Нині в Україні гостро стоїть проблема забезпечення певного рівня надійності будівельних конструкцій повітряних ліній електропередач

Вид материала

Документы

Содержание Методологія системи керування надійністю Кліматичні навантаженя та впливи Оцінка технічного стану. система аналізу даних

Подобный материал:

• Державний реєстр пестицидів І агрохімікатів, дозволених до використання в Україні, 4242.48kb.
• Рювання вимог регламентних технічних умов, державних стандартів, будівельних норм,, 17.24kb.
• 1. 2 Профілі виготовляються способом екструзії з композиції на основі непластифікованого, 550.72kb.
• Нформаційний пакет напрям підготовки 0921 "Будівництво " Спеціальність 092101 "Технологія, 428.25kb.
• Проблема здоров'я студенток вищого педагогічного навчального закладу, 131.15kb.
• Металургія належить до провідних галузей промисловості України, 117.07kb.
• Загальна характеристика роботи актуальність теми, 346.53kb.
• О. В. Кондращенко  Корозія І захист будівельніх матеріалів та конструкцій Конспект, 1621.05kb.
• Повітряний кодекс України встановлює правові основи загальної діяльності в цивільній, 1513.57kb.
• Метою аналізу даних є вивчення властивостей об’єктів, явищ та процесів, отримання нових, 593.41kb.

Надійність повітряних ліній

Нині в Україні гостро стоїть проблема забезпечення певного рівня надійності будівельних конструкцій повітряних ліній електропередач. Пов’язано це, передусім, з браком фінансів, які виділяються на будівництво нових ліній. Проблема оцінки надійності існуючих ліній також достатньо актуальна через те, що будівництво повітряних ліній відбувалось згідно з нормами колишнього СРСР, які нині не відповідають застосовуваним в Україні.

СТАН ПОВІТРЯНИХ ЛІНІЙ

В Україні експлуатується близько 948 000 км повітряних ліній, з них 142 160 км напругою 35 – 800 кВ. Ці дані залишались практично постійними протягом останніх 10 років. Термін експлуатації більшості повітряних ліній напругою 110-220 кВ становить у середньому 40-60 років, а для деяких об’єктів - до 80 років, отже аналіз даних конструкцій нині є на часі. Загальна кількість відмов конструкцій опор, проводів та з’єднувальної арматури для повітряних ліній напругою 35-800 кВ наведена на рис. 1. Аналіз отриманих протягом 30-ти років даних говорить про суттєве зростання кількості відмов елементів повітряних ліній, що свідчить про їх зношеність. У 2000 році значна кількість відмов спричинена аварією, коли зледеніння призвело до аварії 20931 лінії електропередачі, було зруйновано понад 300 тис. залізобетонних і близько 20 тис. металевих опор. Залежно від причини аварії, відмови елементів повітряних ліній електропередачі систематизовані на рис. 2. На основі наведених даних можна зробити висновок про необхідність удосконалення методик визначення ожеледно-вітрових навантажень та методів усунення аварій шляхом плавлення ожеледі.

МЕТОДОЛОГІЯ СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ НАДІЙНІСТЮ

Через значну протяжність повітряних ліній можлива суттєва варіація кліматичних навантажень по профілю траси (що не найкращим чином впливає на вимоги безпеки та економічності), а також пошкодження різноманітного ступеню: корозійні пошкодження, пробої ізоляторів, які не можуть бути своєчасно виявлені (що також призводить до зниження надійності). Для вирішення цієї проблеми була розроблена методологія створення єдиної геоінформаційної системи, що містить систему керування базами даних і оперує як існуючими методиками, так і новими розробками, які дозволяють оцінити зміну кліматичних навантажень у зоні проходження траси повітряної лінії і на цій основі виконати кількісний аналіз характеристик безвідмовності. Однією з основних її переваг є оперативність збору і роботи з інформацією. Так, наприклад, інформація, що надходить з метеопостів, може використовуватись для оперативного реагування та переведення ліній у режим плавлення ожеледі.

КЛІМАТИЧНІ НАВАНТАЖЕНЯ ТА ВПЛИВИ

Для визначення кліматичних навантажень на елементи повітряних ліній запропоновано підхід, що базується на використанні отриманих у ході обробки розрахункових значень кліматичних параметрів. Вихідними даними для побудови тривимірних карт кліматичних впливів (рис. 3) є географічні координати, значення кліматичних параметрів метереологічних станцій та їх координати: широта та довгота .

Дані метеостанцій: швидкість вітру, вітровий тиск та маса ожеледних відкладень апроксимувались функцією Гумбеля і таким чином отримувались вихідні дані для районування території України, які потім оброблялись з врахуванням запропонованої методики. Наступним етапом було нанесення на електронну карту повітряних ліній. Повітряна лінія розбивалась на прямолінійні ділянки, прив’язка яких до карти здійснювалась за спеціалізованими даними, які надавались експлуатуючими організаціями, а також за результатами вимірювань за допомогою систем глобального позиціювання.

Проекція повітряних ліній накладалась на різноманітні тривимірні карти і виконувалась побудова повздовжнього профілю навантаження. На основі проведених досліджень підготовлено електронний атлас кліматичних навантажень на повітряні лінії електропередачі напругою 220 – 750 кВ, які проходять по території Донецької області. На рис. 4, по осі абсцис, у масштабі, проведено горизонтальне прокладання профілю траси повітряної лінії, з відповідними точками повороту, номера яких відповідають приведеним на схемі траси повітряної лінії. У знаменнику під номерами точок наведені відповідні значення навантажень у даній точці.

Для обліку впливу орографічних особливостей місцевості введено фактор впливу мікрорельєфу:

, де

- фактор збільшення швидкості вітру над локальними неоднорідностями рельєфу; z – висота об’єкту; x – відстань від верхньої точки; k, L_h, H, a – параметри, які залежать від типу та геометричних розмірів височини.

Статистична обробка даних 203 метеостанцій України, проведена згідно з наведеною методикою, дозволила створити карти районування по ожеледно-вітрових навантаженнях, які увійшли у проект нових Українських ПУЕ.

ОЦІНКА ТЕХНІЧНОГО СТАНУ. СИСТЕМА АНАЛІЗУ ДАНИХ

Для отримання даних про надійність повітряних ліній необхідно мати дані про фактичні навантаження і пошкодженнях її елементів. У процесі обстеження фіксуються такі параметри: навантаження на провисання проводів, габарити, відстань між опорами та крени опор; для отримання фактичного стану конструкції - дані про фактичну міцність, дані про дефекти та пошкодження.

Порівняння отриманих зусиль в елементах опор від дії зовнішнього навантаження і розрахунковими напругами виконується зазвичай з використанням методу частинних коефіцієнтів надійності. Однак, останнім часом розроблена методика визначення ймовірності неперевищення навантаження, яку досліджувана конструкція може витримати. В її основу закладено такий алгоритм:

для усіх елементів опори повітряної лінії, крім другорядних, справедливим є вираз:. Якщо, для прикладу, розглянути тільки вітрове навантаження, то вираз запишеться так: тому , де

- сумарне граничне напруження на елементі спричинене V_lim або w_lim (граничною швидкістю вітру або вітровим тиском на висоті 10 м з врахуванням мікрокліматичних особливостей місцевості),

- відповідно напруження в елементі спричинене власною вагою проводів, тросів та опори,

- відповідно напруження в елементі від вітрового тиску на проводи, трос та конструкцію опори, з врахуванням коефіцієнта динамічності c_d;

R_y – розрахунковий опір матеріалу опори з врахуванням результатів фактичних замірів.

Припускаючи, що матеріал конструкцій працює у пружній стадії, за допомогою розрахунку досліджуваної опори використовуючи метод кінцевих елементів, визначаємо такі залежності для кожного з вибраних елементів:

, де

та - вагові коефіцієнти, які отримуються при розрахунку опори на одиничні навантаження від вітрового тиску на проводи, троси та опору відповідно. Оскільки в загальному випадку для елементів решітки і поясів , а , тому:

, де

N_ij – зусилля у і-му елементі від j-го навантаження;

- коефіцієнт повздовжнього згину елементу;

А_і - площа і-го елементу.

, де

t_c – термін експлуатації конструкції;

c та d – параметри випадкового процесу на даній метеостанції, виразимо випадкову ймовірність перевищення кліматичних навантажень, які конструкція може витримати P_i(T):

.

Дефекти, пошкодження та відхилення конструкції від проектного положення вводяться у розрахунок або зниженням площі A_i, або коректуваннями та R_y, або вимірюванням дійсної геометричної схеми споруди, що призведе до зміни коефіцієнтів та .

Ймовірність безвідмовної роботи усієї конструкції Р визначається як добуток ймовірностей безвідмовної роботи окремих елементів з’єднаних послідовно. У даному випадку загальна ймовірність отримана шляхом добутку ймовірності безвідмовної роботи основних елементів опори повітряної лінії (поясу, розкосу стовбура та траверс) віддалення яких від розрахункової схеми призводить до лавиноподібного руйнування конструкції. Таке допущення дещо знижує розрахункову надійність системи, однак у даному випадку є правомірним, оскільки досліджується в основному загальний корозійний знос конструкції, тобто усіх елементів, тоді Р дорівнює:

.

Дана методологія була апробована на повітряних лініях НЕК “Укренерго”, ЕК “Сервіс-Інвест”, ВАТ “Донецькобленерго”, що дозволило у деяких випадках виконати реконструкцію опор ліній електропередачі ресурс яких був вичерпаний. На рисунку 5 показані елементи підсилення металевої анкерно-кутової опори повітряної лінії 330 кВ. Нині проводяться роботи над проектом оновленого нормативного документу у якому попри методик оцінки технічного стану опор повітряних ліній планується включити методику визначення знижених навантажень з врахуванням того, що лінія певний час перебувала в експлуатації і залишковий термін її служби значно менший проектного. Такий підхід дозволить більш економічно підходити до питань відновлення експлуатаційної придатності повітряних ліній не знижуючи, при цьому, задекларований у нормах рівень надійності.

Для отримання даних про надійність повітряних ліній необхідно мати дані про фактичні навантаження і пошкодженнях її елементів. У процесі обстеження фіксуються такі параметри: навантаження на провисання проводів, габарити, відстань між опорами та крени опор; для отримання фактичного стану конструкції - дані про фактичну міцність, дані про дефекти та пошкодження.

Порівняння отриманих зусиль в елементах опор від дії зовнішнього навантаження і розрахунковими напругами виконується зазвичай з використанням методу частинних коефіцієнтів надійності. Однак, останнім часом розроблена методика визначення ймовірності неперевищення навантаження, яку досліджувана конструкція може витримати. В її основу закладено такий алгоритм:

для усіх елементів опори повітряної лінії, крім другорядних, справедливим є вираз:. Якщо, для прикладу, розглянути тільки вітрове навантаження, то вираз запишеться так: тому , де

- сумарне граничне напруження на елементі спричинене V_lim або w_lim (граничною швидкістю вітру або вітровим тиском на висоті 10 м з врахуванням мікрокліматичних особливостей місцевості),

- відповідно напруження в елементі спричинене власною вагою проводів, тросів та опори,

- відповідно напруження в елементі від вітрового тиску на проводи, трос та конструкцію опори, з врахуванням коефіцієнта динамічності c_d;

R_y – розрахунковий опір матеріалу опори з врахуванням результатів фактичних замірів.

Припускаючи, що матеріал конструкцій працює у пружній стадії, за допомогою розрахунку досліджуваної опори використовуючи метод кінцевих елементів, визначаємо такі залежності для кожного з вибраних елементів:

, де

та - вагові коефіцієнти, які отримуються при розрахунку опори на одиничні навантаження від вітрового тиску на проводи, троси та опору відповідно. Оскільки в загальному випадку для елементів решітки і поясів , а , тому:

, де

N_ij – зусилля у і-му елементі від j-го навантаження;

- коефіцієнт повздовжнього згину елементу;

А_і - площа і-го елементу.

, де

t_c – термін експлуатації конструкції;

c та d – параметри випадкового процесу на даній метеостанції, виразимо випадкову ймовірність перевищення кліматичних навантажень, які конструкція може витримати P_i(T):

.

Дефекти, пошкодження та відхилення конструкції від проектного положення вводяться у розрахунок або зниженням площі A_i, або коректуваннями та R_y, або вимірюванням дійсної геометричної схеми споруди, що призведе до зміни коефіцієнтів та .

Ймовірність безвідмовної роботи усієї конструкції Р визначається як добуток ймовірностей безвідмовної роботи окремих елементів з’єднаних послідовно. .