Оценка применения композитных опор линий электропередач

Размещено на http://allbest.ru

Оренбургский государственный университет

Оценка применения композитных опор линий электропередач

Шлейников В.Б., канд. техн. наук, доцент,

Коблова Т.В., студент, Муллаянов Р.И., студент

С каждым годом все больше возрастает роль электрического оборудования в повседневной жизни людей. В связи с этим возросли и требования к стабильной и безаварийной работе линий электропередач. На бесперебойность электроснабжения влияют все входящие в состав ЛЭП элементы. Опоры, арматура, изоляторы, их прочность, устойчивость к внешним воздействиям должны быть максимально высокими.

Линия электропередачи - является основным компонентом электрических сетей, главное предназначение которой - передача электрической энергии от установок, ее производящих (электростанций), преобразующих и распределяющих (электроподстанций) к потребителям.

Наиболее затратными по капиталовложениям и в то же время наиболее уязвимыми к действию неблагоприятных климатических факторов являются воздушные линии электропередач, особенно это относиться к распределительным сетям низких классов напряжений 6/10 кВ, которые имеют упрощенные элементы конструкции (опоры, арматуру) со сравнительно низким запасом прочности, но высокой удельной массой.

В последние годы наметилась тенденция замены железобетонных опор на более эффективные аналоги, особенно на труднодоступных участках линий и проходящих в сложных климатических условиях, таких как горные районы и болотистая местность Севера и Сибири. Поэтому появился интерес к новым типам опор: стальным многогранным, стальным из гнутого профиля и композитным.

Композитные опоры воздушных линий электропередач - сравнительно новый тип мачтовых конструкций, история которых насчитывает не более 15 лет.

Опыт применения их в настоящее время еще небольшой, но характеристики современных композиционных материалов придают опорам этого типа ряд необычных для других типов опор свойств, представляющих интерес с точки зрения снижения затрат на монтаж и повышение эксплуатационной надежности воздушных линий электропередач.

Композитом называется неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более функционально различающихся компонентов, имеющих четкие границы, при этом свойства композита определяются не только и не столько свойствами компонентов, сколько их пространственным расположением и характером взаимодействия.

Физико-математические характеристики стеклопластики и базальтопластики, которые служат для изготовления опор, позволяют создавать сверхлегкие мачтовые конструкции, устойчивые к действию повышенных статических и динамических нагрузок. Кроме того, стеклопластики и базальтопластики являются диэлектриками с очень высокими изолирующими свойствами.

Основной недостаток материалов - достаточно высокая цена. Поэтому их применение оправдано лишь на линиях, сооружаемых в труднопроходимой местности (горы, болото, тайга, тундра) или для строительства линий высокой степени надежности, обслуживание которых затруднено. стальной композитный опора базальтопластик

Стоит более подробно рассмотреть все достоинства и недостатки установки композитных опор. Во-первых, рассмотрим условия эксплуатации:

- Минимальная температура - -60 єС,

- максимальная температура - +40 єС.

- Тип атмосферы - промышленная.

- Рабочее значение влажности воздуха (ср.год. / верхнее) - 75 % / 100 %.

- Интенсивность осадков - 3 мм/мин.

- Интегральная поверхностная плотность потока энергии солнечного излучения (верхнее рабочее значение) - 1125 Вт/м2 [0,027 кал/(см2 * с)].

- Плотность потока ультрафиолетовой части спектра (длина волн 200 - 400нм) -140 Вт/м2 [0,0033 кал/(см2 *с)].

Для обеспечения защиты стойки опоры от низового пожара, на наружной поверхности нижнего модуля опоры выполнено покрытие огнезащитным составом, на высоту не менее 2м от поверхности земли.

Для повышения стойкости к ультрафиолетовому спектру облучения и солнечной радиации, в состав стеклопластика интегрирован светостабилизатор.

В связи с этим частично прозрачная труба стойки защищена от негативного воздействия инсоляции на всю толщину слоя.

Во-вторых, рассмотрим экономический эффект применения композитных опор:

Стоимость композитных опор не превосходит стоимости многогранных металлических.

Экономический эффект от внедрения композитных опор обусловлен:

- снижением расходов на их хранение, транспортировку и монтаж.

- отсутствием расходов на подвесную изоляцию

- крепление провода к траверсе позволяет снизить габариты применяемых стоек либо увеличить длину пролетов

- расходы на эксплуатацию снижаются при том, что срок службы опор увеличивается до 50-70 лет

Благодаря современным полимерным материалам композитные опоры:

- просты в сборке и установке

- компактны при складировании и транспортировке, легкие

- противостоят разрушающим климатическим нагрузкам

- не подвержены коррозии

- вандалоустойчивы.

Модульная конструкция элементов стойки опоры, а также относительно большие габариты конических труб модулей, позволяют разместить полную комплектацию промежуточной опоры во внутреннем пространстве модулей в транспортном положении.

По предварительным оценкам, такой вариант позволяет транспортировать на одном автомобильном трейлере от 5 до 7 полностью укомплектованных опор с изолирующими траверсами, арматурой крепления траверс, элементов подвеса проводов, грозотроса и др. элементов опоры.

Кроме этого, компактность транспортного положения опоры позволяет минимизировать складские площади аварийного резерва энергетической системы.

Конструкция стойки из композитных материалов состоит из модулей в виде усечённых конусных труб различных диаметров. Разработаны шесть типов модулей, позволяющих собрать стойки необходимой высоты и требуемого класса напряжения опоры ВЛ.

Сборка стойки опоры из модулей может выполняться либо на организованном полигоне, либо на месте установки опоры ВЛ.

Сборка стойки представляет собой телескопическую стыковку модулей «конус в конус» с перекрытием (нахлестом) не менее 1,5 диаметра ствола в месте стыка.

После сопряжения модулей стойки необходима их подпрессовка, с продольным усилием до 40 кН, для плотной посадки с последующей фиксацией стыков путём применения разжимных анкеров.

Модули для стойки опор состоят из базовой стеклопластиковой композиции, воспринимающей основную механическую нагрузку.

Фундаментная установка опор выполняется, как правило, закреплением нижних модулей стойки в грунт в пробуренном котловане во всех типах песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтов.

Возможны доработки фундаментных подкрепляющих конструкций в виде обсадных труб, ригелей или свай с ростверками с учётом коэффициента пористости грунта.

При установке стоек в обсадную трубу, нижние модули допускается выполнять укороченными, в частности, для одноцепной опоры ПК220-1 нижний модуль может быть укорочен на 1,5 м, для двухцепной опоры ПК 220-2 нижний модуль может быть укорочен на 2м. Возможен фланцевый фундамент.

Для болотистых и скальных грунтов варианты фундаментов рассматриваются отдельно.

Как только производительность и гибкость этих модульных композитных опор стали широко известны, а их длительный срок службы - все более очевидным, старый метод для оценки «какие опоры стоит покупать», безусловно, может измениться.

Многие энергокомпании все еще будут покупать деревянные опоры, так как сравнительно низкая стоимость древесины позволяет приобрести большее количество опор за определенную сумму денег.

Однако, это решение о покупке опор, выполненных из древесины, абсолютно невыгодно из-за их обслуживания, что становится особенно очевидным, когда деревянные опоры начнут стареть.

Прочие расходы менее очевидны, но также существуют: с использованием более дешевых опор приходит осознание того, что надежность электрической сети становится ниже. Как и во многих решениях по коммерческим вопросам, должна быть проведена тонкая грань между доступностью в цене и надежностью.

Сосредоточив внимание на стоимости жизненного цикла опоры, так же, как это сделано для трансформаторов, энергокомпании могут теперь получить продукт (опору), который является одновременно доступным в цене и который значительно повысит надежность всей энергосистемы.

Для подтверждения вышесказанного выполним количественную оценку стоимости эксплуатации ВЛ по следующей методике.

Общая стоимость эксплуатации определяется как:

СЭ=ЗЕ+ЗЭ+ЗП+ЗВ+ЗК,

где: ЗЕ - единовременные затраты на организацию эксплуатации и ТОиР объекта;

ЗЭ - периодические затраты на эксплуатацию;

ЗП - затраты на проведение планового ТОиР;

ЗВ - затраты на проведение внепланового ТОиР;

ЗК - затраты на проведение капитального ремонта.

Единовременные затраты на организацию эксплуатации и ТОиР объекта могут определяться как:

ЗЕ = ЗЗИП + ЗОБ + ЗД + ЗОП,

где: ЗЗИП - затраты на приобретение начального комплекта запасных частей для проведения ТОиР объекта;

ЗОБ - затраты на приобретение необходимого оборудования и инструмента для проведения ТОиР;

ЗД - затраты на разработку и согласование документации по ТОиР;

ЗОП - затраты на обучение персонала и пр.

Периодические затраты на эксплуатацию объекта могут определяться как:

ЗЭ = ЗОТ + ЗСОЦ + ЗТОПЛ + ЗММ + Зпр_мат + ЗАМ + ЗЭ_ПР,

где: ЗОТ - затраты на приобретение комплекта запасных частей для проведения ТОиР объекта;

ЗСОЦ - отчисление на социальные нужды;

ЗТОПЛ - затраты на топливо (ГСМ и пр.);

ЗММ - затраты на эксплуатацию машин и механизмов;

Зпр_мат - прочие материальные затраты;

ЗАМ - амортизационные отчисления на оборудование для выполнения ТОиР;

ЗЭ_ПР - прочие затраты.

Затраты на проведение планового ТОиР, внепланового ТОиР и капитального ремонта могут определяться как:

ЗП (ЗВ; ЗК) = ЗП_ТОиР + Зсоц_ТОиР + Змат_ТОиР + ЗГСМ_ТОиР + ЗпрМАТ-ТОиР + Зам_ТОиР + Зпр_ТОиР;

где: ЗП_ТОиР - затраты на оплату труда персонала, занятого проведением планового ТОиР, внепланового ТОиР и капитального ремонта;

Зсоц_ТОиР - отчисление на социальные нужды;

Змат_ТОиР - затраты на материалы (запасные части), используемые при проведении планового ТОиР, внепланового ТОиР и капитального ремонта;

ЗГСМ_ТОиР - затраты на топливо (ГСМ и пр.);

ЗпрМАТ-ТОиР - прочие материальные затраты;

Зам_ТОиР - отчисление на амортизацию оборудования, используемого при проведении планового ТОиР, внепланового ТОиР и капитального ремонта;

Зпр_ТОиР - прочие затраты.

Стоимость эксплуатации ВЛ должна определяться по информации эксплуатирующей организации. В качестве исходных данных для расчетов предоставляются:

- перечень и стоимость начального комплекта запасных частей;

- перечень и стоимость необходимого оборудования для проведения осмотров и ремонтов;

- длительность проведения осмотров, ремонтных работ элементов ВЛ: опор, фундаментов, изоляции и т.п.;

- стоимость нормо-часа обслуживающего персонала;

- стоимость нормо-часа ремонтного персонала;

- перечень прочих затрат и их стоимостное выражение.

При определении состава и количества материалов, объема трудозатрат персонала и времени использования машин и механизмов необходимо учитывать тип и объем основного оборудования на единицу длины ВЛ, на 100 км или на один объект.

Таким образом, при выполнении сравнения стоимости эксплуатации ВЛ с различными типами опор, эксплуатирующей организацией должна быть выдана информация по каждому из рассматриваемых типов.

Методика оценки экономической эффективности проекта строительства ВЛ 110-220 кВ на композитных опорах для сравнения с ВЛ на опорах традиционных типов (металлические решетчатые и многогранные, железобетонные)

Оценка экономической эффективности проекта строительства ВЛ на композитных опорах выполняется на основании сравнения затрат на строительство ВЛ с опорами других типов.

Оценку экономической эффективности целесообразно выполнять также и с учетом затрат на эксплуатацию ВЛ с применением опор различных типов.

Оценка экономической эффективности проекта строительства ВЛ выполняется на стадии основных технических решений при разработке проектной документации. Расчеты ведутся на основании выполненных предварительных инженерных изысканий.

При разработке Основных технических решений оценка экономической эффективности выражается в выполнении технико-экономического сравнения вариантов строительства ВЛ. Технико-экономическое сравнение может быть выполнено, по меньшей мере, двумя способами - упрощенным и детальным.

При упрощенном сравнении предполагается, что для всех рассматриваемых вариантов марка провода и количество (стоимость) анкерных опор являются одинаковыми, а собственно сравнение выполняется только по стоимости строительства промежуточных опор и их фундаментов.

При этом, количество промежуточных опор различных типов определяется при расстановке по профилю трассы ВЛ на длине 5 или более километров. В расчетах учитывается также стоимость доставки промежуточных опор на место строительства. Результаты сравнения сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты сравнения при упрощенном сравнении

При необходимости, дополнительно может быть выполнено сравнение стоимости постоянного/временного отвода для различных типов опор (таблица 2).

Таблица 2 - Сравнение стоимости постоянного и временного отвода

1 Условное обозначение типа закрепления

При детальном сравнении необходимо выполнять оценку стоимости строительства ВЛ по всей длине трассы с учетом стоимости провода, промежуточных и анкерно-угловых опор и их фундаментов, стоимости доставки опор на место строительства.

При необходимости учитывается стоимость потерь электроэнергии при применении проводов различных марок.

Сравнение стоимости промежуточных опор в зависимости от их количества при применении с различными марками проводов, приводится в таблице 3.

Таблица 3 - Сравнение стоимости опор с различными проводами

Подсчет стоимости потерь электрической энергии на нагрев и корону приведен в таблице 4.

Таблица 4 - Стоимость потерь электрической энергии на нагрев и корону

Итоговая стоимость строительства промежуточных опор с учетом стоимости провода и стоимости потерь электрической энергии приводится в таблице 5.

Таблица 5 - Итоговая стоимость строительства промежуточных опор

Расчеты показали, что, несмотря на высокую удельную стоимость (композит примерно в три раза дороже оцинкованной стали), установка композитных опор обходится дешевле многогранных.

На наш взгляд, по технико-экономическим показателям, композитные опоры вполне готовы к применению, особенно с учётом того, что для класса напряжения 110 кВ и выше данные опоры давно уже применяются.

Список литературы

1. Бочаров Ю. Н., Жук В. В. К вопросу о композитных опорах воздушных линий // Труды Кольского научного центра РАН.2012.№1. URL:http://cyberleninka.ru/article

2. Преображенский, А.И. Стеклопластики - свойства, применения, технологии // Главный механик. 2010. №5. С. 27-36.

Размещено на Allbest.ru