стальных

 

сер

-

дечников

 

биметаллических

 (

сталеалюминиевых

 

или

 

сталебронзовых

токонесущих

 

проводов

Далее

 

приводится

 

краткое

 

описание

 

метода

аппаратуры

 

и

 

технологии

 

выполнения

 

работ

 

по

 

магнитной

 

дефектоскопии

 

проводов

/

грозотросов

 

ВЛ

а

 

также

 

результаты

 

диагностики

 

их

 

ТС

в

 

том

 

числе

 

и

 

расчетной

 

оценки

 

остаточной

 

несущей

 

способности

 (

прочности

объектов

 

контроля

которые

 

были

 

учтены

 

при

 

разработке

 

проектов

 

ремонтно

-

восстановительных

 

меро

-

приятий

 

на

 

обследованных

 

ВЛ

.

Методы

 

и

 

аппаратура

 

для

 

магнитной

 

дефектоскопии

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

Для

 

диагностики

 

текущего

 

ТС

 

проводов

  (

ГОСТ

 839-80

Е

и

 

стальных

 

грозотросов

 

ВЛ

  (

ГОСТ

 

3062-80, 

ГОСТ

 3063-80 

и

 

др

.) 

используют

 

следующие

 

методы

 

неразрушающего

 

конт

 

роля

визу

-

альный

 (

осмотр

и

 

инструментальные

 

методы

.

1. 

Визуальный

 

метод

 

контроля

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

позволяет

 

обнаружить

в

 

основ

-

ном

поверхностные

 

дефекты

Фрикционный

 

износ

 

или

 

коррозийное

 

воздействие

 

на

 

вну

-


Page 3
background image

189

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ

 

И

 

РЕМОНТЫ

тренние

 

проволоки

 

стального

 

сердечника

 

провода

 

могут

 

быть

 

не

 

обнаружены

 

путем

 

осмот

-

ра

В

 

то

 

же

 

время

 

данные

 

дефекты

 

приводят

 

к

 

потере

 

сечения

 

по

 

металлу

 

провода

 

или

 

грозотроса

 — 

важнейшей

 

характеристике

определяющей

 

его

 

прочность

2. 

В

 

последние

 

годы

 

благодаря

 

развитию

 

инструментальных

 

средств

 

неразрушающего

 

контроля

 

объектов

 

линейного

 

оборудования

 

ВЛ

 

в

 

работе

 

эксплуатационных

 

подразделений

 

филиалов

 

ПАО

 «

Ленэнерго

» 

чаще

 

стали

 

использоваться

 

такие

 

методы

 

технической

 

диагностики

как

 [1, 2]:

 

лазерное

 

сканирование

 

и

 

аэрофотосъемка

 (

измерения

 

выполняются

 

с

 

помощью

 

лазерного

 

излучения

фото

и

 

видеонаблюдения

 

для

 

выявления

 

пролетов

 

ВЛ

в

 

которых

 

расстояния

 

от

 

проводов

 

до

 

земли

 

или

 

пересекаемых

 

объектов

 

не

 

отвечают

 

требованиям

 

нормативных

 

документов

);

 

ультразвуковой

 

контроль

 (

использование

 

ультразвукового

 

оборудования

 

для

 

обнаружения

 

и

 

анализа

 

дефектов

);

 

тепловизионный

 

контроль

 (

использование

 

тепловизионного

 

оборудования

 

для

 

обнаруже

-

ния

 

и

 

анализа

 

дефектов

);

 

магнитная

 

дефектоскопия

  (

использование

 

магнитного

 

дефектоскопа

 

для

 

обнаружения

 

и

 

анализа

 

дефектов

). 

В

 

современной

 

отечественной

 

и

 

зарубежной

 

практике

 

технической

 

диагностики

 

состоя

-

ния

 

линейного

 

оборудования

 

ЛЭП

 

для

 

оценки

 

ТС

 

стальных

 

сердечников

 

биметаллических

 

проводов

стальных

 

грозотросов

 

и

 

оттяжек

 

опор

 

ВЛ

 

все

 

чаще

 

применяется

 

магнитная

 

де

-

фектоскопия

 [3, 4]. 

Магнитная

 

дефектоскопия

 

биметаллических

 

токонесущих

 

проводов

стальных

 

грозотросов

 

и

 

оттяжек

 

опор

 

ВЛ

 

может

 

быть

 

выполнена

 

на

 

основе

 

применения

 

метода

 

переменного

 

или

 

постоянного

 

магнитного

 

поля

 

с

 

использованием

 

датчиков

 

Холла

Физические

 

основы

 

методов

 

магнитной

 

дефектоскопии

 

хорошо

 

известны

 [3]. 

Метод

 

переменного

 

магнитного

 

поля

 

эффективен

 

только

 

для

 

измерения

 

потери

 

се

-

чения

 (

ПС

ферромагнитного

 

металла

 

объектов

 

контроля

Метод

 

постоянного

 

магнитного

 

поля

 

используют

 

как

 

для

 

измерения

 

ПС

 

проводов

/

грозотросов

так

 

и

 

для

 

обнаружения

 

ло

-

кальных

 

дефектов

 (

ЛД

типа

 

обрывов

 

их

 

проволок

 

или

 

прядей

.

Независимо

 

от

 

конструкции

большинство

 

видов

 

магнитных

 

дефектоскопов

 

имеют

 

два

 

ка

-

нала

 

регистрации

 

дефектов

 — 

каналы

 

ПС

 

и

 

ЛД

Принципиальная

 

схема

 

изме

-

рительной

 

магнитной

 

головки

 

магнитного

 

дефектоскопа

 

показана

 

на

 

ри

 

сунке

 1.

Отечественные

 

и

 

зарубежные

 

ор

-

ганизации

 

при

 

выполнении

 

работ

 

по

 

контролю

 

ТС

 

состояния

 

стальных

 

грозо

-

тросов

 

и

 

сердечника

 

проводов

 

типа

 

АС

 

на

 

ВЛ

 

напряжением

 35–500 

кВ

 

в

 

основ

-

ном

 

используют

 

магнитный

 

дефекто

-

скоп

 

ИНТРОС

 (

Патент

 RU 

 2204128). 

Описание

 

конструкции

 

и

 

комплекта

-

ции

 

дефектоскопа

 

ИНТРОС

его

 

функци

-

ональных

 

возможностей

 

и

 

опыта

 

приме

-

нения

 

для

 

контроля

 

стальных

 

канатов

 

различного

 

применения

 

приведены

 

в

 

пу

-

бликациях

 [5, 6].

Рис

. 1. 

Принципиальная

 

схема

 

магнитного

 

дефек

-

тоскопа

: 1 — 

обойма

, 2 — 

вкладыш

, 3 — 

трос

/

про

-

вод

 

АС

, 4 — 

магниты


Page 4
background image

190

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

Технология

 

работ

 

по

 

магнитной

 

дефектоскопии

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

Контроль

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

с

 

использованием

 

дефектоскопов

 

ИНТРОС

 

выполняется

 

без

 

опускания

 

их

 

на

 

землю

но

 

со

 

снятием

 

напряжения

 

ВЛ

Отключение

 

же

 

ВЛ

 

производится

 

для

 

повышения

 

безопасности

 

проведения

 

монтажа

/

демонтажа

 

диагностического

 

обо

-

рудования

 

на

 

контролируемом

 

объекте

Работоспособность

 

магнитного

 

дефек

-

тоскопа

 

сохраняется

 

как

 

при

 

рабочем

так

 

и

 

при

 

наведенном

 

напряжении

 

на

 

проводах

 

и

 

грозотросах

Перед

 

магнитной

 

дефектоскопией

 

гро

-

зотросов

 

и

 

проводов

 

с

 

целью

 

проверки

 

отсутствия

 

препятствий

 

перемещениям

 

измерительной

 

головки

 

дефектоскопа

 

и

 

выявления

 

поверхностных

 

дефектов

 (

об

-

рывов

 

проволок

 

наружных

 

слоев

 

грозотро

-

са

обрывов

 

и

 

расплетений

 

проводок

 

алю

-

миниевого

 

повива

 

провода

производится

 

визуальный

 

контроль

  (

осмотр

состояния

 

проводов

Такой

 

осмотр

 

может

 

быть

 

выпол

-

нен

 

с

 

использованием

 

беспилотного

 

лета

-

тельного

 

аппарата

 (

рисунок

 2) 

или

 

переме

-

щающейся

 

по

 

проводу

/

грозотросу

 

колесной

 

системы

  (

рисунок

 3), 

оснащенной

 

устрой

-

ством

 

видеоконтроля

 

и

 

передачи

 

видеоин

-

формации

 

на

 

монитор

так

 

называемой

 First 

Person View (FPV) 

системой

На

 

рисунке

 4 

представлен

 

кадр

 

видео

-

изображения

 

обнаруженного

 

системой

 FPV 

дефекта

 

наружного

 

повива

 

провода

Работы

 

по

 

монтажу

 

и

 

демонтажу

 

дефек

-

тоскопа

 

и

 

систем

 FPV 

на

 

высоте

 

подвески

 

провода

/

грозотроса

 

выполняются

 

с

 

при

-

менением

 

вспомогательных

 

технических

 

средств

  (

подъемник

монтажная

 

тележка

 

и

 

т

.

п

.). 

Для

 

записи

 

дефектограмм

 

ПС

 

и

 

ЛД

 

из

-

мерительную

 

магнитную

 

головку

 

дефек

-

тоскопа

 

необходимо

 

переместить

 

вдоль

 

доступного

 

контролю

 

участка

 

провода

 

или

 

грозотроса

  (

перетянуть

 

при

 

помощи

 

при

-

крепленного

 

к

 

ней

 

капронового

 

каната

). 

В

 

случае

 

невозможности

 

или

 

трудности

 

осуществления

 

такой

 

перетяжки

  (

напри

-

Рис

. 2. 

Визуальный

 

контроль

 

состояния

 

проводов

 

ВЛ

 35 

кВ

 

при

 

помощи

 

беспилотного

 

летательного

 

аппарата

 

с

 

устройством

 

видео

-

фиксации

Рис

. 3. 

Система

 

для

 

перемещения

 

по

 

проводам

 

устройства

 

видеофиксации

Рис

. 4. 

Кадр

 

видеофиксации

 FPV


Page 5
background image

191

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ

 

И

 

РЕМОНТЫ

мер

при

 

контроле

 

спецпересечений

переходов

 

ВЛ

 

через

 

реки

 

и

 

т

.

п

.) 

используется

 

автономное

 

дистанционно

 

управляемое

 

самоходное

 

устройство

 (

СУ

) (

рисунок

 5).

Оценка

 

технического

 

состояния

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

 

по

 

данным

 

магнитной

 

дефектоскопии

Классификация

 

текущего

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

производится

 

в

 

соответствии

 

с

 

действу

-

ющими

 

в

 

отрасли

 

нормативными

 

документами

Ниже

 

приведены

 

критерии

 

оценки

 

ТС

 

проводов

 

типа

 

АС

 

и

 

стальных

 

грозотросов

 

на

 

основе

 

данных

 

неразрушающего

 

контроля

 

методом

 

магнитной

 

дефектоскопии

которые

 

используются

 

при

 

освидетельствовании

 

ВЛ

:

• «

Нормальное

» 

состояние

 

— 

ПС

 

не

 

более

 3,6%;

• «

Рабочее

» 

состояние

 

— 

ПС

 

от

 3,6% 

до

 11%;

• «

Ухудшенное

» 

состояние

 

— 

ПС

 

от

 11% 

до

 20%;

• «

Предаварийное

» 

состояние

 — 

ПС

 

более

 20%, 

а

 

также

 

наличие

 

обрывов

 

проволок

 

троса

 

или

 

сердечника

 

провода

Допустимое

 

количество

 

ЛД

 

типа

 

обрывов

 

проволок

 

сердечника

 

провода

 

или

 

грозотроса

 

на

 

шаге

 

свивки

 

зависит

 

от

 

их

 

конструкции

Исходя

 

из

 

критериев

 

оценки

 

ТС

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

ВЛ

 

по

 

данным

 

магнитной

 

дефекто

-

скопии

 

обследованного

 

провода

 

или

 

грозотроса

 

рекомендуется

 

назначать

 

следующие

 

сроки

 

проведения

 

очередной

 

диагностики

 

«

Нормальное

» 

и

 «

Рабочее

» 

состояния

 — 

через

 6 

лет

 

после

 

предыдущей

 

дефектоскопии

 

«

Ухудшенное

» 

состояние

 — 

через

 3 

года

 

после

 

предыдущей

 

дефектоскопии

.

 

«

Предаварийное

» 

состояние

 — 

эксплуатирующему

 

линию

 

персоналу

 

рекомендуется

 

прини

-

мать

 

решение

 

о

 

производстве

 

соответствующих

 

ремонтно

-

восстановительных

 

мероприятий

.

Метод

 

оценки

 

прочности

 

элементов

 

ВЛ

,

основанный

 

на

 

данных

 

магнитной

 

дефектоскопии

Оценка

 

изменения

 

прочности

 

проводников

/

грозотросов

 

является

 

важной

 

составляющей

 

об

-

щей

 

проблемы

 

анализа

 

их

 

рабочего

 

технического

 

состояния

Диагностическая

 

информация

получаемая

 

методом

 

магнитной

 

дефектоскопии

сама

 

по

 

себе

 

не

 

позволяет

 

судить

 

об

 

изменении

 

несущей

 

способности

 

проводов

 

и

 

грозотросов

 

с

 

ин

-

женерной

 

точки

 

зрения

Однако

диагностические

 

параметры

 — 

потеря

 

сечения

 

и

/

или

 

обрывы

 

Рис

. 5. 

Диагностика

 

проводов

 

и

 

грозотроса

 

на

 

переходе

 

ВЛ

 35 

кВ

 

через

 

реку

а

монтаж

 

дефекто

-

скопа

б

перемещение

 

измерительной

 

головки

 

вдоль

 

провода

 

с

 

помощью

 

СУ

а

)

б

)


Page 6
background image

192

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

проволок

 — 

могут

 

быть

 

использованы

 

в

 

качестве

 

входных

 

данных

 

механических

 

моделей

 

про

-

вода

 

или

 

грозотроса

Такой

 

подход

 

к

 

использованию

 

результатов

 

магнитной

 

дефектоскопии

 

позволяет

 

методами

 

механики

 

конструкций

 

определить

 

ряд

 

прочностных

 

показателей

по

 

которым

 

можно

 

делать

 

объективные

 

выводы

 

о

 

техническом

 

состоянии

 

обследованных

 

объектов

.

Традиционные

 

методы

 

прочностного

 

расчета

 

проводов

 

как

 

биметаллических

 

конструкций

 

разработаны

 

достаточно

 

подробно

 [7]. 

При

 

этом

 

провод

 

рассматривается

 

в

 

виде

 

набора

 

независимо

 

работающих

 

прямолинейных

 

проволок

 

стального

 

сердечника

 

и

 

проволок

 

алюминиевого

 

повива

таким

 

образом

 

все

 

резуль

-

таты

 

получаются

 

в

 «

стержневом

» 

приближении

На

 

основании

 

подобных

 

оценок

 

сформулированы

 

требования

 

к

 

прочности

 

проводов

 

в

 

ПУЭ

 [8] 

и

 

других

 

нормативных

 

документах

действующих

 

в

 

РФ

Для

 

более

 

точных

 

расчетов

 

грозотросы

 

и

 

биметаллические

 

провода

 

следует

 

рассматри

-

вать

 

как

 

спиральные

 

канаты

то

 

есть

 

как

 

механические

 

системы

состоящие

 

из

 

разнородных

 

упругих

 

винтовых

 

элементов

которые

 

деформируются

 

совместно

 

вдоль

 

оси

 

провода

/

грозо

-

троса

 [9].

Условия

 

равновесия

 

структурных

 

элементов

 

спирального

 

каната

 

подчиняются

 

уравнениям

 

теории

 

тонких

 

стержней

Уравнения

 

механического

 

состояния

 

каната

 

связывают

 

натяжение

 (

осе

-

вое

 

усилие

T

 

и

 

крутящий

 

момент

 

M

 

с

 

обобщенными

 

деформациями

 

растяжения

 

 

и

 

кручения

 

:

 

T

 = 

C

11

 

 + 

C

12

 

 

 

T

 = 

C

12

 

 + 

C

22

 

 

, (1)

где

 

C

11

C

12

 

и

 

C

22

 — 

эффективные

 

коэффициенты

 

жесткости

 

каната

 

как

 

гетерогенной

 

структуры

Стальные

 

сердечники

 

проводов

 

и

 

грозотросы

 

испытывают

 

преимущественно

 

продольные

 

деформации

 

под

 

действием

 

натяжения

 

T

.

Как

 

правило

эффектами

 

закручивания

 (

раскручивания

можно

 

пренебречь

По

 

этой

 

причи

-

не

 

доминирующей

 

величиной

 

в

 

соотношениях

 (1) 

является

 

коэффициент

 

продольной

 

жестко

-

сти

 

C

11

зависящий

 

от

 

параметров

 

жесткости

 

проволок

 

и

 

геометрических

 

параметров

 

их

 

винто

-

вой

 

структуры

:

 

J

 

C

11

 = 

m

EA

cos

3

j

.  

(2)

 

= 1

Суммирование

 

в

 

выражении

 (2) 

производится

 

по

 

слоям

 

проволок

m

— 

количество

 

прово

-

лок

 

в

 

j

-

м

 

слое

EA

j

 

и

 

j

соответственно

жесткость

 

сечения

 

и

 

угол

 

свивки

 

проволок

 

j

-

го

 

слоя

 

относительно

 

оси

 

каната

Деформация

 

 

сердечника

 

провода

 

или

 

грозотроса

 

определяется

 

для

 

заданного

 

натяже

-

ния

 

T

 

и

 

преобразуется

 

в

 

деформации

 

растяжения

 

(

j

изгиба

 

b

(

j

)

 

и

 

кручения

 

t

(

j

)

 

проволок

 

каж

-

дого

 

j

-

го

 

слоя

 

в

 

системах

 

координат

 

соответствующих

 

винтовых

 

осей

:

 

sin

cos

j

 

sin

cos

 

j

 

(

j

)

 = 



cos

j

,    

b

(

j

)

 = 



—,    

t

(

j

)

 = 



—,  

(3)

 

r

j

 

r

j

где

 

r

j

 — 

радиус

 

свивки

 

j

-

го

 

слоя

.

По

 

деформациям

 (3) 

вычисляются

 

нормальные

 

 

и

 

касательные

 

 

напряжения

Сложное

 

напряженное

 

состояние

 

в

 

проволоке

 

сводится

 

к

 

линейному

 

эквивалентному

 

состоянию

напри

-

мер

экв

 = (

2

 + 4

2

)

1/2

.


Page 7
background image

193

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ

 

И

 

РЕМОНТЫ

Потерю

 

работоспособности

 

провода

/

грозотроса

 

естественно

 

трактовать

 

как

 

снижение

 

за

-

паса

 

его

 

прочности

 

вследствие

 

накопления

 

дефектов

 

по

 

сравнению

 

с

 

начальным

 (

бездефект

-

ным

состоянием

Коэффициент

 

запаса

 

является

 

параметром

 

состояния

 

провода

/

грозотроса

 

при

 

текущей

 

нара

-

ботке

Когда

 

значение

 

запаса

 

прочности

 

становится

 

близким

 

к

 

минимально

 

допустимому

возника

-

ет

 

необходимость

 

принятия

 

надлежащих

 

мер

 

для

 

продолжения

 

безопасной

 

эксплуатации

 

ВЛ

Последовательность

 

операций

 

прочностного

 

расчета

 

грозотроса

 

по

 

модели

 

спирального

 

каната

 

сводится

 

к

 

следующим

 

шагам

:

1. 

Рассчитываются

 

показатели

 

прочности

 

для

 

трех

 

вариантов

нового

 

грозотроса

 

без

 

дефектов

грозотроса

 

с

 

заданными

 

потерей

 

сечения

 

и

 

с

 

локальными

 

дефектами

 (

обрывами

 

проволок

). 

2. 

Карты

 

дефектности

 

грозотроса

 

формируются

 

по

 

результатам

 

диагностики

полученным

 

с

 

использованием

 

дефектоскопа

В

 

каждом

 

случае

 

сначала

 

вычисляются

 

деформации

 

грозотроса

 

деформации

 

и

 

напряжения

 

растяжения

изгиба

 

и

 

кручения

 

в

 

проволоках

3. 

Затем

 

по

 

подходящему

 

критерию

 

прочности

 

определяются

 

максимальные

 

эквивалентные

 

напряжения

 

в

 

наиболее

 

напряженной

 

проволоке

 

и

 

рассчитывается

 

коэффициент

 

запаса

 

прочности

 [6]:

 

в

 

n

 = —, (4)

 

max

 

экв

где

 

в

 — 

предел

 

прочности

 

материала

 

проволок

 

на

 

растяжение

.

Относительные

 

параметры

 

потери

 

прочности

 

R

ПС

 

и

 

R

ЛД

ассоциируемые

 

с

 

двумя

 

типами

 

дефектов

могут

 

быть

 

введены

как

 

n

ПС

 

n

ЛД

 

R

ПС

 = 1 – —,   

R

ЛД

 = 1 – —, (5)

 

n

0

 

n

0

где

 

n

ПС

 

и

 

n

ЛД

 — 

коэффициенты

 

запаса

 

каната

 

с

 

дефектами

n

0

 — 

коэффициент

 

запаса

 

прочнос

-

ти

 

нового

 

каната

 

в

 

состоянии

 

поставки

 (

теоретически

без

 

дефектов

). 

Параметры

 

R

ПС

 

и

 

R

ЛД

 

определяются

 

независимо

 

согласно

 

гипотезе

 

о

 

накоплении

 

повре

-

ждений

 

в

 

механике

 

конструкций

 [10]. 

Результирующая

 

потеря

 

прочности

 

R

 

в

 

любом

 

поперечном

 

сечении

 

определяется

 

суперпо

-

зицией

:

 

R

 = 

R

ПС

 + 

R

ЛД

 (6)

Фактический

 

коэффициент

 

запаса

 

остаточной

 

прочности

 

элемента

 

ВЛ

 

с

 

дефектами

 (

прово

-

да

 

или

 

грозотроса

определяется

 

выражением

:

 

n

 = 

n

0

 (1 – 

max

R

), (7)

где

 

max

R

 — 

максимальная

 

потеря

 

прочности

 

на

 

инспектируемом

 

участке

Запас

 

прочности

 

n

 

элемента

 

ВЛ

 

должен

 

оставаться

 

выше

 

минимально

 

допустимого

 

значе

-

ния

 

n

*

 

на

 

протяжении

 

всего

 

срока

 

эксплуатации

то

 

есть

 

n

 

 

n

*

В

 

противном

 

случае

 

элемент

 

ВЛ

 

с

 

накопленными

 

повреждениями

 

подлежит

 

замене

Верификация

 

методики

 

прочностного

 

расчета

 

на

 

основании

 

данных

 

диагностики

 

канатов

 

проводилась

 

с

 

использованием

 

результатов

 

ряда

 

теоретических

 

и

 

экспериментальных

 

работ

 

отечественных

 

и

 

зарубежных

 

авторов

 [11]. 

Прочностной

 

расчет

 

биметаллических

 

проводов

 

типа

 

АС

 

или

 

БС

 

производится

 

по

 

той

 

же

 

схеме

что

 

и

 

для

 

грозотросов

с

 

оценкой

 

параметров

 

напряженного

 

состояния

 

методами

при

-

нятыми

 

для

 

комбинированных

 

конструкций

 [7]. 


Page 8
background image

194

СБОРНИК

 

НАУЧНО

-

ТЕХНИЧЕСКИХ

 

СТАТЕЙ

В

 

процессе

 

длительной

 

эксплуатации

 

материалы

 

проводников

 

постепенно

 

приобретают

 

необратимые

 

деформации

Для

 

учета

 

данного

 

эффекта

 

выражение

 (2) 

продольной

 

жесткости

  

C

11

 

принимает

 

вид

:

 

E

j

A

j

 

C

11

 = 



m

cos

3

j

,  

(2)

 

 

1 + 

E

j

Z

j

(

)

где

 

Z

j

(

) — 

эмпирические

 

функции

 

ползучести

 

времени

 

различные

 

для

 

стальных

 

и

 

алюмини

-

евых

/

бронзовых

 

проволок

 [12].

Прочностные

 

показатели

 

n

 

или

 

R

 

предлагается

 

использовать

 

при

 

оценке

 

текущего

 

режима

 

работы

 

провода

/

грозотроса

 

с

 

дефектами

В

 

качестве

 

примера

 

приведем

 

результаты

 

расчета

 

остаточной

 

прочности

 

участка

 

сталеб

-

ронзового

 

провода

 

БС

 185/43, 

который

 

был

 

обследован

 25.12.2013 

на

 

ВЛ

 35 

кВ

 

Ладожская

-3. 

Дефектограммы

 

потери

 

сечения

 

и

 

локальных

 

дефектов

 

в

 

сердечнике

 

приведены

 

на

 

рисунке

 6.

Рис

. 6. 

Дефектограммы

 

по

 

каналам

 

ПС

 (

а

и

 

ЛД

 (

б

сердечника

 

сталебронзового

 

провода

 

БС

 185/43

б

)

а

)


Page 9
background image

195

ЭКСПЛУАТАЦИЯ

ТЕХНИЧЕСКОЕ

 

ОБСЛУЖИВАНИЕ

 

И

 

РЕМОНТЫ

На

 

рисунке

 7 

показано

 

со

-

ответствующее

 

распределение

 

прочностного

 

показателя

 (7), 

рассчитанное

 

по

 

изменению

 

по

-

тери

 

прочности

 

R

 

вдоль

 

отрезка

 

провода

.

Номинальное

 

натяжение

 

провода

 

принято

 

равным

 30 

кН

Красная

 

точка

 

отмечает

 

мини

-

мальное

 

значение

 

показате

-

ля

 

прочности

 3,57 

на

 

отметке

 

10,1 

м

Данный

 

минимум

 

можно

 

считать

 

фактическим

 

коэффици

-

ентом

 

запаса

 

прочности

 

провода

 

n

 

на

 

рассмотренном

 

участке

Провалы

 

на

 

графике

 

соот

-

ветствуют

 

скоплению

 

локаль

-

ных

 

обрывов

 

проволок

 

стально

-

го

 

сердечника

Механическая

 

модель

 

дефектного

 

провода

 

учитывает

 

способность

 

оборванных

 

проволок

 

воспринимать

 

натяжение

 

при

 

удалении

 

от

 

места

 

обрыва

 

благодаря

 

трению

Общее

 

снижение

 

запаса

 

прочности

 

относительно

 

начального

 

значения

 

n

0

 = 4,23 

обуслов

-

лено

 

влиянием

 

распределенной

 

потери

 

сечения

 

вследствие

 

коррозии

абразивного

 

износа

 

и

 

других

 

факторов

.

Полученные

 

оценки

 

согласуются

 

с

 

требованиями

 

ПУЭ

-7 [8], 

где

 

требования