Повышение ресурсной стойкости проводов ВЛ при вибрации путем установки спиральных протекторов в лодочки поддерживающих зажимов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение ресурсной стойкости проводов ВЛ при вибрации путем установки спиральных протекторов в лодочки поддерживающих зажимов

Зажим состоит из протектора, предварительно навиваемого на провод (трос) в виде отдельных проволочных спиралей или прядей спиралей. Поверх протектора устанавливается лодочка, фиксируемая от осевых перемещений двумя силовыми прядями. В комплект поставки также входит болт и гайка для закрепления зажима на опоре (см. рис.1).

Указанный тип зажима может быть применен при выполнении ремонтных работ на длительно эксплуатируемых ВЛ (при разрушении проволок верхнего повива провода на выходе из поддерживающего зажима) и в проектных разработках новых ВЛ 35 - 750 кВ.

В Тамбовском ПМЭС Центра на ВЛ 500 кВ вместо замены поврежденного вибрацией троса марки АЖС 70/39 был произведен в 2003 г. его ремонт с применением поддерживающих зажимов спирального типа ПС-13,3П-11 (рис. 2) взамен существующих ПГН-3-5 (рис. 3). Также была предложена и новая схема виброзащиты. Указанные мероприятия позволили в кратчайшие сроки восстановить механическую и электрическую прочность провода, и тем самым продлить его срок службы.

Рис. 2. Вариант подвески АЖС 70/39 в поддерживающем зажиме

ПС-13,3П-11 с гасителями вибрации ГВ-4533-02

Рис. 3. Подвеска грозозащитного троса АЖС 70/39 в лодочке ПГН 3-5с гасителями вибрации ГВН 3-13 на линии Липецк -Тамбов

Расчеты, выполненные на основе математического аппарата, разработанного ЭССП [1], показывают, что спиральный протектор, смонтированный в месте установки поддерживающего зажима или гасителя вибрации, существенно снижает изгибные деформации (напряжения) в проводе за счет увеличения его изгибной жесткости.

На рис.4 приведены результаты расчета изгибных деформаций в проводе АЖС 70/39, возникающих на выходе из лодочек ПГН 3-5, ПС-13,3П-01 (протектор из стальной оцинкованной проволоки) и ПС-13,3П-11 (протектор из алюминиевого сплава АВЕ) в зависимости от частоты вибрации. Рассмотрен случай без гасителей вибрации.

Наибольшие изгибные деформации (см. рис.4) наблюдаются в точке выхода провода из лодочки вблизи частоты 30 Гц как в случае применения ПГН 3-5, так и ПС-13,3П…. Установка протектора позволяет снизить деформации на этой частоте минимум в 1,4 раза. Причем на частотах выше 30 Гц эффективность протектора из стальных оцинкованных проволок становится выше протектора из проволок из сплава алюминия.

Рис. 4. Изгибные напряжения на выходе из лодочки в пролете 400 м ( провод АЖС 70/39, тяжение 13кН) для разных типов поддерживающих зажимов.

Воспользовавшись кривой безопасных изгибных напряжений СIGRE [2], получим соответствующее число циклов до разрушения провода на выходе из лодочки для представленных типов поддерживающих зажимов при отсутствии виброзащиты ( рис. 5).

Рис. 5. Число циклов до разрушения провода АЖС-70/39 на выходе из лодочки в пролете 400 м для разных типов поддерживающих зажимов.

Из графиков (см. рис. 5) следует, что срок жизни провода в зажиме ПС-13,3П-01 в сравнении с зажимом ПГН-3-5 увеличивается как минимум в 5 раз на частоте 30 Гц и в 200 раз на частоте 10 Гц.

Применение гасителя вибрации существенно снижает изгибные деформации в проводе. В то же время гаситель с протектором в еще большей степени увеличивает ресурсную стойкость провода.

На рисунке 6 приведены зависимости изгибных напряжений в характерных точках пролета с гасителем ГВ-4533-02 (производство ЭССП), смонтированном на протекторе поддерживающего зажима ПС-13,3П-01(вариант на рис.2), в сравнении с вариантом на рис.3 с гасителем ГПГ-1,6-11-450 и зажимом ПГН-3-5. Наиболее опасными в варианте подвески рис. 2 являются точки А (на выходе из лодочки) и В (у гасителя вибрации), поскольку здесь наибольшие значения изгибных напряжений.

Пояснения к обозначениям на графике: “перед гасителем” означают, что расчет напряжений производился в точке у плашки зажима гасителя со стороны лодочки поддерживающего зажима, “после гасителя” - со стороны пролета. В точке С (средняя часть пролета) - изгибные напряжения практически на порядок меньше, чем в А и В. Это объясняет причину того, что провод чаще всего разрушается именно около лодочек и в местах установки гасителей.

В варианте рис.3 наиболее опасные напряжения возникают перед гасителем вибрации (см. рис.6)

Рис. 6. Изгибные напряжения в характерных точках пролета для гасителя ГВ-4532-02 и поддерживающего зажима ПС-13.3П-01 в сравнении с напряжениями перед гасителем ГПГ-1.6-11-450 и лодочки ПГН-3-5

В пересчете на число циклов до разрушения провода в указанных точках пролета эти зависимости приобретают вид, показанный на рис. 6. В качестве условного предела ресурсной стойкости провода (“безопасный уровень” по EPRI) выбрана величина 5*10⁸ циклов, что соответствует уровню знакопеременных изгибных напряжений для многоповивных проводов, равному 8,5 Н/мм² [3].

Рис. 7. Число циклов до разрушения в наиболее опасных точках пролета:

Из диаграммы видно, что применение стандартного гасителя вибрации ГПГ-1,6-11-450 с зажимом ПГН-3-5 не обеспечивает достаточного ресурса провода в среднем диапазоне частот, где эффективность гасителя низкая. В то же время ресурсная кривая для провода АЖС 70/39 в поддерживающем зажиме ПС-13,3П-01 с многочастотным гасителем ГВ-4533-02 (см. рис. 2) проходит значительно выше требуемого предела. Сравнительный анализ результатов расчета изгибных напряжений провода АЖС 70/39 в поддерживающих зажимах показывает, что для зажима ПС-13,3П-01 изгибные напряжения во всех характерных точках пролета значительно меньше, чем для зажима ПГН-3-5.

В зимний период 1998-1999г.г. в ОАО Тюменьэнерго (Северные ЭС) имели место более 60 нарушений энергоснабжения из-за обрывов проводов ВЛ различных классов напряжения. Большинство разрушений было обусловлено вызванными вибрацией усталостными изломами в алюминиевых и стальных повивах, а воздействие максимальных тяжений в зимний период лишь выявило дефекты, накопленные при длительной вибрации. В 1999 году нами совместно с АО “Фирма ОРГРЭС” были проведены сравнительные испытания по определению ресурса проводов АС под воздействием вибрации при наличии протектора и без него. Испытания проводились для трёх марок проводов АС95/16, АС240/32, АС300/39. Ресурс оценивался по количеству циклов нагружения до появления трёх оборванных проволок в верхнем повиве. Испытания проводились на стенде с пролётами 8,2 м и 2,5 м. Статические углы при выходе провода из лодочки ПГН-5-3 поддерживающего зажима составили соответственно 7 и 10 градусов. Испытания проводились на резонансных частотах при двух полуволнах в пролёте с амплитудами вибрации 27-32 мм.

Всего было проведено две серии испытаний. В первой серии оценивалось влияние протектора на изменение количества циклов нагружений для поддерживающего крепления, а во второй - для соединительных зажимов САС и СОАС. В качестве поддерживающего зажима применялась лодочка ПГН-5-3 (для всех трёх марок проводов). Кроме того, для провода АС95/16 был также применён поддерживающий зажим спирального типа ПС-П-13,5-04. Общий вид зажима приведён на рисунке 8.

ремонтный напряжение протектор крепление

Рис. 8.

Во второй серии в средней части пролета 8,2 м монтировался соединительный зажим (САС, СОАС).

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 1.

Из таблицы 1 следует, что защитные протекторы спирального типа надёжно предохраняют провода в опасных точках пролёта - на выходе из лодочки поддерживающего зажима и соединителя. Результаты исследований, приведенные в работе [5], также подтверждают это.

Таблица 1

В 1999-2000 г.г. в ОАО Тюменьэнерго (Северные ЭС) на ВЛ 110 и 220 кВ ЗАО Электросетьстройпроект изготовил и поставил более трёх тысяч защитных протекторов, которые были установлены в местах поддерживающих и соединительных зажимов! Отказов проводов из-за вибрации на этих линиях за период 2000-2004 г.г. не наблюдалось.

Из сказанного следует, что применение спиральных поддерживающих зажимов типа ПС-… или защитных протекторов типа ПЗС…. существенно увеличивает вибрационную стойкость проводов и грозозащитных тросов, а, следовательно, и срок службы при эксплуатации.

Литература

1. О.Е. Афанасьева, С.В. Рыжов, В.А. Фельдштейн, И.В. Фельдштейн. Динамические модели для исследования вибрации проводов линий электропередач и воздушных коммуникационных кабелей в ветровом потоке // Проблемы машиностроения и автоматизации. - 1998. - № 1. - C. 50 - 57

2. Guide to vibration measurements on overhead lines, TF 22.11.2 CIGRE, ELEKTRA, №162, OKTOBER 1995.

3. EPRI, Transmission line reference book: Wind-induced conductor motion; Electric Power Research Institute, Palo Alto, California, 1979.

4. Протокол сравнительных испытаний соединительных и поддерживающих зажимов на проводах АС95/16, АС240/32, АС300/39. ЦИЭЛ АО “Фирма ОРГРЭС”, 5 с.; 1999 г.

5. Никифоров Е.П. Применение спиральных протекторов для защиты проводов ВЛ от усталостных повреждений. “Электрические станции”, 2002, №6; с. 70-74.

Размещено на Allbest.ru