Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ методов диагностики коррозионного состояния и факторов, влияющих на долговечность подземных конструкций опорВЛ 14
1.1 Приборные методы диагностики коррозионного состояния подземных металлоконструкций 14
1.2 Математические методы расчета коррозии и интеллектуальной обработки информации 16
1.3 Факторы, влияющие на долговечность подземных конструкций опорВЛ 27
1.4 Требования нормативных документов по эксплуатации опор с оттяжками 39
1.5 Задачи исследования 42
Глава 2 Методики экспериментальных и расчетных исследований 45
2.1 Расчеттоков, индуцированных в оттяжках опор 46
2.2 Моделирование влияния наведенных токов на процесс подземной коррозии контактного узла из стали 62
2.3 Методика исследования влияния твердой фазы грунта на параметры электрохимического процесса 64
2.4 Определение электродных потенциалов и коррозионных токов стальных вертикальных электродов в открытом грунте 66
2.5 Расчет границ смены типа грунта по трассе ВЛ с использованием почвенных карт 70
2.6 Определение электродного потенциала U-образных болтов оттяжек опорВЛ 71
2.7 Определение удельного электрического сопротивления грунта на месте установки опор В Л 73
2.8 Методика измерения длины U-образных болтов ., 75
2.9 Определение потери сечения металлоконструкций от язвенной коррозии при осмотрах со вскрытием грунта 76
2.10 Методика определения опор с нормальным коррозионным состоянием анкерных узлов оттяжек 77
Глава 3 Расчетные и экспериментальные исследования специфических факторов и процессов коррозии 80
3.1 Влияние переменных токов, индуцированных в оттяжках опор В Л, на коррозию элементов подземного анкерного узла 80
3.2 Влияние твердой фазы грунта на процесс коррозии стали 95
3.3 Зависимость основных коррозионных параметров подземных конструкций опор от изменения вдоль трассы ВЛ почвогрунтовых условий и применимость почвенных карт 100
3.4 Устойчивость основных коррозионных параметров подземных конструкций опор по глубине грунта, вдоль трассы ВЛ и во времени
3.5 Гальваническое взаимодействие подземных элементов опоры В Л... 111
3.6 Статистика максимальных потерь сечения элементов анкерного узла в зависимости от основных коррозионных параметров 116
Выводы по главе 118
Глава 4 Неиросетевая модель оценки коррозии петель анкерных плит и U-образных болтов узла крепления оттяжек опор ВЛ 120
4.1 Постановка задачи. Исходные данные и выходные параметры. Формирование нейропарадигмы 120
4.2 Вербальное описание сети, прогнозирующее потерю сечения U-образных болтов 125
4.3 Вербальное описание сети, прогнозирующее потерю сечения петель анкерных плит 127
4.4 Проверка точности расчетов коррозионного состояния анкерных конструкций оттяжек опор В Л 129
4.5 Разработка программы расчета коррозионного состояния опор ВЛ 133 Выводы по главе 135
Глава 5 Эксплуатационный контроль и ремонт опор на оттяжках ВЛ 220-500 кВ 136
1 География трасс ВЛ 220 - 500 кВ, на которых испытывался разработанный метод 136
2 Визуальный осмотр коррозионного состояния элементов анкерного узла оттяжек опор ВЛ 220-500 кВ 138
3 Мероприятия по повышению надежности опор на оттяжках ВЛ 220 -500кВ 144
Выводы по главе 149
Заключение 150
Литература 153
Приложение 160
- Математические методы расчета коррозии и интеллектуальной обработки информации
- Моделирование влияния наведенных токов на процесс подземной коррозии контактного узла из стали
- Влияние твердой фазы грунта на процесс коррозии стали
- Вербальное описание сети, прогнозирующее потерю сечения U-образных болтов
Введение к работе
Строительство опор с оттяжками на линиях электропередачи 220-500 кВ началось в первой половине 60-х годов, что связано с периодом бурного развития электрификации. Привлекательность использования таких опор по сравнению со свободно стоящими опорами объясняется их исключительной экономичностью, что важно при передаче электроэнергии на большие расстояния.
Однако, несмотря на нормативное требование к воздушным линиям служить не менее 50 лет, уже к концу 80-х годов появились первые случаи падения опор с оттяжками, показавшие, что подземная система таких опор поддается коррозии значительно быстрее, чем предполагалось ранее.
В декабре 1986 года упала опора № 244 на ВЛ 500 кВ «Ермак — Экибастуз», (срок службы 24 года) [1], в апреле 1990 года упала опора № 61 на ВЛ 500 кВ «Ермак - Омск», (срок службы 18 лет) [2].
В 1995 году произошло выдергивание из земли оттяжки с U-образным болтом на опоре № 47 В Л 500 кВ «Ириклинская ГРЭС - Джетыгара», (срок службы 26 лет). Падение опоры удалось предотвратить благодаря своевременному и внимательному обходу В Л специалистами Восточных электрических сетей ОАО «ОРЕНБУРГЭНЕРГО», обслуживающими данную ВЛ.
В ночь с 1 на 2 марта 2000 года произошло каскадное падение двух опор № 487 и 488 ВЛ 500 кВ «Экибастуз - Караганда», (срок службы 22 года), находящейся под управлением компании ОАО «KEGOC». При этом практически без энергоснабжения осталась вся Карагандинская область. Потеря для системы такого мощного потребителя вызвала запредельное повышение частоты в сети, чуть не вызвав при этом большую системную аварию.
8 марта 2002 года произошло падение опоры № 67 на ВЛ 500 кВ «Саратовская ГЭС - Курдюм», (срок службы около 30 лет), обслуживаемой предприятиями МЭС Волги ОАО «ФСК ЕЭС».
Аварийность опор с оттяжками от подземной коррозии присуща воздушным линиям не только в России или Казахстане, но и расположенным в Финляндии, США, Мексике и других странах [3, 4, 5].
Почти все указанные случаи падений опор происходили при аномальных климатических условиях и, не смотря на различное географическое месторасположение воздушных линий, были вызваны однотипной причиной коррозионным разрушением подземных элементов анкерного узла (поз. 4 на рис. В1). Эти факты указывают, во- Рис. В1. Анкерный узел крепления оттяжек опор: ПерВЫХ, На ТО, ЧТО ОПОра МОЖеТ 1 - Ч ос оттяжек; 2 - клиновой зажим; 3 - U образные болты; 4 - петля анкерной плиты длительное время находиться в аварийном состоянии и удерживаться от падения только силами сцепления U-образного болта с грунтом, создавая при этом потенциальную опасность для окружающих и ремонтного персонала.
Во-вторых, обширная география аварийности опор с оттяжками свидетельствует о том, что причина ускоренной коррозии подземных конструкций кроется не столько в грунтово-климатических условиях, сколько в несовершенстве конструкции самих опор.
Предупреждение аварийных ситуаций, вызванных коррозией элементов подземной системы опор, является актуальной задачей. Особенно это важно для межсистемных электрических сетей, насчитывающих сотни тысяч таких опор по всей территории России и в странах СНГ.
Согласно действующим нормативам с целью предупреждение аварийных ситуаций, вызванных коррозией, один раз в 6 лет должен производится контроль U-образных болтов оттяжек опор со вскрытием грунта. Это профилактическое мероприятие связано с большими материальными затратами, поэтому на практике такому контролю подвергаются только единицы опор, тем более, что принципы выбора опор для вскрытия не определены. Еще реже среди осматриваемых опор попадаются те, которые имеют опасный коррозионный износ U-образных болтов. Это порождает мнение об отсутствии проблемы ускоренной подземной коррозии конструкций опор В Л [6]. По этой же причине Правилами Технической Эксплуатации [7] до сих пор не предусмотрен осмотр петель анкерных плит. Экономически это объясняется существенно более высокой стоимостью таких работ в связи с необходимостью страхования опор во время откопки анкерного узла. Научное же обоснование этой нормы базируется на недостаточно полном представлении о возможном коррозионном влиянии переменных токов на подземную систему опор с оттяжками и преувеличенных антикоррозионных способностях цинкового покрытия в грунтовых условиях. Указанное представление было сформировано исследованиями подземной коррозии применительно к строительным конструкциям и трубопроводному транспорту, имеющим гидроизолирующие покрытия и не всегда подверженным влиянию специфических факторов электрической сети.
В результате роста случаев падения опор ВЛ из-за подземной коррозии несущих элементов в эксплуатационной практике энергосистем создалась ситуация, в которой огромное количество опор ВЛ, при отсутствии оперативного резерва, имеет неизвестное коррозионное состояние. Такая ситуация не могла и не может способствовать надежному энергоснабжению потребителей, безопасному обслуживанию электрической сети и обеспечению устойчивой работы единой национальной энергосистемы (ЕНЭС).
В связи с этим остро встала проблема быстрого и качественного выявления в условиях действующей ВЛ дефектных опор, анкерные конструкции которых имеют оставшееся после коррозии сечение менее 0,9 от сечения, установленного по проекту [8].
Трудность решения этой проблемы заключается в выявлении с поверхности земли коррозионного состояния петель анкерных плит, находящихся на глубине 2 - 3 м. Существующие приборные методы [9, 10, 11] пока не могут обеспечить приемлемую для практики достоверность. Основные погрешности приборных методов вызваны либо слишком «идеальным» представлением реальных анкерных конструкций, либо слабой разрешающей способностью заложенного в них принципа измерения [12,13].
Объектом исследования настоящей диссертационной работы являются опоры на оттяжках воздушных линий электропередачи напряжением 220-500 кВ;
Предметом исследования являются электромагнитное влияние рабочих токов и напряжений электрической сети и электрохимическое взаимодействие в подземной системе опор ВЛ, снижающие долговечность ее стальных элементов.Целью исследования является разработка метода диагностики с поверхности земли потери сечения от коррозии подземных анкерных конструкций оттяжек опор ВЛ.
Используемые в работе методы исследования заключаются в обобщении результатов многолетних натурных обследований заземляющих устройств подстанций и ОРУ станций, подземных трубопроводов энергетического назначения, подземных элементов опор В Л 220-1150 кВ, физическом и математическом моделировании электромагнитных влияний ВЛ на подземную коррозию, проведении теоретических и экспериментальных исследований, в том числе на действующем оборудовании и в реальных природных условиях.
Для достижения указанной выше цели в работе были поставлены и решены следующие задачи: выполнен анализ методов диагностики коррозионного состояния и факторов, влияющих на долговечность подземных конструкций; разработаны методики экспериментальных и расчетных исследований специфических факторов, влияющих на долговечность опор ВЛ 220-500 кВ; проведены расчетные и экспериментальные исследования влияния наведенных токов в оттяжках опор на коррозию подземных контактных соединений конструкций опор; выполнены экспериментальные исследования влияния твердой фазы грунта на процесс коррозии стали; исследованы изменения основных электрофизических параметров коррозионной системы опор по глубине грунта, вдоль трассы ВЛ и во времени; исследованы электрохимические характеристики искусственных заземлителей, U-образных болтов, анкерных плит и фундаментов, а также их гальваническое взаимодействие в подземной системе опор ВЛ 220 — 500 кВ; разработана нейросетевая модель оценки коррозии петель анкерных плит и U-образных болтов узла крепления оттяжек опор ВЛ 220-500 кВ с соответствующим программным обеспечением; выполнен анализ результатов полевых испытаний метода диагностики коррозионного состояния анкерных конструкций оттяжек опор ВЛ 220 - 500 кВ и разработаны рекомендации по предотвращению аварийности опор от подземной коррозии.
Решение этих задач состояло из большого комплекса экспериментальных и теоретических исследований, а так же практической их реализации. Большая часть экспериментальных исследований по изучению факторов коррозии и механизма разрушения элементов анкерного узла была проведена автором в рамках научно-производственного предприятия «ЭЛЕКТРОКОРР». Основные теоретические исследования выполнены на базе Новосибирского государственного технического университета и Сибирского НИИ энергетики. Практические расчеты заземляющих устройств опор ВЛ 500 - 1150 кВ велись совместно с фирмой ООО «ЗАЗЕМЛЕНИЕ». Использование результатов исследований в эксплуатационной практике и модернизация дефектных анкерных узлов оттяжек опор действующих ВЛ 500 кВ начаты в Омском предприятии магистральных электрических сетей Сибири (филиала ОАО «ФСК ЕЭС»). Практическое освоение разработанного в диссертации метода для оценки коррозионного состояния анкерных конструкций оттяжек опор старых ВЛ с использованием специальной передвижной лаборатории диагностики проводит ОАО «KEGOC» (Республика Казахстан).
Основная часть диссертационной работы изложена в 5-ти главах.
В 1-й главе подробно анализируются методы диагностики коррозионного состояния подземных конструкций опор с оттяжками и факторы, влияющие на их долговечность. Рассматриваются математические методы расчета коррозии и современные методы интеллектуальной обработки информации. При анализе факторов, влияющих на долговечность подземных конструкций опор ВЛ, используется классификация автора, наглядно показывающая сложность и многогранность обсуждаемой проблемы. На основании этого анализа формулируются задачи исследования, решаемые в последующих главах настоящей работы.
Во 2-й главе представлены нестандартные методики экспериментальных и расчетных исследований, разработанные автором и применяемые в ходе проведения исследования.
3-я глава целиком посвящена расчетным и экспериментальным исследованиям специфических факторов коррозии. Особое внимание уделено изучению влияния переменных токов на процесс коррозии подземных контактных соединений стальных конструкций опор.
Глава 4 посвящена разработке нейросетевой модели для определения коррозии петель анкерных плит и U-образных болтов узла крепления оттяжек опор ВЛ, а так же проверке ее достоверности.
В главе 5 анализируются результаты осмотров коррозионного состояния анкерных конструкций оттяжек опор ВЛ 220 - 500 кВ, выполненные со вскрытием грунта при полевых испытаниях разработанного метода, и даются рекомендации по предотвращению аварийности опор от подземной коррозии.
В настоящее время с помощью разработанного метода продолжается обследование состояния подземных анкерных конструкций оттяжек опор действующих магистральных ВЛ на территории России и стран СНГ.
Полученная при этом информация послужит основанием для оценки ресурса старых ВЛ, а так же для дальнейшего развития нормативной базы по устройству, строительству и обслуживанию опор, разработки новых долговечных конструкций опор с оттяжками и совершенствования магистральных электрических сетей.
В соответствии с поставленными задачами были получены следующие научные результаты:
• раскрыт теоретически и подтвержден экспериментально уровень наведенных и емкостных токов в оттяжках опор действующих В Л 220 — 500 кВ;
• экспериментально установлено влияние переменных токов с параметрами и условиями их протекания характерными для реальных конструкций опор ВЛ 500 кВ на процесс подземной коррозии стали в контактных соединениях.
• теоретически и экспериментально доказан факт существования диапазона значений уровня наведенных в оттяжках токов, удельного электрического сопротивления грунта и стационарного электродного потенциала U-образных болтов, в котором существует возможность ускоренной коррозии анкерных конструкций оттяжек опор ВЛ.
• обоснована применимость почвенных карт для предварительной характеристики афессивности фунтовых условий трасс ВЛ к стальным подземным элементам опор, что важно при определении долговечности проектируемых ВЛ и расчете их фозоупорности.
Теоретическая значимость результатов работы заключается в том, что
• разработан инструмент для исследования долговечности опор с оттяжками в различных фунтово-климатических условиях.
• определены основные макро коррозионные параметры для различных типов опор, совокупность которых наиболее значимо отражает процесс гальванического взаимодействия подземных конструкций опор ВЛ.
• установлено существование минимального числа электрофизических парамефов, по которым возможно определение фаниц коррозионно-опасных
зон по трассе ВЛ и которые могут быть электрофизической характеристикой почвогрунтовых условий.
Практическая ценность и реализация результатов работы:
• разработана пригодная для широкого практического использования в России и странах СНГ методика эксплуатационной экспресс диагностики коррозионного состояния подземных анкерных конструкций оттяжек опор ВЛ 220-500 кВ без их откопки.
• сформулированы технические требования для разработки и проектирования новых долговечных конструкций узла крепления оттяжек.
• на основании полученных результатов разработаны и опубликованы Предложения нормативного характера для Правил Технической Эксплуатации электрических сетей [61].
• массовые осмотры подземных конструкций опор ВЛ 220-500 кВ, выполненные со вскрытием грунта после проведенных обследований, пропусков дефектных опор не обнаружили.
• с участием передвижной лаборатории научно-производственного предприятия «ЭЛЕКТРОКОРР», оснащенной разработанной методикой, к настоящему времени предотвращено падение более 30 опор В Л 220-500 кВ, имеющих потерю сечения петель анкерных плит на уровне 75... 100 %.
• в службах инженерной диагностики Алматинского и Акмолинского филиалов межсистемных электрических сетей ОАО «KEGOC» Республики Казахстан созданы передвижные лаборатории, использующие разработанную методику.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Опоры ВЛ, с позиций вопросов долговечности, необходимо рассматривать как электротехнический элемент электрической сети.
2. Переменный ток, с параметрами и условиями его протекания, характерными для наведенных токов в реальных конструкциях опор на оттяжках, ускоряет процесс коррозии не сварных контактных соединений из стали.
3. Существует диапазон значений наведенных в оттяжках токов, удельного электрического сопротивления грунта и стационарного электродного потенциала U-образных болтов, в котором существует возможность ускоренной подземной коррозии несущих конструкций опор ВЛ. В этом диапазоне процесс коррозии является многофакторным.
4. Достоверность результата расчета потери сечения U-образных болтов и петель анкерных плит узла крепления оттяжек опор действующих В Л 220 -500 кВ, получаемого с помощью разработанной нейросетевой модели находится не уровне 90 %.
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 20 научных работ. Они включают: шесть научных статей; 12 опубликованных докладов конференций; один документ нормативного характера и одно свидетельство на государственную регистрацию программы для ПЭВМ «Статистико-диагностический комплекс DBElectro2.1».
Математические методы расчета коррозии и интеллектуальной обработки информации
Известно, что влияние переменного тока на процесс коррозии стали в грунтах становится ощутимым при плотности этого тока, стекающего в грунт, более 20 А/м2 [38, 39, 42]. При протекании же даже небольшого переменного тока через не сварные соединения или контактные системы, расположенные в агрессивной среде, указанные плотности тока могут быть существенно превышены. Например, в подвижных соединениях элементов опор с оттяжками ("петля анкерной плиты и U-образные болты", верхний узел крепления троса оттяжек к опоре и др.), кроме существенного возрастания плотности тока из-за непостоянства площади контакта, не исключена возможность механического очищения поверхностей металла под действием механических колебаний оттяжек. После очищения корродирующей поверхности от окислов электродные процессы могут идти с первоначальной интенсивностью, и процесса затухания коррозии не наступает [22]. Для подтверждения этих рассуждений был выполнен эксперимент.
В качестве электродной системы были взяты две стальные пластины, на одной из них были закреплены несколько десятков стальных стержневых электродов диаметром 1,5 мм с острием на конце для имитации точечных контактов и получения большой плотности тока, а вторая пластина оставалась плоской. Между пластинами помещался плотный слой синтетической ваты, имитирующей грунтовые условия. Вата пропитывалась до средней влажности раствором КО и служила для сбора продуктов коррозии. По количеству продуктов коррозии железа оценивалась интенсивность процесса коррозии. Измерение коррозионной стойкости металлов и сплавов по количеству продуктов коррозии допускается [18].
Неразрушающий контроль количества продуктов коррозии осуществлялся с помощью прибора БАРС-3 (Анализатор Рентгеновский Бездифракционный). Этот анализатор предназначен для экспрессного анализа материалов без отбора проб в диапазоне элементов от кальция (20) до молибдена (42) по К-серии и от тантала (73) до урана (92) по L-серии. Он имеет три сменные спектрометрические головки и 4 независимых канала для анализа элементов. В наших измерениях использовался 1-й канал и 1-я сменная спектрометрическая головка, позволяющая контролировать элемент железо.
Принцип действия анализатора основан на возбуждении и регистрации характеристического излучения химических элементов, входящих в состав анализируемого вещества. Интенсивность флуоресцентного рентгеновского излучения образца находится в определенной зависимости от концентрации контролируемых элементов в исследуемом образце. Измеряя скорость счета импульсов в выбранном канале по калибровочной кривой, выражающей зависимость скорости счета от концентрации химического элемента, можно определить абсолютное текущее значение концентрации этого элемента в анализируемом веществе.
Для получения калибровочной зависимости необходимо проведение химического анализа, что существенно усложняет эксперимент. Поэтому для нашего исследования использовался относительный метод сравнения двух одинаковых образцов, где один образец подвергался воздействию переменного тока, а второй — нет или один образец имел подвижный контакт, а второй — нет.
После экспозиции в течение 30 минут синтетическая вата снималась с образца и выжималась в центрифуге. После этого без сушки укладывалась в специальные пластмассовые бюксы и подвергалась облучению рентгеновским анализатором.
На каждую новую экспозицию образцов использовалось новое количество синтетической ваты, а сам срок следующей экспозиции увеличивался на 30 минут.
В первой части эксперимента переменный электрический ток, силой 8-10 ампер, пропускался между пластинами «образца под током» от внешнего стабилизированного источника.
Вторая часть эксперимента была посвящена оценке коррозионных потерь стальных электродов при отсутствии между ними гальванической связи по металлу (плоские электроды без острых стержней). Переменный электрический ток протекал при этом по раствору между электродами под действием разности потенциалов, характерной для заземленных конструкций опор (в эксперименте она составляла 0,5 - 1,0 В). В таких условиях ток достигал значений 1,5-3,0 А в начале и 0,25А в конце.
В последнем эксперименте грунт, так же как и в предыдущем опыте, имитировался с помощью синтетической ваты и солевым раствором КС1. Эта же вата, не обладающая проводящими свойствами, обеспечивала дистанцию одной пластины от другой порядка 0,1-0,3 мм, что имитировало слой окисла или диэлектрических частиц твердой фазы грунта, попавших между контактирующими стальными конструкциями анкерного узла.
Моделирование влияния наведенных токов на процесс подземной коррозии контактного узла из стали
Так как большинство коррозионных и электрохимических исследований было проведено применительно к растворам, то необходимо выяснить, как влияет на основные параметры коррозионного процесса твердая фаза грунта. С этой целью был поставлен эксперимент, результаты которого сведены в табл.
Из представленных в табл. 3$- значений потенциальных параметров коррозионного процесса (ф и рН) следует, что они не зависят от наличия твердой фазы (песка).
Следовательно, выводы для потенциальных характеристик процесса коррозии, полученные на экспериментах в растворе, пригодны и для грунтов.
Этим же подтверждается применимость диаграмм Пурбе к определению потенциальной возможности подземной коррозии стали в грунтах (рис. 3,5) В зависимости от рН и электродного потенциала стальной электрод может находиться в одной из трех областей, по-разному окрашенных на рис. 3.J: коррозия (горизонтальная штриховка), иммунность (темная область) и пассивность (светлая область с мелкой штриховкой).
В области иммунности сталь теоретически стабильна и не подвергается коррозии. Область пассивации характеризует стабильное состояние твердого окисла железа, то есть сталь будет покрыта окисной пленкой, которая способна в той или иной мере защищать металл от коррозии и способствовать затуханию коррозионного процесса. Область коррозии - область стабильного растворения железа.
Диаграмма на рис. 3.3. содержит только потенциальные характеристики взаимодействия металла и среды и поэтому в ней отсутствует информация о скорости коррозии. Однако, из представленного примера для значений потенциалов и рН, полученных на стальных образцах в грунтовых условиях опор ряда ВЛ 220-500 кВ России и Казахстана (всего около 5,5 тыс. штук опор), выделенных на рисунке черными точками, видно, что у большинства опор процесс коррозии подземных конструкций возможен. И только около 6% стальных образцов находятся в пассивном состоянии.
Анализируя данные, представленные в табл.3.4, можно проследить влияние твердой фазы грунта и на другие параметры коррозионного процесса, измеряемые в эксперименте (Rw; R=; m0), характеризующие уже кинетику коррозионного процесса.
Так как под действием переменного тока частотой 20-50 Гц практически не происходит поляризации металла, то можно считать, что сопротивление, измеренное на переменном токе (R«) не содержит поляризационной составляющей сопротивления и характеризует только удельное электрическое сопротивление среды, так как геометрия образцов и их взаимное расположение в обоих сосудах одинаково. При этом удельное электрическое сопротивление «Грунта», в 3,85 раза оказалось больше удельного электрического сопротивления «Раствора», что можно отнести на счет влияния твердой фазы.
Сопротивление же (R=), измеряемое на постоянном токе, наряду с сопротивлением среды содержит оба сопротивления поляризации: анодное (Ra) и катодное (RK). Поэтому можно утверждать, что сопротивление постоянному току (R=) отличается от сопротивления переменному току (R«) на значение суммы поляризационных сопротивлений катода (RK) и анода (Ra). То есть (RK + Ra) = (R=) - (R«). Подставив в это выражение данные из табл. 3.4, для «Грунта» и «Раствора» мы получим примерно одинаковое значение суммы поляризационных сопротивлений, в среднем равное 60,93 Ом, а именно: в «Грунте»: 66,5-5,67=60,83 Ом и в «Растворе»: 62,5-1,47=61,03 Ом.
Из теории коррозии [44, 45] известно, что поляризационные сопротивления (RK) и (Ra) являются нелинейными элементами коррозионной цепи, зависящими от значения протекающего по ним тока. Так как процессы образования у металла электродного потенциала и коррозионного тока зависят только от свойств раствора, в который он помещен, то и оба сопротивления поляризации в электротехническом их понимании (как электрическое сопротивление перехода границы раздела «металл-раствор») не должны зависеть от наличия твердой фазы грунта. Эксперимент дал этому подтверждение, так как значения суммы поляризационных сопротивлений для «Раствора» (RK + Ra)P и «Грунта» (RK + R получились практически одинаковые.
Учитывая это, можно сделать вывод, что если действующая в коррозионной цепи разность потенциалов Аф, под действием которой протекает коррозионный ток ік, не зависит от твердой фазы, то коррозионные токи в «Растворе» (ікр) и «Грунте» (ікгр) будут различными только благодаря разным значениям удельного сопротивления среды в емкостях «Раствор» (R«)p и «Грунт» (R«)rp- То есть: Для условий эксперимента табл. 33 Const 1 = 5,67/1,47=3,85.
Пропорционально этим токам, с учетом электрохимического эквивалента железа, должна изменяться и потеря массы образцов (то) при переходе от «Раствора» (т0р) к «Грунту» (т0гр). Следовательно, можно записать:
Для условий эксперимента табл. З..Ц в этом случае Const 2 = 0,39/0,104=3,75. Что с точностью до 3% совпадает с предыдущим расчетом Const 1.
Следовательно, потеря массы образцов от коррозии в «Растворе» и в «Грунте» для одинаковых по геометрии образцов изменяется обратно пропорционально изменению удельного электрического сопротивления среды, которое, в свою очередь, зависит от наличия твердой фазы грунта.
Таким образом, рассматривая процесс электропроводности грунта, или электрохимический процесс коррозии стали в грунте, мы не можем пренебрегать влиянием его твердой фазы на сопротивление протекающему по нему току. Диффузионные же и химические процессы, определяющие кинетику химических реакций на аноде и катоде, влияющие на химический состав и концентрацию раствора у электродов, будут определять динамические характеристики коррозионного процесса, т.е. коэффициенты затухания анодных и катодных процессов во времени.
Влияние твердой фазы грунта на процесс коррозии стали
В таблице 4.1 показаны результаты проверки точности нейропрогноза. Эта точность проверялась на выборке 838 анкерных узлов на 419 П-образных опорах. В таблице 4.1 выделены число узлов с заниженной потерей сечения и число узлов с завышенной потерей сечения по сравнению с нейропрогнозируемыми значениями. Таким образом, результатом обучения сетей применительно к задаче оценки коррозионного состояния U-образных болтов и петель анкерных плит 130 стало создание двух нейронных сетей. При этом с учетом разбивки на классы средняя степень распознавания коррозионного состояния для анкерных болтов составила 92,6%, а для анкерных петель - 90,5% (Табл. 4.1). Причем опасное для практики занижение оценки коррозионного состояния наблюдалось для петель лишь в одном случае из 17 анкерных плит (АП), имеющих превышение фактической коррозии над прогнозируемой и то, как выяснилось, этот узел принадлежал опоре уже отнесенной к аварийной по второму анкерному узлу. Для нужд эксплуатации важным критерием любого метода оценки коррозионного состояния анкерных конструкций является отсутствие пропусков аварийных опор. Поэтому отдельно был выполнен анализ ошибок для случая занижения оценок потерь сечения U-образных болтов и сечения петель анкерных плит. Из 30 анкерных узлов оттяжек опор В Л, имеющих фактическую потерю сечения U-образных болтов более 20 % и подлежащих согласно нормативу замене, 26 анкерных узлов попали в класс от 13 до 100 % и только четыре таких узла попали в другие классы. Эти узлы выделены жирным курсивом в таблице 4.2. Из 12 анкерных узлов на В Л, имеющих фактическую потерю сечения петли анкерной плиты более 50 % (выделенные жирным курсивом цифры в таблице 4.3), 10 анкерных узлов попали в класс от 20 до 100 % и только два таких узла попали в другие классы. При этом следует заметить, что один анкерный узел, имеющий потерю сечения петли близкую к 100 %, принадлежал опоре, уже отнесенной к аварийной по другому анкерному узлу. При расчете оценок коррозионного состояния для каждой опоры, а не каждого узла, точность оценки повышается, и пропуски аварийных узлов исчезают. Поэтому при проведении ремонтных работ рекомендовано осматривать оба анкерных узла, если хотя бы одна из подземных конструкций опоры имеет превышение допустимой нормы потери сечения. При анализе исходных данных для опор с ошибочной оценкой выявлены недостатки методики измерения параметров удельного электрического сопротивления.
Практически все ошибки принадлежат примерам с резко неоднородным фунтом. Указанные неоднородности вызваны либо включениями мелких или крупных камней, либо растрескиванием глинистого грунта при высыхании после сильного увлажнения. Таким образом, использование нейросетевого моделирования позволило получить точность оценки коррозионного состояния U-образных болтов и петель анкерных плит в коррозионно-опасной зоне на уровне 90%, что позволяет уверенно вести планирование и проведение ремонтных работ на трассах ВЛ. Учитывая, что часть опор с нормальным коррозионным состоянием определяется со 100% точностью еще до проведения расчетов опор коррозионно-опасной зоны, то важно оценить обобщенную достоверность коррозионного прогноза.
В такой ситуации, когда коррозионное состояние одной части опор ВЛ с анкерными конструкциями, соответствующими норме, определяется точно (Рнорм=100%), а второй части линии, включающей дефектные опоры, с вероятностью Рдефф100%, формула расчета достоверности прогноза с помощью разрабатываемого метода выглядит следующим образом. Ниже приводится порядок ее вывода: Если N — это все обследуемые разрабатываемым методом опоры на ВЛ (шт.), а Ыдеф - опоры, отнесенные предварительно к дефектным, (шт.), то единственная возможность ошибиться, это назвать опору с нормальным коррозионным состоянием дефектной и отнести ее в коррозионно-опасную зону. Вероятность такой ошибки: (1 - деф), где ?деф — вероятность определения дефектных опор (рассчитывается по результатам вскрытия как отношение количества опор, фактически имеющие дефекты, к общему количеству опор, вскрытых как дефектные по данным обследования). Количество ошибок, которые можно получить на всех осматриваемых со вскрытием опорах ВЛ, названных дефектными N (отнесенных в коррозионно-опасную зону), определится выражением: N -(1 -Р ф).
Вербальное описание сети, прогнозирующее потерю сечения U-образных болтов
Основной целью профилактических работ на анкерных конструкциях оттяжек опор ВЛ, проводимых со вскрытием грунта, являлась визуальная оценка технического и коррозионного состояния эксплуатируемых стальных элементов анкерного узла и заземления, а также проведение необходимых научных исследований и ремонтных мероприятий для исключения возможности падения опор.
Перечень опор, подлежащих осмотру со вскрытием грунта, составлялся на основании данных оценки их коррозионного состояния разработанным методом.
Как правило, к вскрытию назначались опоры из пассивной и коррозионно-опасной зоны с различной оценкой потери сечения: нормальные (0-10%), средние (10-20%), плохие (более 20 %), а так же опоры, расположенные в зонах риска. Это опоры, расположенные в населенных местах, у железных и автомобильных дорог, у переходов ВЛ через линии связи, водные преграды и т.
Примеры визуального осмотра коррозионного состояния U-образных болтов и цинкового антикоррозионного покрытия на некоторых ВЛ представлены в Приложении 4 (на рис. П4.1 — П4.12). Из представленной информации видно, что цинковое антикоррозионное покрытие, призванное защитить сталь от коррозии, почти везде отсутствует, либо отслаивается кусками (рис. П4.11), за исключением анкерных узлов с нормальным состоянием (рис. П4.7, П4.8). У U-образных болтов, принадлежащих опорам коррозионно-опасной зоны, подземная часть, как правило, покрыта продуктами коррозии железа. В основном это двуокись железа БегОз, имеющая ярко рыжую окраску. При недостатке кислорода железо корродирует с образованием окиси железа FeO, имеющей характерный черный цвет. В сильно влажном грунте (рис. П4.6) коррозионные язвы носят округлый характер, а сама коррозия стремится к равномерной. При наличии вблизи трассы ВЛ соленых водоемов или солончаков, создающих агрессивную атмосферу, может происходить коррозия U-образных болтов в переходной зоне «атмосфера - грунт» (рис. П4.9). При слабом тяжений в оттяжках, когда под действием ветра возможна передача вибрации U-образного болта до самой петли, в узле крепления идет коррозионно-электроэрозионный процесс разрушения металла с протеканием наведенных токов в месте контакта U-образного болта с петлей анкерной плиты (рис.Ш.Ю).
Примеры визуального осмотра на некоторых ВЛ коррозионного состояния петель анкерных плит и их цинкового антикоррозионного покрытия представлены в Приложении 4 (на рис. П4.13 - П4.18). Откуда следует, что существующая конструкция подземного узла крепления оттяжек явно не устойчива к внешним воздействиям, вызывающим коррозию металла. Защитное цинковое покрытие петель анкерных плит опор, входящих в коррозионно-опасную зону, практически полностью отсутствует на всех элементах. Причем на петле оно разрушается даже у опор, с нормальным коррозионным состоянием U-образных болтов (рис. П4.9), что свидетельствует об отсутствии самозащиты цинка собственной окисной пленкой, как это происходит обычно в атмосфере воздуха.
На представленных ниже рис. 5.1 - 5.8 приведены анкерные плиты, с аварийной петлей, выявленные проверкой с помощью разработанного метода и замененные эксплуатирующей организацией при осмотрах со вскрытием грунта на ВЛ 501 и 555. Такое коррозионное состояние несущего элемента опоры свидетельствует о том, что опора с аварийной петлей может длительно находиться в эксплуатации, удерживаясь от падения только силой сцепления U-образного болта с грунтом, создавая при этом потенциально аварийную ситуацию.
