рабочие программы / 13366
.pdf
Рис. 4.9. Зажим для крепления провода на штыревом изоляторе
Один из вариантов конструктивного исполнения зажима для опытнопромышленного внедрения представлен на рис. 4.10.
121
Рис. 4.10. Опытно-промышленный образец зажима для крепления провода на штыревом изоляторе
С целью определения циклической прочности были выполнены динамические испытания предлагаемого зажима в лабораторных условиях на специально разработанном стенде, позволяющем имитировать низкочастотные колебания в вертикальной плоскости типа «пляски». Размеры стенда и образцов провода, закрепленного на изоляторе испытуемым зажимом, выбраны по принципу геометрического подобия для пролета ВЛ 6–10 кВ длиной 50 м и стрелой провеса провода 0,65… 0,70 м при следующих параметрах пляски: амплитуда – 0,2 м, частота – 2 Гц.
122
Испытательный стенд (рис. 4.11) представляет жесткую сварную раму 1 размерами 2200×440×500 мм, установленную на амортизаторах 2. На раме 1 жестко закреплен электродвигатель 3, на валу которого установлена ведущая звездочка 4, связанная цепной передачей 5 с ведомой звездочкой 6. Ведомая звездочка 6 закреплена на валу 7 с кулачками, расположенными по отношению друг к другу под углом 90º. Вал 7 закреплен в подшипниках скольжения 8, жестко установленных на раме 1. В кулачки 7 упираются толкатели 9, на которых установлены шкивы 10, имитирующие штыревые изоляторы. На шкивах 10 при помощи испытуемых креплений провода к штыревому изолятору устанавливается отрезок провода 11, который при помощи плашечных зажимов 12 и упругих элементов (цилиндрических пружин) 13 крепится к устройству натяжения 14 провода 11. Для смазки толкателей 9 масло подводится через специальные устройства 15 и собирается в ванне 16. Управление работой стенда осуществляется с пульта 17.
Принцип работы испытательного стенда показан на рис. 4.12 и заключается в том, что вращение вала с кулачками 7 вызывает возвратно-поступатель- ные движения толкателей 9, которые имитируют низкочастотные колебания провода в реальных условиях при воздействии гололедно-ветровых нагрузок. В качестве вала с кулачками 7 был использован распределительный вал двигателя автомобиля «Москвич-412». Использование четырех толкателей на распредвалу позволяет одновременно проводить сравнительные испытания четырех различных конструкций крепления провода к штыревому изолятору.
Общий вид разработанного стенда представлен на рис. 4.13.
Для сравнительной оценки работоспособности предлагаемого зажима одновременно с ним на испытательном стенде были выполнены испытания проволочной вязки (рис. 4.1), антивибрационного зажима ЗАК-10-1 (рис. 4.5) и рессорного крепления, применяемого в Башкирской энергосистеме [102]. Рессора (рис. 4.14) выполняется из стальной оцинкованной проволоки диаметром 4…5 мм, длиной 300 мм и крепится к проводу вязальной проволокой. На провод в месте контакта с изолятором для предотвращения его перетирания накладывается бандаж из вязальной проволоки.
Испытания креплений провода на штыревом изоляторе проводились в течение 1000 часов. После испытаний выполнялся демонтаж креплений, осмотр состояния их элементов и поверхности провода в зоне его крепления с проведением необходимых измерений:
1. Проволочная вязка. Визуальный осмотр показал наличие ослабления проволочной вязки из-за образования зазора между проводом и шейкой изолятора, который составлял 3…4 мм. В зоне контакта с шейкой изолятора был обнаружен износ трех проволок повива провода: одной (непосредственно в месте контакта) на 30% диаметра проволоки на длине 7 мм, второй – на 25% диаметра на длине 7 мм, третьей – на 20% диаметра на длине 15 мм. Осмотр вязальной проволоки показал наличие на ней вмятин (на глубину 1/4 диаметра) в местах контакта с проволоками повива провода. Практически по всей длине охвата шейки изолятора наблюдался износ вязальной проволоки, достигавший 15% ее диаметра. Оче-
123
видно, что дальнейшие испытания при наличии уже образовавшегося зазора приведут к интенсивному износу самого провода и вязальной проволоки.
124
122
Рис. 4.11. Стенд для испытания различных креплений провода к штыревому изолятору в режиме низкочастотных колебаний типа «пляски»
125
123
Рис. 4.12. Кинематическая схема испытательного стенда
126
Рис. 4.13. Общий вид стенда для испытания различных креплений провода к штыревому изолятору в режиме низкочастотных колебаний типа «пляски»
127
Рис. 4.14. Рессорное крепление провода к штыревому изолятору
2.Антивибрационный зажим ЗАК-10-1. Визуальный осмотр показал наличие износа трех проволок повива провода в зоне его контакта с шейкой изолятора: двух – на 35% диаметра проволоки на длине 12…14 мм, а одной – на 25% диаметра на длине 8 мм. Наблюдался износ двух проволок повива провода на 20…25% их диаметра в местах контакта с захватами зажима ЗАК-10-1 (по всей длине), а также износ внутренней поверхности самих захватов.
3.Рессорное крепление. Визуальный осмотр показал наличие износа трех витков подмотки провода в месте контакта с шейкой изолятора, составляющего 15…20% диаметра проволоки. Износ имел место в зоне 1/3 каждого витка по его длине. Обнаружена также на выходе рессоры из бандажа деформация отдельных проволок провода в виде раковины, полученной в результате вдавливания в провод концов рессоры. Глубина раковины составляла 25% диаметра проволоки провода, а длина – 5 мм на одном конце рессоры и 10 мм на другом.
4.Зажим по авторскому свидетельству № 1007135. Визуальный осмотр показал отсутствие износа провода по длине зажима и на его концах. При имитации обрыва провода (при тяжении 1372 Н) была зафиксирована его протяжка в зажиме на 10…12 мм.
Были также проведены в течение пяти лет полевые испытания опытнопромышленных образцов предлагаемого зажима, установленных на четырех опорах ВЛ 10 кВ комплекса экспериментальных линий, при этом максимальная скорость ветра достигала 22 м/с, нагрузка от гололедно-изморозевых отложений на проводах – 11,8…12,7 Н/м. За указанный период в опытных пролетах разрегулировка стрел провеса фазных проводов не возникала, повреждений элементов зажима и провода не обнаружено.
Таким образом, лабораторные и полевые испытания показали отсутствие повреждений элементов зажима и провода в местах его крепления на штыревом изоляторе.
Зажим для крепления провода к штыревому изолятору внедрен в Белебеевских электрических сетях Башкирской энергосистемы и на Докучаевском флюсо-доломитовом заводе (Донецкая область).
128
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе комплексного исследования процесса сближения фазных проводов сельских ВЛ 6–10 кВ в условиях воздействия ветровых нагрузок получены следующие результаты.
1.Установлено, что 54% всех аварийных отключений ВЛ 6–10 кВ Башкирской энергосистемы связаны с динамическим поведением проводов в ветровом потоке и происходят из-за опасных сближений и обрывов проводов. Опасные сближения и схлестывания проводов в большинстве случаев происходят в пролетах ВЛ 6–10 кВ с разрегулировкой стрел провеса от 20 до 60%, основной причиной которой является неудовлетворительная конструкция креплений провода к штыревому изолятору.
2.Получены выражения для определения коэффициента разрегулировки стрел провеса фазных проводов ВЛ 6–10 кВ и зависимости его величины от начальной стрелы провеса, длины пролета, механических характеристик провода, его удлинения в пролете, удельной нагрузки и неравномерности покрытия фазных проводов гололедными отложениями. Установлено, что при одинаковом удлинении провода в пролете ВЛ 6–10 кВ коэффициент разрегулировки резко увеличивается с уменьшением длины пролета. Неравномерность покрытия фазных проводов гололедными отложениями вызывает относительную разрегулировку стрел провеса, которая достигает значений 0,24 и 0,36 соответственно в III и IУ районах по гололеду. Показано, что наличие разрегулировки стрел провеса фазных проводов вызывает существенные различия их демпфирующих и частотных характеристик, что усиливает несинхронность раскачиваний проводов при воздействии ветра.
3.Разработана и экспериментально подтверждена математическая модель сближения фазных проводов сельских ВЛ 6–10 дд кВ при их несинхронных маятниковых раскачиваниях под действием ветра. В модели использовано полученное методом А.Н. Крылова решение нелинейного уравнения маятниковых колебаний провода в пролете и учитывалась возникающая при эксплуатации ВЛ разрегулировка стрел провеса фазных проводов. Численные расчеты модели показали, что при скоростях ветра 20 м/с и более опасные сближения проводов имеют место
вопределенной зоне относительно середины пролета, которая расширяется с увеличением степени разрегулировки и скорости ветра. Определены допустимые горизонтальные расстояния между проводами, исключающие их опасные сближения
вветровых режимах: 1,5 м для I и II районов по ветру; 1,6 м для III и IV; 1,7 м для V.
4.Теоретически установлено, что эксцентричные гололедные отложения на проводе вызывают его крутильные колебания и уменьшают круговую частоту маятниковых качаний провода за счет массы и момента инерции гололедного отложения относительно его центра тяжести. Показано, что при погонной массе гололеда 0,09…0,66 кг/м частота маятниковых колебаний провода снижается на 10,2…26,4%. Частота крутильных колебаний провода с гололедом превышает частоту маятниковых качаний в 7,1…9,6 раза.
5.Разработана методика экспериментальных исследований низкочастотных колебаний и сближений проводов, включающая строительство (при
129
участии автора) специального комплекса ВЛ 10 кВ в натуральную величину
вполевых условиях, использование новых технических устройств для дистанционного измерения перемещений проводов (а.с. № 834386, № 843069) и способа определения величины гололедных отложений (а.с. № 1398010).
6.Установлено экспериментально, что расстояния между проводами при их маятниковых раскачиваниях уменьшаются с увеличением скорости ветра и коэффициента разрегулировки, уменьшением длины пролета. Показано, что изменение направления ветра к оси пролета ВЛ в пределах 40…90° практически не влияет на величину взаимных сближений проводов, а при углах менее 40° вызывает их существенное уменьшение. Гололедно-изморозевые отложения увеличивают несинхронность раскачиваний проводов под действием ветра, при этом величина их сближений при скоростях ветра 12…16 м/с увеличивается до 25…32%.
7.Получены экспериментальные зависимости угла закручивания провода от крутящего момента, которые показали, что крутильная жесткость не зависит от стрелы провеса и может считаться постоянной в пределах до 90…100°. При больших углах зависимости становятся нелинейными, при этом с уменьшением стрелы провеса угол закручивания провода уменьшается. Выявлена тенденция увеличения крутильной жесткости с увеличением погонной массы гололедных отложений на проводе. Установлено, что в пролетах ВЛ 10 кВ на проводах с разными стрелами провеса образуются отложения гололеда, неидентичные по форме, размерам и массе.
8.На основе проведенных исследований разработаны устройства по ограничению сближений проводов ВЛ 6–10 кВ при ветре: инерционный гаситель маятниковых колебаний проводов (а.с. № 712884) и междуфазовые изолирующие распорки (а.с. № 687515, № 982127). После успешных испытаний в натурных условиях разработанные устройства внедрены в производство: гаситель колебаний проводов – на предприятии Северных электросетей «Карагандаэнерго», Калушском ПО «Хлорвинил» Минхимпрома и трех предприятиях Министерства гражданской авиации; междуфазовые изолирующие распорки – в РЭУ «Башкирэнерго», РУ «АлмаАтаэнерго», Актюбинском РУ «Запказэнерго», Тургайском бокситовом рудоуправлении. Годовой экономический эффект от использования междуфазовых изолирующих распорок составил 282,6 тыс. рублей.
9.Выявлено на основе опыта эксплуатации и лабораторных испытаний ограниченное использование применяемых на ВЛ 6–10 кВ способов крепления провода: вязальной проволокой на головке (или шейке) штыревого изолятора –
вI, II, III, зажимом ЗАК-10-1 (для проводов сечением не более 35 мм2 ) – в I, II районах по ветру и гололеду.
Для повышения надежности ВЛ 6–10 кВ в различных климатических условиях разработан ряд более совершенных конструкций креплений провода
к штыревому изолятору. Крепление провода повышенной надежности (а.с.
№725090), устройства с ограниченной прочностью заделки (а.с. № 737993,
№796919) и жесткий зажим (а.с. № 1007135) внедрены более чем в 40 энергосистемах, нефтегазодобывающих управлениях, промышленных предприятиях, участках энергоснабжения железных дорог России и стран СНГ.
130