рабочие программы / 13366

Кроме рассмотренных 160 устойчивых отказов из-за опасных сближений проводов (табл. 2.2) имеют место неустойчивые самоустраняющиеся отказы, которые устраняются действием АПВ или РПВ. Анализ отключений по зоне одного из электросетевых предприятий Башкирской энергосистемы показал, что на 233 устойчивых отключения приходится приблизительно 1200 неустойчивых. Так, к примеру, 19 декабря 1975 года в зоне одной подстанции в течение 1 ч 14 мин при скорости ветра 25 м/с (с порывами до 30 м/с) было отмечено 7 неустойчивых отключений. В работе [3] отмечается, что в отдельных случаях количество автоматических отключений одной и той же линии достигает нескольких десятков. Такие кратковременные отключения представляют большую опасность, так как сближения проводов вызывают их локальные повреждения (пережоги), которые в дальнейшем становятся потенциальными очагами аварий.

Крепление провода к штыревому изолятору проволочной вязкой также является слабым элементом пролета ВЛ 6–10 кВ (9,8% аварийных отключений по количеству и 8,5% по длительности). Гистограмма распределения аварийных отключений по причине обрыва вязок проводов к штыревым изоляторам представлена на рисунке 2.1б. В основном, повреждения проволочной вязки имели место в результате воздействия на провода значительных ветровых нагрузок (при скоростях ветра 25…35 м/с, порывах до 40 м/с). Вязальная алюминиевая проволока не способна выдерживать длительные динамические нагрузки, возникающие при колебаниях проводов в неравномерном ветровом потоке. Верховыми осмотрами обнаружены значительные потертости и обрывы вязальной проволоки.

Из всех повреждений, которые имеют место на воздушных линиях электропередачи 6–10 кВ, наиболее тяжелыми по своим последствиям являются различные разрушения опор (19,9% аварийных отключений по количеству

и28,1% по длительности). Аварийные отключения из-за повреждения опор

иприставок возникали при воздействии значительных ветровых нагрузок (49,7%), гололедно-изморозевых (19,3%), грозовых разрядов молнии, вызывающих расщепление или возгорание верхней части деревянных опор (23,0%) и наезде транспортных средств (8,0%). Аварии, связанные с ветровыми нагруз-

ками, происходили при скоростях ветра 26…35 м/с (порывах до 40 м/с), при этом угол между направлением ветра и осью пролета составлял 70…90о.

Следует отметить, что разовый случай аварийного отключения, зарегистрированный в первичной документации, на самом деле может охватывать несколько опор (массовое падение или возгорание), увеличивая масштабы аварии. Так, по указанным выше причинам были разрушены 267 железобетонных опор (44 аварийных отключения), 129 деревянных опор (46 отключений), 364 деревянные опоры на железобетонных приставках (97 отключений).

Анализ аварийных отключений показывает, что воздушная линия электропередачи 6–10 кВ представляет собой сложную систему, элементы которой связаны между собой разнообразной причинно-следственной зависимостью. Надежность работы каждого элемента по-разному влияет на работу других элементов, один вид повреждения переходит в другой, т. е. наблюдается явление развития аварий. Велико и число факторов, воздействующих на элементы

21

воздушной линии и определяющих их работоспособность. Они могут воздействовать как одновременно, так и последовательно.

Для получения полной информации о причинах и характере нарушений работоспособности воздушных линий электропередачи нами разработана блок-схема, описывающая сложную причинно-следственную зависимость повреждаемости ВЛ 6–10 кВ и ее элементов (рис. 2.4) [54]. При этом учтены все факторы, влияющие на надежность работы линии и ее элементов как составных частей единой системы.

Таким образом, проведенный анализ позволил выявить причинноследственную зависимость повреждаемости воздушных линий электропередачи напряжением 6–10 кВ при воздействии ветровых и гололедно-ветровых нагрузок. Провод и его крепление к штыревому изолятору являются наименее надежными элементами пролета ВЛ 6–10 кВ. Динамическое поведение проводов при воздействии указанных выше факторов приводит либо непосредственно к авариям, либо к предварительным ослаблениям проводов и их креплений.

2.2.Комплекс экспериментальных линий по исследованию колебаний и сближений проводов малых сечений при воздействии ветровых и гололедно-ветровых нагрузок

Частыми причинами опасных сближений проводов воздушных линий электропередачи напряжением 6–10 кВ являются их несинхронные маятниковые раскачивания, низкочастотные колебания (пляска) проводов и их подскоки при опадании гололедно-изморозевых отложений (раздел 2.1). Динамическое поведение проводов малых сечений в этих режимах при разных параметрах пролета изучено недостаточно.

Опасные сближения проводов малых сечений, вызывающие аварийные отключения сельских ВЛ 6–10 кВ, возникают и прекращаются внезапно и происходят, как правило, в сложных погодных условиях (сильный ветер в сочетании с дождем, гололед, буран, метель и т. д.) в удалении от мест расположения электротехнического персонала. Все это практически исключает возможность визуально-инструментальных наблюдений за взаимным перемещением проводов на действующих ВЛ.

Учитывая изложенное, для исследования колебаний проводов малых сечений при воздействии ветровых и гололедно-ветровых нагрузок был спроектирован и построен комплекс экспериментальных линий БашкирэнергоБашкирского государственного аграрного университета (рис. 2.5). Комплекс расположен вблизи поселка Аксаково Республики Башкортостан на территории Белебеевско-Бугульминской возвышенности с отметками над уровнем моря до 390 м, отнесенной к особому району гололедности и III по ветру с повышенными скоростями ветра при гололеде (до 20 м/с).

22

22

Рис. 2.4. Блок-схема, описывающая причинно-следственную зависимость повреждаемости ВЛ 6–10 кВ:

─ ─ ─ повреждения при механических нагрузках в пределах расчетных величин

23

Рис. 2.5. Комплекс экспериментальных линий: Л-1…Л-4 – воздушные линии, расположенные на разных горизонталях склона (горизонтальные линии); Р-1…Р-4 – воздушные линии с пролетами 50, 75, 100 м (радиальные линии); С-3…С-6 – типовые гололедные станки; С-1, С-2, С-7 – гололедные станки нетиповой конструкции;

– вагончик-мастерская; – кино-фотосъемочная вышка; – передвижная монтажная вышка;

– стационарные мачты для снятия с проводов образцов гололеда

24

Площадка комплекса представляет собой возвышенность с южным и югозападными склонами крутизной до 45°. Рельеф окружающей местности способствует частому, даже в тихую погоду, возникновению на площадке ветров повышенной скорости южного и юго-западного направления – преобладающих и гололедонесущих в данном районе.

Комплекс включает четыре параллельно расположенные относительно друг друга линии (Л-1, Л-2, Л-3, Л-4) на разных горизонталях склона с разницей в высотных отметках каждая по 5…6 метров с участками, по-разному сориентированными к сторонам света (опоры СНВ-2,7; провода АС-35/6,2; АС-70/11,0; штыревые изоляторы ШФ10-А, ШСС-10, длина пролетов 50…60 м). Линии оборудованы устройствами плавки гололеда на проводах токами короткого замыкания.

Четыре линии (радиальные Р-1, Р-2, Р-3, Р-4) расположены на ровной площадке и по-разному сориентированы к сторонам света. Каждая линия Р-1, Р-2 и Р-4 состоит из трех пролетов, расходящихся лучами из одной точки, длина пролетов 50, 75 и 100 м с проводами АС-35/6,2, АС-50/8,0 и АС-70/11,0 соответственно. Линии оборудованы устройствами для изменения натяжения (стрел провеса) проводов.

Для изучения взаимных перемещений проводов в пролетах разной длины при их колебаниях, вызванных воздействием ветра, на базе радиальной линии Р-3 построен опытный участок (рис. 2.6). Он состоит из трех анкерных пролетов длиной 50, 75 и 100 м и четырех пролетов ВЛ 10 кВ (Л-5) по 50 м каждый [41]. Анкерные пролеты и участок ВЛ 10 кВ сориентированы таким образом, что углы с господствующими ветрами составляют от 20 до 90°. Провода в трех анкерных пролетах с одной стороны закрепляются на траверсе одной портальной опоры. Траверсы опор имеют специальную конструкцию, позволяющую изменять расстояния между проводами как по горизонтали, так и по вертикали, и снабжены натяжными устройствами для изменения величины стрел провеса проводов. Расположение проводов в пролетах – треугольное. В одном пролете линии Л-5 дополнительно смонтированы провода на высоте 3 м.

Для наблюдения за процессом гололедообразования на комплексе установлены четыре типовых гололедных станка (С-3, С-4, С-5, С-6) и три станка нетиповой конструкции (С-1, С-2, С-7).

Для проведения визуально-инструментальных наблюдений за колебаниями проводов малых сечений и процессом гололедообразования на комплексе имеется передвижная монтажная вышка.

Размещение пролетов комплекса с разной ориентацией к сторонам света и на разных отметках возвышенности обеспечивает при экспериментальных исследованиях многообразное сочетание факторов (ветер, гололедные отложения), определяющих параметры колебаний проводов в ветровом потоке. Этим обеспечивается получение положительных результатов исследований за сравнительно короткое время, несмотря на непредсказуемость (случайный характер) возникновения различных видов колебаний проводов малых сечений.

Для выполнения экспериментальных исследований комплекс оснащен необходимыми приборами и оборудованием.

25

иосью пролета – разработанным нами ручным устройством, выполненным в виде стрелки с хвостовиком, свободно установленной на вертикальной оси, закрепленной на корпусе с угловой шкалой отсчета.

Для измерения расстояний между проводами при их сближениях под действием порывов ветра нами разработано устройство дистанционного измерения взаимных перемещений проводов (авторское свидетельство № 834386) [145]. Предложенная конструкция (рис. 2.7) позволяет измерение величины сближения проводов и настройку устройства производить на земле, без подъема на высоту подвеса проводов, где устанавливается само устройство. Устройство компактно и надежно в работе, так как все детали и узлы расположены внутри корпуса. Оно включает в себя (рис. 2.8) корпус 1, внутри которого расположен вращающийся барабан 2, предварительно закрученный упругим элементом 3 и фиксатором 4. На барабане 2 закреплен конец нити 5 с последующей ее намоткой. Указатель перемещения 6 удерживается на нити 5 за счет трения. Корпус 1 закрепляется зажимом 7 на одном проводе 8, а свободный конец нити 5 – зажимом 9 на другом. Указатель 6 жестко связан с измерительной нитью 10, перемещающейся относительно трубки 11, закрепленной на корпусе 1 и соединенной дополнительной нитью 12 со стойкой 13.

Во время сближения проводов участок нити 5 под действием усилий закручивания барабана 2 проскальзывает через указатель перемещения 6 и наматывается на барабан. При расхождении проводов нить 5 сматывается с барабана 2, а указатель 6 удерживается на ней и отходит от начального положения – корпуса 1 устройства, при этом длина выступающей части нити 10 уменьшается на величину перемещения указателя 6. Таким образом, за время проведения эксперимента указатель 6 фиксируется в положении наибольшего сближения проводов (минимального расстояния между проводами).

Применяемые методы измерения параметров эксцентричных гололедных

игололедно-изморозевых отложений (штангенциркулем, путем огибания медной проволокой, при помощи синтетической формовочной глины, полиуритановой пены и др.) не позволяют с достаточной точностью определить форму, угол поворота гололедных отложений, расположение провода внутри гололедной муфты. Поэтому нами разработан новый способ определения формы

иразмеров гололедного отложения, позволяющий копировать в плоскости спиливания поперечное сечение отложений в натуральную величину (авторское свидетельство № 1398010) [105, 151]. Предложенный способ предусматривает использование специального копирующего устройства (рис. 2.9). Оно выполнено в виде двух шарнирно соединенных половин диска 1 и 2 из прозрачного материала (например, органического стекла) с выступами 3 и центральным отверстием под провод 4. Половины диска 1 и 2 устанавливаются на

проводе 4 вплотную к срезу гололедного отложения 5. При помощи отвеса в виде нити 6 и груза 7 половины диска 1 и 2 фиксируются в рабочем положении замком 8 и на выступах 3 устанавливается неполное упругое кольцо 9 со стрелкой 10. Поворачивая стрелку 10 на фиксированные углы (по круговой шкале на половинах диска 1 и 2), каждый раз определяют размеры отложений

27

5 по шкале, нанесенной на стрелке 10. Таким образом копируется точный профиль гололедных отложений на проводе. Копирование может быть также выполнено путем наложения на устройство прозрачной бумаги со взаимно перпендикулярными осями и отверстием под выступ 3 и последующего обвода карандашом контура гололедного отложения 5.

Рис. 2.7. Измерение расстояний между двумя проводами при их сближениях под действием ветра

28

2.3.Влияние разрегулировки стрел провеса проводов малых сечений на их повреждаемость

Анализ аварийных отключений и многочисленные наблюдения на действующих ВЛ 6–10 кВ показали, что колебания проводов при сильном ветре часто носят несинхронный характер и сопровождаются хаотическими изменениями расстояний между фазными проводами по длине пролета. Опасные сближения и схлестывания проводов (устойчивые или самоустраняющиеся) часто наблюдались в пролетах с разными стрелами провеса фазных проводов.

Для дальнейших исследований введем величину относительной разрегулировки (коэффициента разрегулировки) стрел провеса фазных проводов f [50]:

f2 f1 , (2.1)

C учетом относительной разрегулировки стрелы провеса проводов в пролете ВЛ будут связаны следующим соотношением:

Разрегулировка проводов может быть вызвана дефектами монтажа при строительстве или ремонте ВЛ ввиду неправильного визирования монтажных стрел провеса [3], т. е. когда f1M f2М f2M f1M .

Разрегулировка проводов в процессе эксплуатации возникает (рис. 2.4) изза недостаточной прочности крепления провода к изолятору (дефект вязки или зажима ЗАК-10-1), неидентичности вытяжки от гололедно-изморозевых отложений и пластической долговременной деформации фазных проводов. При ослабленном креплении разница в гололедно-ветровых нагрузках на провода соседних пролетов (например, при неравных длинах, неравномерности покрытия проводов гололедом из-за выветривания или повышения температуры окружающего воздуха) приводит к перемещению (проскальзыванию) провода через крепление и его удлинению в одном из смежных пролетов.

Пусть в процессе эксплуатации в пролете ВЛ произошло увеличение стрел провеса фазных проводов, в общем случае, на величины f1Э , f2Э со-

ответственно ( f2Э f1Э ). Тогда конечные значения стрел провеса составят:

Общая величина относительной разрегулировки стрел провеса с учетом полученных выражений (2.1), (2.2), (2.3) определится следующим образом:

где f M f2Mf f1M .

1M

30