ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЛИНИЙ СВЕРХВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СИБИРСКОГО РЕГИОНА

Сибирский регион имеет довольно большое население и развитую инфраструктуру, как железнодорожного транспорта, так и различной промышленности. Поэтому этот регион требует больших мощностей, а также надежного и бесперебойного электроснабжения.

Энергосистема Сибири является одной из ключевых в России. В этом регионе множество мощных электростанций, которые снабжают электрической энергией не только саму Сибирь, но и большую часть страны. Также здесь находятся и многочисленные узлы из линий электропередач. Особую роль здесь играют линии сверхвысокого напряжения – 500 кВ. Их проектирование и строительство требует больших материальных затрат, а также наличие квалифицированного рабочего персонала. Главная цель эксплуатации линий сверхвысокого напряжения – обеспечить надежность и бесперебойность их работы, искоренить возникновение аварийных ситуаций.

В данной статье рассматривается вопрос эксплуатации линий сверхвысокого напряжения в условиях Сибирского региона на примере ВЛ 500 кВ Юрга-Новоанжерская. Данная линия тесно связана с железнодорожным транспортом, т.к. подстанция Новоанжерская, с которой она уходит, обеспечивает электропитание тяговых подстанций.

Цель работы – рассмотрение особенностей эксплуатации линий сверхвысокого напряжения. Для анализа данных были использованы проектная документация и паспортные данные ВЛ 500 кВ Юрга-Новоанжерская, приведены карты районирования территории РФ по толщине стенки гололеда, среднегодовой продолжительности гроз в часах, ветровому давлению и пляске проводов.

Отличительными особенностями линий сверхвысокого напряжения являются: увеличенные габариты опор и межфазных расстояний, большая длина изоляционных гирлянд. Длина гирлянд изоляторов определяется только величиной рабочего напряжения, внутренние или внешние перенапряжения в расчет не принимаются. Величина пути утечки изолятора определяется материалом, из которого изготовлен изолятор, и его формой, а для линии 500 кВ длина пути утечки находится в пределах 1,3-1,35 см/кВ. Количество изоляторов в гирлянде – 25-26 штук. Подвесные гирлянды подвержены раскачиванию при больших ветровых нагрузках, этот фактор необходимо учесть при проектировании габаритов опор.

Линии 500 кВ выполняются одноцепными, в качестве промежуточных, в основном, используются портальные опоры с горизонтальным расположением фазных проводов. В случае рассматриваемой ВЛ используются промежуточные опоры марки ПОБ-С высотой 28 м и расстоянием между проводами 12 м. Их крепление выполняется с помощью оттяжек. К оттяжкам предъявляются требования надежности. Они должны быть столь прочными, чтобы свободно выдержать вес опоры.

Так же на данной линии применяются опоры П-35-С высотой 35 м и длиной траверсы 24, 6 м. Такие конструкции используются в местах пересечения линии с другими ВЛ выше 10 кВ.

Опоры для данной ВЛ изготовлены из стали Ст3. Массовая доля углерода в этой стали составляет от 0,14 до 0,22 % в зависимости от степени раскисления. Содержание марганца – 0,3-1,10 %, кремния – от 0,05 до 0,30 %. В сталь также добавляются следующие примеси: хром, никель, фосфор, медь, сера, азот. Они составляют около 1 %. Коррозионная стойкость такой стали зависит от количества углерода в ней. Если преобладает углерод или кремний, – опора быстрее подвергается коррозии. Если же преобладает хром, – коррозия происходит гораздо медленнее.

Если судить по геологическим изысканиям для ВЛ Юрга-Новоанжерская, то трасса сложена глиной, суглинками, супесями, песками, галечниками. Грунтовые воды залегают на глубине 0-7 м по отношению к бетону, из которого состоит фундамент, не агрессивны, за исключением некоторых участков, обладающих углекислой агрессивностью. В долинах рек, в тыловой части пойм имеются болота с мощностью торфов до 1-3 м. Грунт классифицируется по содержанию в нем глинистых частиц. Глина – более 30 %. В случае данной ВЛ преобладает обычная глина, с содержанием глинистых частиц от 30 до 60 %. Суглинок – от 10 до 30 % глинистых частиц. Преобладает средний суглинок, с содержанием глинистых частиц от 15 до 20 %. Супесь – менее 10 % глины. Является переходной формой от глинистых к песчаным грунтам.

К сожалению, у стоящей в таком грунте ЛЭП есть серьезная проблема – грунтовая коррозия фундамента.

На трассе данной линии на процессы коррозии могут накладываться наведенные переменные токи.

Коррозия подземных элементов анкерного узла в разные годы приводила к авариям с падением опор. Впервые это проявилось в апреле 1990 года, когда упала опора №61 линии 500 кВ Ермак-Омск. Затем в 1995 году произошло выдергивание U-образного болта на опоре № 47 ВЛ 500 кВ Ириклинская ГРЭС – Джетыгара без ее падения, которое удалось предотвратить только благодаря бдительности энергетиков.

После этого были проведены визуальные осмотры U-образных болтов на разных линиях 500 кВ. Например, на опоре № 11 рассматриваемой линии Юрга-Новоанжерская U-образный болт находился в коррозионно-опасной зоне. Подземная его часть оказалась покрыта продуктами коррозии железа. В основном, это двуокись железа, которая имеет ярко-рыжую окраску.

Опыт эксплуатации железобетонных фундаментов опор в условиях Сибири со всей очевидностью показывает, что разрушение фундаментов происходит в первую очередь, из-за нарушений требований по водонепроницаемости и морозостойкости бетона железобетонной конструкции при изготовлении фундаментов. Срок службы фундаментов можно продлить, проводя периодический эксплуатационный контроль их состояния, включающий также и измерение токов, воздействующих на фундамент. Их плотность не должна превышать значений, установленных ГОСТ 31384-2008.

Длительная эксплуатация металлических узлов оттяжек опор позволяет сделать выводы:

– оцинковка стальных подземных конструкций может продлить срок их службы максимум на 3-5 лет;

– широкое внедрение новых металлических фундаментов должно быть организованно только после выполнения обширной программы исследования их долговечности и разработки методов повышения жизнестойкости металлических фундаментов.

Повреждения покрытия при транспортировке и монтаже сваи, воздействие попеременно замораживания-оттаивания, влияние химических компонентов грунтовой среды и токов в земле – это малоизученные факторы для любого вида покрытий, что не дает оснований для выбора того или иного вида при проектировании фундамента.

Стоит также упомянуть, что коррозия самих опор зависит от электрохимических процессов, погодных условий, наведенного напряжения, кислого грунта, местности, по которой проходит линия, а также от различных модификаций стали, из которой изготовлена опора.

Таблица 1

Характеристика местности на трассе ВЛ 500 кВ Юрга-Новоанжерская

В случае, когда линия проходит через лес, необходимо поддерживать достаточную охранную зону. Для ВЛ 500 кВ она составляет 30 метров от крайних проводов. В этой зоне не должно находиться ДКР – древесно-кустарниковой растительности. В ремонтный период бригада осматривает линию, ее трассу, в случае необходимости линейщики отправляются на вырубку просеки. Деревья не должны касаться проводов, иначе может возникнуть аварийная ситуация.

Еще одна неприятность – весенние пожары. Так как ВЛ проходит по болотистой местности, такие низовые пожары довольно трудно потушить. Если был замечен источник возгорания рядом с ВЛ, необходимо немедленно сообщить в пожарную службу. Возгорание также опасно для линии. Частички травы, поднимаемые в воздух вместе с густым дымом, могут опять же привести к короткому замыканию.

На переходе линии через препятствия (небольшие реки, железные дороги, автотрассы), а также для обеспечения натяжения проводов ставятся анкерные, анкерно-угловые опоры. К ним предъявляются более серьезные требования по надежности, чем к промежуточным. Они дороже по стоимости и сложнее в конструкции. Чтобы обеспечить такой опоре устойчивость в грунте трассы ВЛ Юрга-Новоанжерская, применяются специальные подставки.

Так же при необходимости на фундаментах вновь возведенных опор рассматриваемой линии установлены ростверки. Ростверк – это составная часть некоторых свайных фундаментов. Он представляет собой плиту или балку, объединяет головы свай, передавая через них нагрузку от наземной части сооружения на основание сваи и в грунт. В результате этого нагрузка распределяется более равномерно, что является гарантией долговечности устанавливаемой на фундамент опоры.

Одной из основных составляющей функционирования любой линии, в том числе и сверхвысокого напряжения, является надежная грозозащита. На опорах ВЛ находятся элементы конструкции, называемые тросостойками или грозостойками. На них подвешиваются грозозащитные тросы, которые у каждой опоры заземляются. Для ВЛ 500 кВ необходимо навешивать 2 грозозащитных троса. Что касается исследуемой линии, то на ее опорах стоят грозостойки с повышенным углом защиты. Пуск ВЛ состоялся 21 декабря 1971 года. В это время в регионах Сибири был довольно суровый климат со снежными и холодными зимами. Грозозащитный трос мог покрыться льдом и дотянуться до фазных проводов, вызвав при этом короткое замыкание и отключение линии, чего допускать ни в коем случае нельзя.

Рисунок 1. Карта районирования территории РФ по ветровому давлению

Рисунок 2. Карта районирования территории РФ по толщине стенки гололеда

Рисунок 3. Карта районирования территории РФ по среднегодовой продолжительности гроз в часах

Рисунок 4. Карта районирования территории РФ по пляске проводов

Таблица 2

Районы климатических условий, в которых находится ВЛ 500 кВ Юрга-Новоанжерская

В 2009 году на транзите Заря-Юрга-Новоанжерская-Итатская, в который и входит исследуемая линия, началось строительство волоконно-оптической линии связи (ВОЛС). Оптоволоконный кабель был встроен в новый грозозащитный трос. Эта система предназначена для передачи с высокой скоростью большие объемы информации с устройств релейной защиты и автоматики, АСКУЭ в центры управления сетями МЭС Сибири. Благодаря этой технологии повысилась оперативность реагирования на отклонения в работе сети и устранение выявленных неполадок.

Для защиты троса с оптоволоконным кабелем на грозостойке, где он крепится, установлен роговой разрядник. Он защищает линию связи от атмосферных перенапряжений. Марка грозозащитного троса – С-70, ОКГТ.

На основе рассмотренных параметров ВЛ 500 кВ Юрга-Новоанжерская можно сделать вывод, что в условиях Сибири необходимо при строительстве ВЛ сверхвысокого напряжения учитывать особенности грунта, климатические особенности региона, и, в соответствии с этим, подбирать элементы для строительства линии. При этом нужно учесть все возможные неполадки, связанные с особенностями местности, чтобы затем не пришлось восстанавливать повреждения, лишая электроснабжения ответственных потребителей.

Список литературы:

1. Опоры ЛЭП. Режим доступа: http://xn----7sb8ajafee4j.xn--p1ai/metallokonstrukcii-svaynih-fundamentov/
2. Электротехнический форум. Режим доступа: http://forum220.ru/lep-svn.php.