ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКИХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 10 (6) кВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРОВЫХ И ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК Кабашов, Владимир Юрьевич

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Обзор работ по исследованию сближений проводов воздушных линий электропередачи при воздействии ветровых и гололедных нагрузок 14

1.1 Наблюдения за сближениями проводов воздушных линий электропередачи 14

1.2 Теоретические исследования сближений проводов при их колебаниях под действием ветра 20

1.3 Мероприятия по ограничению опасных сближений и повреждаемости проводов воздушных линий в гололедно-ветровых режимах 24

1.4. Постановка цели и задач исследования 32

ГЛАВА 2. Особенности динамического поведения проводов сельских вл 6-ю kb при воздействии ветровых и гололедных нагрузок 35

2.1 Анализ повреждаемости воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ 36

2.2 Комплекс экспериментальных линий по исследованию колебаний и сближений проводов малых сечений при воздействии ветровых

и гололедно-ветровых нагрузок 45

2.3 Влияние разрегулировки стрел провеса проводов малых сечений на их повреждаемость 56

2.4 Частотные и демпфирующие характеристики сталеалюминиевых проводов при их маятниковых колебаниях 65

2.5 Влияние диаметра проводов на их подверженность пляске при, воздействии ветра и гололеда

2.6 Влияние стрелы провеса провода на его крутильную жесткость и параметры гололедных отложений 91

2.7 Определение координат и зоны возможного схлестывания проводов В Л 6-1 ОкВ 98

2.8 Выводы по главе 105

Глава 3. Исследование сближений проводов сельских вл 6-ю кв при воздействии ветра 108

3.1 Математическая модель сближения фазных проводов сельских ВЛ 6-10 кВ при воздействии ветра 108

3.2 Экспериментальная оценка расстояний между проводами при их сближениях под действием ветра 124

3.3 Влияние гололедно-изморозевых отложений на сближение проводов при их маятниковых колебаниях под действием ветра 131

3.4 Мероприятия по ограничению сближений проводов В Л 6-10 кВ при ветре 143

3.4.1 Определение горизонтальных расстояний между проводами, исключающих их опасные сближения при ветре 143

3.4.2 Гашение маятниковых колебаний проводов с помощью инерционных гасителей 150

3.4.3 Ограничение сближения проводов путем установки демпфирующих распорок 158

3.5 Выводы по главе 166

ГЛАВА 4. Исследование сближений проводов сельских в Л 6-Ю КВ при пляске и разработка эффективных средств защиты при пляске 169

4.2 Результаты испытаний гасителей пляски проводов на В Л 6-Ю кВ и оценка их эффективности 186

4.3 Повышение аэродинамической устойчивости провода при ветре и гололеде 195

4.3.1 Гасители, активно воздействующие на процессы гололедообразования и пляски 195

4.3.2 Аэродинамически стабильный провод и результаты его испытаний 213

4.4 Применение плавки гололеда с целью предотвращения , пляски проводов 225

4.5 Дистанционное обнаружение пляски и начала гололедообразования на проводах ВЛ ЮкВ 236

4.6 Выводы по главе 253

ГЛАВА 5. Исследование перемещений проводов малых сечений при опадении гололедных отложений 256

5.1 Модель закручивания провода по длине пролета в процессе гололедообразования 257

5.2 Определение зависимости угла закручивания провода от погонной массы гололедных отложений 265

5.3 Методика и результаты измерений перемещений проводов при опадении гололедных отложений 275

5.4 Выводы по главе 284

ГЛАВА 6. Совершенствование конструкции креплений проводов к штыревым изоляторам на ВЛ 6-Ю KB 286

6.1 Исследование работоспособности креплений провода к штыревому изолятору проволочной вязкой 286

6.2 Анализ опыта эксплуатации антивибрационного зажима ЗАК-10-1 298

6.3 Разработка зажимов с ограниченной прочностью заделки для крепления проводов к штыревым изоляторам 304

6.4 Разработка жестких зажимов для крепления проводов с целью исключения разрегулировки их стрел провеса 309

6.5 Выводы по главе 319

Основные выводы 321

Библиографический список

• Мероприятия по ограничению опасных сближений и повреждаемости проводов воздушных линий в гололедно-ветровых режимах
• Влияние разрегулировки стрел провеса проводов малых сечений на их повреждаемость
• Влияние гололедно-изморозевых отложений на сближение проводов при их маятниковых колебаниях под действием ветра
• Гасители, активно воздействующие на процессы гололедообразования и пляски

Введение к работе

Актуальность темы. Современное высокомеханизированное и электрифицированное сельское хозяйство предъявляет повышенные требования к надежности и бесперебойности электроснабжения. Недоотпуск электроэнергии, перерывы в электроснабжении предприятий агропромышленного комплекса влекут за собой как прямой экономический ущерб, связанный с его восстановлением, так и технологический, обусловленный порчей сельхозпродукции.

Надежность электроснабжения сельскохозяйственных потребителей непосредственно связана с аварийными отключениями распределительных сетей, наибольшее число которых приходится на воздушные линии электропередачи напряжением 10 (6) кВ при воздействии ветровых и гололедных нагрузок.

Большинство аварийных отключений при воздействии ветровых и гололедно-ветровых нагрузок связано с различными колебаниями проводов, вызывающими их сближения на опасные в изоляционном отношении расстояния, короткие замыкания и обрывы. Однако до настоящего времени характер и параметры взаимных перемещений проводов малых сечений в различных динамических режимах (несинхронные раскачивания проводов при ветре, пляска, подскок провода при опадении гололедно-изморозевых отложений) малоизуче- ны и не учитываются при выборе расстояний между проводами по условиям их сближения в пролете ВЛ 10 (6) кВ. Применяемые на ВЛ 35-500 кВ известные устройства для подавления колебаний проводов и ограничения их сближений на ВЛ 10 кВ малоэффективны, т.к. не учитывают их конструктивные особенности. Поэтому повышение надежности сельских ВЛ 10 (6) кВ путем снижения их аварийных отключений в условиях воздействия ветровых и гололедно - ветровых нагрузок является актуальной проблемой, имеющей большое народнохозяйственное значение. Она соответствует стратегическим целям федеральной целевой программы «Социальное развитие села до 2012 г.» (п. 7 «Развитие электрических сетей в сельской местности»), утвержденной Постановлениями Правительства РФ № 858 от 3 декабря 2002 г. и № 143 от 5 марта 2008 г.

Цель исследования. Повышение надежности сельских воздушных линий электропередачи 10 (6) кВ путем демпфирования низкочастотных колебаний и ограничения сближений проводов, вызванных воздействием ветровых и гололедных нагрузок.

Задачи исследования:

1. Разработать математическую модель процесса сближения фазных проводов сельских ВЛ 10 (6) кВ при воздействии ветра.

2. Провести теоретические исследования маятниковых колебаний проводов малых сечений с учетом эксцентричных гололедных отложений.

3. Разработать методику и провести экспериментальные исследования сближения проводов ВЛ 10 (6) кВ в полевых условиях при разных скоростях и направлениях ветра, степени разрегулировки их стрел провеса, длинах пролета, параметрах гололедно-изморозевых отложений.

4. Изучить влияние закручивания проводов малых сечений в пролете на величину и характер их перемещений при сбросе гололедно -изморозевых отложений.

5. Разработать методику определения продолжительности плавки эксцентричных гололедных отложений, проводимой для прекращения пляски проводов малых сечений; методы и средства для дистанционного обнаружения пляски проводов ВЛ 10 кВ и прогнозирования ее возникновения с целью своевременного проведения плавки гололедных отложений.

6. Разработать на базе проведенных теоретических и экспериментальных исследований и внедрить в производство эффективные устройства для демпфирования колебаний и ограничения сближений проводов ВЛ 10 (6) кВ, включая более совершенные конструкции креплений провода к штыревому изолятору.

Объект исследования. Сельские воздушные линии электропередачи напряжением 10 (6) кВ в условиях воздействия ветровых и гололедных нагрузок.

Предмет исследования. Физические процессы взаимных перемещений проводов малых сечений при различных видах их низкочастотных колебаний, методы и средства по ограничению их сближений, возникающих в условиях воздействия ветровых и гололедных нагрузок.

Методы исследования. В работе использованы метод А.Н. Крылова при решении нелинейного уравнения маятниковых раскачиваний провода; уравнения Лагранжа при составлении модели маятниковых колебаний провода, покрытого эксцентричным гололедным отложением; методы теории вероятностей и математической статистики при определении закона распределения амплитуд пляски проводов и обработке полученных экспериментальных данных.

На защиту выносятся:

1. математическая модель сближения фазных проводов сельских ВЛ 10 (6) кВ при воздействии ветра, учитывающая разрегулировку их стрел провеса, изменение частотных и демпфирующих характеристик;

2. результаты теоретических исследований маятниковых колебаний проводов малых сечений при образовании на них эксцентричных гололедных отложений;

3. результаты исследований закручивания проводов малых сечений в зависимости от их стрел провеса, параметров и массы гололедно-изморозевых отложений;

4. методика и экспериментальная оценка сближений проводов в полевых условиях при разных скоростях и направлениях ветра, степени разрегулировки стрел провеса проводов, длинах пролета, параметрах гололедно-изморозевых отложений; величины и характера перемещений провода при сбросе гололедных отложений с учетом его предварительного закручивания;

5. методика определения времени плавки эксцентричных гололедных отложений, характерных для режимов пляски проводов на ВЛ 10 кВ; методы и средства для дистанционного обнаружения пляски, прогнозирования возможности ее возникновения;

6. комплекс технических устройств по ограничению сближений проводов при различных видах их колебаний, разработанных на основе исследований динамического поведения проводов сельских ВЛ 10 (6) кВ в условиях воздействия ветровых и гололедно-ветровых нагрузок.

Научная новизна результатов диссертационной работы.

6. 1. Теоретически разработана и экспериментально подтверждена математическая модель сближения проводов малых сечений при их маятниковых раскачиваниях под действием ветра, позволяющая определять минимальные расстояния между фазными проводами ВЛ 10 (6) кВ по длине пролета с учетом возникающей на практике разрегулировки стрел провеса проводов, изменения их частотных и демпфирующих характеристик.

   2. Теоретически установлено возникновение крутильных колебаний провода и уменьшение частоты его маятниковых качаний при образовании гололеда эксцентричной формы за счет массы и момента инерции отложения относительно его центра тяжести.

   3. Получены на основе теоретического и экспериментального изучения процесса гололедообразования данные о закручивании проводов малых сечений по длине пролета при разных стрелах провеса (тяжениях), видах, параметрах и погонной массе гололедных отложений.

   4. Предложена методика проведения экспериментальных исследований сближения проводов, включающая строительство (при участии автора) специального комплекса ВЛ 10 кВ в натуральную величину в полевых условиях и разработку (на уровне изобретений) устройств для определения амплитуд колебаний одиночных проводов, дистанционного измерения взаимных перемещений проводов в пролете, определения формы и размеров гололедно- изморозевых отложений.

   5. Получены новые экспериментальные зависимости расстояний между проводами при их максимальных сближениях в натурных пролетах ВЛ 10 кВ от скорости и направления ветра, степени разрегулировки стрел провеса, длины пролета, параметров гололедно-изморозевых отложений; вертикальных перемещений и горизонтальных отклонений провода при сбросе гололедно- изморозевых отложений от его предварительного закручивания.

   6. Разработаны новые методы и технические средства для демпфирования низкочастотных колебаний и ограничения сближения проводов ВЛ 10 (6) кВ при воздействии ветровых и гололедных нагрузок, дистанционного обнаружения пляски проводов, новизна которых подтверждена авторскими свидетельствами и патентами.

   Практическая значимость и реализация результатов работы:

   1. 1. 1. Предложены рекомендации по выбору оптимальных расстояний между проводами, исключающих их опасные сближения при воздействии ветра, в режимах пляски проводов, при сбросе гололедно-изморозевых отложений, которые могут быть использованы при проектировании ВЛ 10 кВ.

         2. Предложена методика определения продолжительности плавки эксцентричных гололедных отложений, характерных для режимов пляски проводов малых сечений.

         3. Разработаны на уровне изобретений способ дистанционного определения пляски проводов с датчиками для ее обнаружения и устройства для контроля гололедообразования, которые могут быть использованы для получения достоверной информации о возникновении пляски и своевременного проведения плавки гололеда.

         4. Разработаны на уровне изобретений провод новой конструкции с повышенной аэродинамической устойчивостью, устройства для демпфирования низкочастотных колебаний и ограничения сближений проводов ВЛ 10 (6) кВ, более совершенные крепления провода к штыревому изолятору.

         5. Разработанные технические устройства по ограничению сближения проводов после успешных испытаний в полевых и лабораторных условиях внедрены в энергетических системах «Башкирэнерго», «Куйбышевэнерго», «Че- лябэнерго», «Алма-Атаэнерго», «Карагандаэнерго», «Запказэнерго», «Гомель- энерго», «Винницаэнерго», а также в пяти нефтегазодобывающих управлениях, на 12 промышленных предприятиях, на 30 участках энергоснабжения железных дорог России и стран СНГ.

         6. Материалы выполненных в диссертации исследований используются в учебном процессе студентами энергетического факультета Башкирского ГАУ.

         Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Башкирского ГАУ (1978-2002 гг.), в лаборатории надежности линий электропередачи Казахского НИИ энергетики (Алма-Ата, 1977, 1989 гг.), на трех региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов (Уфа, 1981, 1986, 1998 гг.), на Всесоюзном совещании «Повышение надежности электроснабжения сельского хозяйства» (Москва, 1982 г.), на техническом совете ПОЭ и Э «Башкирэнерго» (Уфа, 1984, 1987 гг.), на трех республиканских научно-практических конференциях: в Башкирском ГАУ (1984, 1988 гг.), в Уфимском ГАТУ (1999 г.), на кафедре электроснабжения сельского хозяйства МИИСП им. В.П. Горячкина (Москва, 1987 г.), на международной научно-технической конференции «Достижения науки - агропромышленному производству» (Челябинск, 2005 г.), на шести Всероссийских научно- практических конференциях, проводимых в рамках XV-XX международных специализированных выставок «Агрокомплекс» (Уфа, 2005-2010 гг.), на Всероссийской научно-технической конференции «Электротехнологии, электропривод и электрооборудование предприятий» (Уфа, УГНТУ, 2007 г.), на II ежегодной международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (Липецк, 2007 г.).

         Разработанные устройства по ограничению сближений проводов ВЛ 10 (6) кВ неоднократно экспонировались на ВДНХ СССР, ВДНХ БАССР, Международной ярмарке в Индии (Нью-Дели, 1984 г.). Автор награжден двумя серебряными медалями ВДНХ СССР.

         Публикации. По материалам диссертации опубликовано 98 научных работ, в том числе две монографии, 58 статей в научных журналах, из них 17 в, изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 38 изобретений, которые отражают содержание работы и новизну технических решений.

         Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка и 19 приложений. Работа изложена на 356 страницах машинописного текста, включая 79 рисунков, 36 таблиц, библиографический список из 262 наименований.

         Мероприятия по ограничению опасных сближений и повреждаемости проводов воздушных линий в гололедно-ветровых режимах

         Сближения проводов ВЛ при коротких замыканиях подробно изучены в работах [100, 115, 128, 207, 210, 214, 221]. В работе [100] рассматривается неустановившееся движение проводов при двухфазном коротком замыкании. При отталкивании короткозамкнутых проводов друг от друга (линия представлена в виде трех горизонтально расположенных проводов) средний провод сближается с неповрежденной фазой. При длине пролета 300 м (провод АС-150/24), расстоянии между фазными проводами 5 м, стреле провеса 7,5 м и амплитудах периодических составляющих токов короткого замыкания 10000 А, расстояние между средним проводом и проводом неповрежденной фазы в середине пролета в момент его наибольшего отклонения уменьшается до 20% от первоначального.

         Сближение проводов при сбросе гололедных отложений изучено недостаточно. Имеются теоретические и экспериментальные исследования подскока проводов в вертикальной плоскости при сбросе грузов, имитирующих гололедную нагрузку, применительно к ВЛ 35-220 кВ [21, 30, 57, 91, 132, 204, 224]. В ряде работ [3, 31, 55, 193, 216] указывается на возможность опасных сближений между проводом, нагруженным гололедом и проводом, освобожденным от него.

         Особенностью поведения проводов В Л 6-10 кВ является их значительное закручивание под действием эксцентричной нагрузки, возникающей при образовании одностороннего гололеда. При опадении гололедных отложений возникающие упругие силы сопротивления крутящему моменту приводят к сложным формам перемещения провода. На сложную форму перемещения проводов указывали О. Г. Вексельман [29] и А. А. Глазунов [43]. Горизонтальные отклонения проводов при таких перемещениях увеличивают вероятность их опасных сближений. Однако, в научных работах отсутствуют данные о величине и характере перемещения (подскока) проводов при сбросе гололеда в пролетах В Л 6-10 кВ. Поэтому потребовалось изучение различных видов отложений на проводах малых сечений в естественных условиях гололедообразования, влияния их параметров на величину закручивания проводов, проведение экспериментальных исследований перемещений провода при сбросе гололедных отложений с учетом его предварительного закручивания.

         Значительная часть опасных сближений и схлестываний связана с динамическим поведением проводов при пляске и порывистых ветрах [14, 35, 147, 152, 163, 203]. В работе [147] показано, что по этим причинам в энергосистемах происходит до 50% продолжительности аварийных перерывов электроснабжения.

         Пляска проводов как фактор, снижающий надежность работы воздушных линий электропередачи, исследуется давно. Проблема пляски занимает значительное место в работах В. В. Бургсдорфа, Р. М. Бекметьева, И. И. Власова, Э. С. Глебова, А. Я. Либермана, Е. П. Миронова, Д. С. Савваитова, В. А. Шкапцова, Л. В. Яковлева, а также зарубежных исследователей Дж. Ден-Гартога, В. Даниеля, Ж.-Л. Лильена, Дж. Ратковского, А. Ричардсона, А. Эдвардса.

         Особое внимание в работах этих авторов уделено наблюдениям за пляской проводов В Л ПО кВ и выше, так как считалось, что повторяемость пляски на линиях с проводами большого диаметра значительно выше, чем на линиях относительно низкого класса напряжения с проводами малого диаметра [15, 23, 37, 101]. Однако опыт эксплуатации в электросетевых предприятиях Башкирской энергосистемы приводит к противоположному выводу: пляска проводов ВЛ 6-10 кВ наблюдается чаще, чем в сетях 35—110 кВ, и практически распространена по всей территории Башкирии [152, 163, 169]. Так, за период с 1967 по 1971 гг. из-за пляски проводов ежегодно повреждалось 12...38% общего числа В Л 6-10 кВ [152]. Эти разногласия могут быть устранены только на основе результатов наблюдений за процессом гололедообразования в естественных условиях одновременно на проводах разного диаметра. Исследования пляски проводов В Л 6-10 кВ выполнены в работах Ф. X. Усманова и Ю. Ж. Байрамгулова [9, И, 152, 154, 155, 162, 163, 169]. В них приведен анализ повреждаемости элементов пролета ВЛ при пляске, выполнены наблюдения за пляской проводов малых сечений в полевых условиях с фиксированием ее основных параметров и сопутствующих метеорологических условий, определены усилия, действующие на элементы пролета в процессе пляски. Результаты исследований показали необходимость координации расстояний между проводами В Л 10 кВ по условиям их опасных сближений при пляске.

         Определяющим параметром пляски при оценке возможных сближений проводов является ее амплитуда. В большинстве работ, выполненных на основе наблюдений, приводится лишь величина двойной амплитуды (размаха) пляски проводов, которая на ВЛ-6-10 кВ достигает 2...3 м [105, 152], на ВЛ 35 кВ - 4 м [105], на ВЛ 110-330 кВ - 6 м [15, 52, 93, 147], на ВЛ 500 кВ - 7 м [44], а в отдельных случаях 10 м [26, 105]. Однако данные приведены без соотношения к стрелам провеса проводов, что затрудняет оценку возможности их опасного сближения.

         Амплитуда пляски проводов изменяется в широких пределах.-Отношение амплитуды пляски к стреле провеса проводов находится в пределах 0,1...1,0 [218], однако в работе [155] приводится другой диапазон: 0,1...0,4. Существенное различие в приведенных данных объясняется тем, что амплитуда пляски является случайной величиной и зависит от многих независимых факторов: аэродинамических характеристик профиля провода с гололедом, скорости и направления ветра, механических параметров провода в пролете. Поэтому возникла необходимость в проведении измерений амплитуд пляски проводов на В Л 6—10 кВ в полевых условиях и определении закона распределения вероятностей полученных опытных данных.

         Влияние разрегулировки стрел провеса проводов малых сечений на их повреждаемость

         Существенное влияние на характер маятниковых раскачиваний проводов оказывают их демпфирующие характеристики, определяющие потери энергии при колебаниях. Большое значение при этом имеет учет потерь энергии на внутреннее трение, возникающее в витых проводах при перемещении отдельных повивов относительно друг друга, микроперемещениях между алюминиевыми жилами и стальным сердечником, а также в местах крепления провода к штыревому изолятору. Так как механизм возникновения внутренних потерь в проводе при колебаниях мало изучен и не поддается аналитическому описанию, логарифмический декремент внутреннего трения определяется экспериментально путем исследования свободных затухающих маятниковых колебаний проводов в неподвижной среде.

         Исследования по определению величины логарифмического декремента внутреннего трения при маятниковых колебаниях проводов малых сечений в России и за рубежом не проводились. Некоторые общие сведения по этому вопросу приведены в работах [47, 104, 109], при этом в работе [47] применительно к контактным проводам компенсированной цепной подвески ПБСМ-70+МФ-100, в работе [109] - для шара, подвешенного на нити, а в работе [104] указан лишь диапазон значений коэффициента поглощения) энергии колебаний для проводов и стальных канатов: 0,10...0,30. Однако, в этих трудах отсутствуют данные, позволяющие определить влияние стрелы провеса и марки провода на величину декремента затухания. Поэтому нами экспериментально были определены значения логарифмического декремента внутреннего трения при маятниковых колебаниях проводов малых сечений (АС-35/6,2; АС-50/8,0 и АС-70/11,0) при разных стрелах провеса [82].

         Эксперименты проводились в безветренную погоду путем измерения последовательных амплитуд свободных затухающих маятниковых колебаний проводов, закрепленных на высоте 3 м в пролете длиной 50 м.

         Для измерения амплитуд маятниковых колебаний проводов нами разработано специальное устройство (авторское свидетельство №843069) [242]. Оно содержит (рисунок 2.14) нити 1 (по числу проводов), одним концом жестко

         Устройство для определения амплитуд маятниковых колебаний проводов закрепленные на проводе 2. К другому концу нитей подвешены грузы 3, размещенные подвижно в вертикальных направляющих 4, выполненных в виде прозрачных цилиндрических трубок, закрепленных на стойке 5. Для точного и непрерывного измерения перемещения проводов перед устройством устанавливается кинокамера 6, при этом для определения направления перемещения проводов на нитях 1 закреплены фиксирующие метки 7. Масса груза 3 выбирается экспериментально, чтобы нить 1 в положении равновесия провода 2 находилась в натянутом состоянии. Устройство устанавливается в середине пролета.

         Для определения амплитуд маятниковых колебаний проводов необходимо установить зависимость между угловыми перемещениями провода и линейными перемещениями груза в вертикальных направляющих1 устройства. Для этого величину перемещения груза определим приращением длины нити А/ (рисунок 2.15), возникающим при отклонениях провода от положения равновесия, из полученного нами выражения: где а- расстояние между проводами по горизонтали, а=1,2м; а - расстояние между осями вертикальных направляющих, а = 0,14 м; И - расстояние от поверхности земли до верхней части вертикальных направляющих, h = 1,2 м; h - высота закрепления провода в пролете, h =3 м.

         В выражении (2.42) знак (+) берется при отклонении провода в положительном направлении (от устройства), знак (-) — при отклонении провода в отрицательном направлении (к устройству). Рисунок 2.15 Схема расположения устройства в опытном пролете ВЛ Полученные на основе расчетов по формуле (2.42) зависимости линейных перемещений груза от угловых перемещений провода (приложение А) показали, что более высокая точность при измерении амплитуд маятниковых колебаний достигается при отклонениях провода в положительном направлении.

         Величина логарифмического декремента внутреннего трения определялась по известной формуле [6, 104] S = \n- -, (2.43) где щ - амплитуда затухающего колебания, замеренная в момент времени t; pt+nT - амплитуда затухающего колебания через период Т, замеренная в момент времени t+T; Т - период колебания. Полученные в результате обработки кинопленки и расчетов по формуле (2.43) средние значения логарифмического декремента внутреннего трения для проводов малых сечений приведены в таблице 2.6.

         С увеличением, диаметра провода логарифмический декремент уменьшается. Это.объясняется тем, что провода большего сечения при одной и той- же стреле провесам имеют большие значения продольных усилий, что уменьшает трение.между проволоками в повиве провода и микроперемещения между алюминиевыми-жилами шстальным сердечником.

         Таким образом, экспериментальные- исследования» позволили- выявить зависимости логарифмического декремента, внутреннего трения от стрелы провеса и марки проводов. Эти зависимости показывают,.что,возникающая.при эксплуатации Л 6-ШкВ относительная разрегулировка стрелшровеса фазных проводов от 0,2 до 0,6 вызывает соответствующие- изменения логарифмического декремента: на 7,8...23,4% для проводов АС-35/6,2 (при /j = 0,7 м), на 6,2... 19,8% для проводов АС-50/8,0 и на 5,1.. .16,2% для проводов

         Зависимость логарифмического декремента внутреннего трения при маятниковых колебаниях проводов от стрелы провеса: 1 - АС-35/6,2; 2 - АС-50/8,0; 3 - АС-70/11,0 возникающими при обтекании воздушным потоком проводов, покрытых гололедом. В работах [15, 23, 37, 101] отмечается, что подверженность пляске линий с проводами большого диаметра и линий сверхвысокого напряжения с пучками проводов в фазе значительно выше, чем; линий относительно низкого: класса напряжения с проводами малого диаметра. Однако, опыт эксплуатации; в і сетевых предприятиях Башкирской энергосистемы. приводит к; противоположному выводу: пляска проводов! в сельских сетях 6—10; кВ более часто повторяется- ш более широко распространена; чем в сетях 35—500; кВ! [152, 163, 169]. В: отдельные гололедные сезоны явление пляски? охватывает почти: всю; территорию Башкирии. За период с: 1967 по 1971 гг. из-за пляски-проводові ежегодно повреждалось .12...38% общего; числа ВЛ; 6-10 кВ. На комплексе экспериментальных линий: (см. раздел 2.2) в гололедные- сезоны; 1973-1976 гг. зафиксировано 210 случаев; пляски проводов ВЛ; 10 кВї [155]. Єледует отметить, что пляска проводов В Л ;35 кВ и выше распространена лишь на 40% территории республики,[163]. .

         Изучение; особенностей сельских сетей 6-10 кВ позволило установить присущие линиям, данного класса отличия и специфичность возникновения и протекания в них явленияпляски проводов.

         Визуально-инструментальные: наблюдения, выполненные в полевых условиях,.показали, что пляска возникает чаще при односторонних гололедных отложениях, покрывающих лишь наветренную поверхность провода-[155 171]. Поэтому нами были определены форма и размеры, односторонних гололедных отложений на проводах разного; диаметра после окончания; процесса гололедообразования (таблица 2.8). На проводах с малым диаметром форма поперечного сечения провода с гололедом более существенно (чем на проводах большого диаметра) отличается от круглой формы, так как с увеличением диаметра провода стенка гололедного отложения уменьшается. Для количественной оценки отличия формы сечения провода с гололедом от круглой введем показатель формы гололедного отложения на проводе:

         Влияние гололедно-изморозевых отложений на сближение проводов при их маятниковых колебаниях под действием ветра

         Горизонтальное расстояние между проводами ВЛ 6-10 кВ ограничивается возможностью выполнения работ по закреплению провода к изолятору с опоры (без выхода персонала на траверсу) без нарушения требований эргономики труда. Поэтому были изучены условия выполнения работ по монтажу провода на опорах с траверсами повышенной длины [170]. Экспериментальные исследования показали, что работы по закреплению провода на опоре (монтаж изолятора, закрепление- провода на изоляторе) выполняются без затруднения при длине траверсы до 1,7 м.

         Подтверждением результатов! проведенных нами исследований и представленных рекомендаций является опыт эксплуатации ВЛ 6—10 кВ на одностоечных опорах с горизонтальными расстояниями» 1,5 м и выше.

         Мероприятиями по повышению надежности электроснабжения-объектов нефтедобычи, утвержденными- Министерством нефтяной промышленности» СССР в 1976- году, регламентировано, что межфазные расстояния между проводами В Л 6-10 кВ при новом строительстве должны быть не менее Г,5 м, при капитальном,ремонте линий должны доводиться до 1,5-м. По данным ПО «Башнефть» по состоянию на 1991 год на балансе-подразделений находилось 9630 км ВЛ 6-10 кВ, при этом за счет нового строительства и реконструкции, действующих сетей у 8600 км ВЛ? 6—10 кВ" горизонтальные межфазные расстояния-составляли» 1,5...1,6-м. Проведение данного?мероприятия позволило существенно повысить надежность электроснабжения нефтепромыслов, практически исключив- массовые отключения ВЛ при1 скоростях ветра; превышающих 20...22 м/с. Применение траверс с увеличенными горизонтальными межфазными расстояниями (1,5... 1,6 м) не привело к каким-либо затруднениям при строительстве и ремонте ВЛ.

         Сетевые предприятия ПОЭиЭ «Башкирэнерго» также имеют некоторый опыт эксплуатации В Л 10 кВ с повышенными горизонтальными расстояниями, принятых, в основном, на баланс от нефтяников. По данным ПОЭиЭ «Башкирэнерго» накоплен опыт 800 км-лет эксплуатации В Л 10 кВ. с межфазными горизонтальными; расстояниями- от 1,5 до 1,7 м; Анализ; работы таких В Л показал их высокую? надежность.в ветровых режимах.

         Детальный, анализ опыта эксплуатации: ВЛ? 10, кВ с увеличенными: межфазнымш горизонтальными расстояниями. выполнен по Белебеевскому ПЭ(5 Башкирэнерго, в: зоне которого І расположены: объекты: нефтедобычи; Всего на? обслуживании?зтого предприятиягааходитсяі41,6 кмгВЛІ 1 ОкВІс увеличенными . длинами траверс:: 13 7 км-: с. траверсами: длиной? 1,5і мс ж 27,9 кт с:траверсамш длиной 1,7 м:. Траверсы, на железобетонных опорах установлены в периоде 1985—1989- гг.:. Длина пролетов составляет от 40» до 60 ML Участки: ВЛІ расположены : ВІІІІ районе по ветру и віІШ (12,0%, от общей- протяженности);, Ш (47,8%); особом:(40J2%) районах по»гололеду. тказові этих; ВЛ , вызванных опасньшш сближениями? проводов прш воздействии ветра; не возникало: днаког на ВЛ? 10 кВ построенных: по типовым; проектам; отказы такого- характера: достигали! 60% . от общей повреждаемостшпроводЬв.1Шри скоростях:ветра более 22!..25 м/снаблюдались . массовые:отключения: линий электропередачи: (до 20% фидеров от их:общего числа);.

         Такимі образом; проведенные: исследования? показали; .что? увеличение: горизонтальных: расстояний- между проводами: ВЛі 10 кВЕ существенное повышает их работоспособность, предотвращая» опасные сближения, проводов? при воздействии ветра:. .На основе выполненных расчетов! рекомендуется» нат линиях нового строительства вvE иЛЕ районах по? ветру; применять, траверсы. длиной? 1,5 м,.в III w,Ш — 1,6 м, V — 1,7 м. Высокая-надежность,такихїВЛї подтверждается опытом их эксплуатации в ветровых режимах.

         На действующих ВЛ! 6—10 кВ удлинение траверс требует выполнения громоздких реконструктивных работ с длительными перерывами электроснабжения потребителей.. В связи с этим ниже нами рассмотрены перспективные методы, и устройства ограничения: сближений проводов: при ветре, предусматривающие- их активное воздействие на колебательные процессы.

         Проведенные теоретические исследования позволили обосновать методы предотвращения опасных сближений проводов при их маятниковых колебаниях. Снижение интенсивности маятниковых колебаний проводов может быть достигнуто применением гасителей с элементами, подстраивающими частоту своих движений к частоте возникающих колебаний.

         Рассмотрим (рисунок 3.10) малые маятниковые колебания провода с гасителем в виде цилиндрического кольца радиусом гк, расположенным в середине пролета, и размещенным в кольце грузом весом Рг и радиусом гг. Такая система будет иметь две частоты колебаний: собственных маятниковых колебаний провода и перекатывания груза в кольце гасителя. При равенстве или кратности этих частот будет происходить гашение колебаний проводов. Обозначим угловое отклонение провода с гасителем относительно вертикальной плоскости через Д, груза гасителя в кольце относительноt вертикали

         Гасители, активно воздействующие на процессы гололедообразования и пляски

         Для подтверждения- способности разработанного гасителя повышать аэродинамическую устойчивость провода при гололедообразовании путем снижения подъемной силы была выполнена продувка в аэродинамической трубе КазНИИЭ участка провода без гасителя и. оснащенного гасителем с имитацией гололедных отложений. Имитация гололедных отложений была выполнена пластилином по форме, идентичной представленной- на рисунке 4.8а. Аэродинамические характеристики определялись при скоростях воздушного потока 6 и 12 м/с, характерных для режимов пляски проводов.

         Проведенные испытания показали, что при скорости воздушного потока 12 м/с подъемная сила- на участке провода с гасителем не возникала. При скорости 6 м/с наблюдались незначительные по величине- и переменные по знаку колебания подъемной силы (рисунок 4.9), при этом наибольшие значения коэффициента подъемной силы для провода с гасителем были в 3,5...7,7 раза меньше, чем для провода без гасителя. Во всем диапазоне изменения угла атаки а, включая зону отрицательного наклона графика функции cy=f(a), выполнялось условие устойчивости по Ден-Гартогу [50].

         Характер изменения коэффициента подъемной силы доказывает, что.при обдувании воздушным потоком воздуха поверхности с переменным по длине профилем неправильной формы в каждом поперечном сечении возникают разные по величине и знаку значения подъемной силы. Это нарушает регулярность сил аэродинамического воздействия, распределенных по длине гасителя с гололедным отложением, в результате чего существенно уменьшается интенсивность или даже исключается возникновение колебаний провода.

         Согласно нашим наблюдениям и сведениям, представленным в работах [58, 155], пляска проводов ВЛ 6—10 кВ часто возникает с двумя полуволнами в пролете, поэтому разработанный гаситель устанавливается в зоне 1/4 и 3/4 длины пролета. Для эффективного воздействия на колебательный процесс необходимо устанавливать гасители на части длины провода с тем, чтобы существенно снизить зону подвода активной энергии (разницы между долей энергии ветрового потока, которая преобразуется колебательной системой и направляется на поддержание пляски, и энергией, расходуемой колебательной системой на преодоление аэродинамических сопротивлений). Поэтому эффективность гасителя будет определяться его размерами, в частности, общей длиной оборудованных гасителями участков провода В пролете.

         Согласно методике, представленной в работах [15, 44] и основанной на расчленении колебательного цикла на элементарные процессы с последующим суммированием результатов, расчет активной энергии выполняется по формуле: - путь, проходимый отрезком провода А/ по вертикальной оси координат; LtJ - подъемная аэродинамическая сила; / - порядковый индекс отрезка провода А/ (/ = 1,2...и); J - порядковый индекс времени t для каждого положения провода; 2q - число положений провода в течение одного колебания.

         В общем случае подъемная сила L определяется следующим выражением: скорости вертикального и горизонтального перемещений провода; сх = fD{cc\— зависимости коэффициентов лобового с = fL{cc) сопротивления и подъемной силы от угла атаки а сСф — первоначальный угол сечения провода с гололедом относительно ветрового потока. С учетом проведенных в аэродинамической трубе испытаний провода с гасителем на устойчивость можно принять, что на участке провода с гасителем отсутствует подвод активной энергии для поддержания пляски. Поэтому при расчете активной суммарной энергии участки провода в зонах установки гасителей из рассмотрения исключаются. При установке гасителей на проводе в двух зонах пролета выражение для расчета активной энергии представим в следующем виде: где хх, л з - координаты начала зоны действия гасителя; х2,х4- координаты конца зоны действия гасителя.

         Для предотвращения пляски проводов необходимо, чтобы активная суммарная энергия была меньше потерь энергии на внутреннее трение, возникающих из-за перемещения отдельных повивов провода относительно друг друга, трения между ними, деформаций растяжения кручения:, Изгиба провода, а также его перемещений в местах крепления к штыревому изолятору

         Таким образом, для;расчетаэффективности гасителей требуются! данные о форме, размерах, ориентации гололедного осадка» на; проводе: и: s зоне установки; гасителей,, соответствующие: им аэродинамические: характеристики которые изменяются случайным? образом в процессе гололедообразоваиия а-также сведения;: о потерях энергии на, внутреннее трение, в проводе ггри? его колебаниях. Теоретически: определить эти параметры не: представляется возможным:. Для» их, получения? .необходимо v проведение: трудоемких-- экспериментальных работ как на4 лабораторных стендах; так ш в: натурных условиях. Поэтому для определения: оптимальной; зоны охвата гасителями проводов; позволяющей предотвратить их пляску, нами были, выполнены визуально-инструментальные. наблюдения: в; течение семи? гололедно-ветровых СЄЗОНОВЙ[75]Ї

         Касителшустанавливались-.в трехг опытных: пролетах:; длиной? по 50VM на; двух проводах, каждого пролета : в»зоне: 1/4 m 3/4 его? длины, при? этолх третий провод,использовался-в: качестве контрольного; Жри испытаниях зонаі охвата проводатасителямшсоставляла 12,16; 20%;.

         За; указанный: период испытаний зарегистрировано? 32. случая: пляски контрольных проводов. Пляска проводов; наблюдалась вз. вертикальной плоскости: с; двумя . полуволнами BSпролете: частотой Г,0і..2;3 ;Ещ размахом колебаний; 0;25 ...0-50?м: Колебаниящроисходилшприскоростиветра18-_.. Лв - м/с при односторонних- гололедных отложениях со стенкой 4...8 мсм и: при эксцентричных отложениях диаметром (наибольшим размером- гололеда) 15...28 мм и толщиной 10;.. 18 мм.

         При испытаниях были; зафиксированы случаи одновременной пляски контрольных проводов и проводов, оборудованных гасителями (таблица 4-4). Сравнительный анализ результатов измерений показывает, что при охвате гасителями 12% длины провода в пролете размах колебаний снижался в

         Похожие диссертации на ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СЕЛЬСКИХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 10 (6) кВ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВЕТРОВЫХ И ГОЛОЛЕДНЫХ НАГРУЗОК

         

         Токовая защита на нелинейных элементах линий электропередачи 6, 10 кВ сельскохозяйственного назначенияБанько Иван Степанович

         

         Повышение надежности сельских электрических сетей 6(10) кВ на основе оперативного определения места повреждения при однофазных замыканиях на землю по параметрам переходного процесса без отключения потребителейБайбурин Эдуард Рамилевич

         Повышение эксплуатационных показателей сельскохозяйственных электроприводов со случайной нагрузкойКалыков, Баймурат Разакбаевич

         

         Повышение срока службы асинхронного электродвигателя, работающего на гармоническую нагрузку : На примере электропривода сегментно-пальцевой косилки КН-1.1Ганина Татьяна Владимировна

         

         Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 КВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии Сукьясов Сергей Владимирович

         

         Повышение эффективности средств плавной коммунитации электроустановок в условиях критических нагрузок на предприятиях АПКБекмачев Александр Егорович

         Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ при несимметричной нагрузке с помощью трансформатора "звезда - звезда с нулём с симметрирующим устройством"Теремецкий, Максим Юрьевич

         

         Повышение точности учета электрической энергии в системе электроснабжения сельскохозяйственных потребителей с нелинейной нагрузкойСидоренков, Владимир Анатольевич

         Повышение надежности электроустановок напряжением выше 1000 В предприятий агропромышленного комплекса путем разработки методов и средств контроля состояния изоляцииШаткин, Александр Николаевич

         

         Повышение надежности и экономичности работы электрооборудования сельскохозяйственных предприятий на основе специализированного автоматизированного рабочего места руководителя электротехнической службыЖданов Валерий Георгиевич