Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ моделей и организационно-технологических решений возведения (реконструкции) объектов электроэнергетики
1.1 Анализ методов проектирования и реконструкции энергетических объектов 9
1.2 Оценка организационно-технологических решений возведения объектов энергетики .22
1.3 Формирование цели и задач исследования .30
1.4 Выводы по главе 1 .34
ГЛАВА 2. Исследование специфических особенностей реконструкции линий электропередачи .36
2.1 Выбор и характеристика объектов - представителей электроэнергетики 36
2.2 Выявление основных влияющих факторов на организационно-технологические параметры производства работ 46
2.3 Оптимизация организационно-технологических решений реконструкции линий электропередачи 57
2.4 Выводы по главе 2 .83
ГЛАВА 3. Разработка методики построения укрупненных организационно-технологических моделей реконструкции линий электропередачи 84
3.1 Сбор и обработка исходных данных 85
3.2 Построение и оптимизация укрупненных организационно-технологических моделей реконструкции объектов 93
3.3 Выбор организационно-технологических параметров при реконструкции объектов электроэнергетики 100
3.4 Выводы по главе 3 .106
ГЛАВА 4. Внедрение результатов исследования .108
4.1 Практическое применение методики построения укрупненных моделей на объектах электроэнергетики 108
4.2 Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследования 115
4.3 Выводы по главе 4 117
Заключение 119
Список литературы
- Оценка организационно-технологических решений возведения объектов энергетики
- Выявление основных влияющих факторов на организационно-технологические параметры производства работ
- Построение и оптимизация укрупненных организационно-технологических моделей реконструкции объектов
- Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследования
Оценка организационно-технологических решений возведения объектов энергетики
Основными направлениями технической политики при проектировании, строительстве, реконструкции и эксплуатации воздушных линий (ВЛ) являются [9,15, 86]: Снижение стоимости строительства, реконструкции и эксплуатации; Снижение экологической нагрузки при строительстве и эксплуатации ВЛ за счет минимизации лесных просек (внедрение опор с вертикальной подвеской проводов и уменьшение базы опоры); Применение надёжных и эффективных конструкций, сохраняющих расчетные параметры в течение всего срока службы; Применение антивандальных конструкций и материалов; Сокращение площади землеотвода на период эксплуатации объекта за счет применения стальных многогранных, узкобазых решетчатых, железобетонных секционированных или композитных опор ВЛ;
Использование передовых методов возведения, эксплуатации и реконструкции сетей.
Сокращение продолжительности строительства (реконструкции) энергетических объектов.
Особую роль играют методические подходы при проектировании ВЛ. В соответствии с ПУЭ 7-го издания для В Л 35-220 кВ следует применять унифицированные конструкции опор и фундаментов.
Для В Л 35-330 кВ, проходящих в сложных климатических условиях (болотистая местность, вечномёрзлые грунты, горные условия), рекомендуется применять индивидуальное проектирование опор и фундаментов с целью обеспечения надёжности и устойчивости к внешнему воздействию.
При прохождении трассы В Л 110 кВ и выше, характеризующейся частыми низовыми пожарами, рекомендуется применять опоры с увеличенной высотой подвеса провода.
Для В Л 6-35 кВ при прохождении линии в стесненных условиях, по населенной местности, по лесным массивам рекомендуется применение проводов с защитной изолирующей оболочкой, а также выбор конструкций опор, обеспечивающих надёжность, долговечность, защищенностью от воздействия третьих лиц.
Основными направлениями технологии производства строительно-монтажных работ в процессе строительства и реконструкции В Л являются: Индустриальные методы строительства, применение конструкций опор заводской готовности с целью оптимизации времени производства строительно-монтажных работ на участке трассы;
Выполнение работ по расчистке просеки с использованием высокопроизводительных валочных комплексов, мульчеров; Выбор оптимальной конструкции фундаментов, обеспечивающей не только надёжность, но и сокращение затрат времени на монтаж и сведение к минимуму объема земляных работ за счет применения свай-оболочек и винтовых свай; В горных условиях и другой труднодоступной местности применение вертолёта при монтаже конструкций опоры; Использование метода наращивания краном при монтаже конструкции опор в стесненных условиях; Монтаж проводов и грозозащитных тросов под тяжением без опускания на землю (широкое распространение получил при монтаже кабеля связи (ОК), где раскатка по земле запрещена); Использование временных схем при реконструкции ВЛ; Применение быстромонтируемой арматуры.
В современной практике России для строительства и реконструкции сетей высоких напряжений используются железобетонные опоры, металлические решетчатые и многогранные опоры. Их достоинства и недостатки играют роль при выборе решения при проведении проектных работ в различных регионах.
Железобетонные опоры (ЖБО) для В Л 35-110 кВ значительно дешевле стальных, просты в монтаже, но из-за их недостатков применяются только в районах с относительно простыми условиями строительства и эксплуатации. Фиксированные размеры опор не позволяют заглублять их более чем на 3-3,5 м, что недостаточно для ее надежного закрепления в слабых грунтах. Небольшие величины пролетов между опорами резко увеличивают объемы земляных и монтажных работ.
Металлические решетчатые опоры (МРО) просты и эффективны в транспортировке (до момента укрупнительной сборки), удобны в эксплуатации. К их недостаткам относятся: большое количество элементов и, как следствие, высокая трудоемкость укрупнительной сборки, контроля ее качества; неэффективность перевозки укрупненных секций; значительные затраты на сооружение фундаментов; подверженность вандализму.
Многогранные металлические опоры (СМО) появились в результате усилий по объединению в одной опоре положительных качеств МРО и ЖБО. В большинстве развитых стран мира многогранные опоры используются довольно широко. В основном, они применяются в качестве телекоммуникационных башен, опор контактных сетей, осветительных опор, прожекторных мачт и, конечно, в качестве опор линий электропередачи. В качестве последних они используются и в распределительных сетях, и в сетях высокого напряжения, и в качестве промежуточных опор, и в качестве сложных — анкерные, переходные и др. Выбор того или иного типа опор обуславливает и технологию производства строительно-монтажных работ. Особый вклад в разработку организационно-технологических решений по возведению линий электропередачи внесли советские ученые таких специализированных организаций Я. М. Горфинкель, В.В. Гульденбальк, Д. Б. Давидян [30], Р. И. Зильберман, Ф.А. Магидин. В период 1950-1990 была разработана колоссальная база научно-нормативной и производственной документации. В институте «Оргэнергострой» решались вопросы не только организации и технологии, но и конструировалась строительная техника для возведения элементов сети. Так в 1957 г. Оргэнергостроем был разработан проект машины для производства центрифугированных напряженно-армированных железобетонных стоек для опор длиной до 26 м и диаметром до 700 мм.
На строительстве линии электропередачи наиболее ответственным и сложной операцией является возведение опор. В зависимости от вида и назначения опоры способ монтажа можно классифицировать на группы: поворотом и наращиванием [8,22,23,25,26,36, 41,43,48,52,68,69,81,83,84,85, 93, 94,95,96]. Рисунок 1.2.1- Установка железобетонной опоры ВЛ 35-220 кВ краном Установка железобетонных опор производится стреловыми кранами и кранами-установщиками в ранее пробуренный котлован (рис.1.2.1). Время между устройством котлована и установкой в него опоры не должно превышать одних суток.
Выявление основных влияющих факторов на организационно-технологические параметры производства работ
Металлические решетчатые анкерные и анкерно-угловые опоры выбраны по типовому проекту ЭСП №№ 3078тм, фундаменты для них - по типовому проекту ЭСП №7271тм выпуск 2 (№ 3.407-115).
Металлические многогранные промежуточные, анкерные и анкерно-угловые опоры выбраны по разработкам ЗАО ДЗМК "МЕТАКО", серия 3.407.2-182.09-01 и разработкам Опытного завода «Гидромонтаж», фундаменты по разработкам ООО «СевЗапРегионСтрой», ригели - по типовому проекту № 7271тм выпуск 5.
Применяемые многогранные опоры разработаны для применения в I-IV районе по ветру и гололеду в ненаселенной и населенной местности. Конструкция опор предусматривает их установку на фундамент в виде стальной трубы, заполненной бетоном, которая устанавливается в пробуренный котлован. Труба фундамента соединяется с нижней секцией опоры с помощью болтов, расположенных на фланцах.
Так как по условиям строительства сборка опоры осуществляется в стесненных условиях, заводом предусматривается доставка опор посекционно. Установка опор производится методом наращивания. Монтажная сборка опор производиться с использованием оцинкованных метизов или болтов, гаек и плоских шайб. Под стальные решётчатые угловые (анкерные) опоры У110-2, У110-2+9 проектируются свайные фундаменты.
База опор У 110-2 составляет 4,8 м, база опор У 110-2+9 составляет 7,5 м. Под каждую стойку опоры устраивается четырёхсвайный ростверк. Ростверк образуется путём приварки к второстепенным балкам (двухсвайных ростверков), установленным на каждую пару свай, главной верхней балки. Главные балки для анкерно-угловых опор применяются с четырьмя анкерными болтами с базой 250 мм. Верхняя балка четырёхсвайных фундаментов устанавливается параллельно траверсе опоры, для концевых опор - параллельно оси ВЛ. Сваи приняты длиной 12 м марки С35.12-1 по серии 3.407.9-146 выпуск 2 «Унифицированные конструкции свайных фундаментов для стальных опор ВЛ 35-500кВ». Балки приняты марок Б35-4-20 и Б35-20 по серии 3.407.9-146 выпуск 3.Погружение свай предусмотрено вдавливанием.
Под многогранные промежуточные опоры ПМ 110-6ф проектируются фундаменты в виде стальной сваи-оболочки диаметром 820 мм, соединяемой с нижней секцией опоры болтовым фланцевым соединением. На части опор на стальной трубе закрепляется типовой железобетонный ригель, изготавливаемый по чертежам типового проекта 7271 тм, выпуск 5. Фундаменты выполняются на глубину 6 м с ригелем и 8 м без ригеля в сверленый котлован диаметром 1000 мм.
Внутренние полости стальных свай-оболочек заполняются тяжелым бетоном класса В12,5. Заполнение пространства между стенками котлована и стальной оболочкой производится сухой песчано-цементной смесью. Оголовок стальной оболочки выступает над поверхностью земли на 800 мм.
Под многогранные угловые (анкерные) опоры УМ 110-2ф-16.9, УМ 110-2-22.8 и УМ110-2ф-20 предусмотрены фундаменты в виде стальной сваи-оболочки диаметром 2200 мм, соединяемой с нижней секцией опоры болтовым фланцевым соединением. Внутренние полости стальных свай-оболочек заполняются тяжелым бетоном класса В12.5. Оголовок стальной оболочки выступает над поверхностью земли на 800мм.
В соответствии с техническими условиями к подвеске принят композитный усиленный провод ACCR Hawk 47016 с сечением 277 мм2. Провод является неизолированным витым многожильным проводом, который состоит из сердечника и внешних токоведущих жил. Провод позволяет решить ряд задач, связанных с необходимостью увеличения пропускной способности реконструируемой линии, с плотной застройкой территории прохождения трассы ВЛ и наличием больших сложных переходов.
В качестве грозозащитного троса предусмотрен сталеалюминиевый провода АС 150/24 сечением 173,2 мм2, проверенный на соблюдение требуемого расстояния между проводом и тросом в середине пролета по условиям защиты от грозовых атмосферных перенапряжений. Трасса разбита на участки в соответствии с таблицами приложения 1. 2-ой объект: Объект: «Реконструкция ВЛ 110кВ "Красногорск - Нахабино 1,2»». Краткая характеристика объекта и района строительства.
Данный объект относится к сооружениям I уровня ответственности. Трасса начинается от ПС 110кВ "Красногорск" и идет в сторону Архангельского, пересекая Захарковскую пойму, проходит деревню Архангельское и поворачивает направо, пересекает Ильинское шоссе. Далее идет по лесному массиву, пересекает Новорижское шоссе и идет до Новоархангельского. Не доходя до Новоархангельского, поворачивает направо и идет по лесному массиву, далее проходит параллельно улице Панфилова и заходит на ПС 110кВ "Нахабино". Длина трассы ВЛ составила 12.9082 км. Перепад высотных отметок незначителен.
В результате инженерно-геологических исследований, анализа состава, сложения и физико-механических свойств грунтов в пределах обследованных участков были выделены 3 инженерно-геологических элемента (ИГЭ).
ИГЭ- 1 - глины коричневые тугопластичные, с прослоями суглинков туго- и мягкопластичных, с редкими включениями растительных остатков; мощностью от 1.9 м до 3.1 м, распространены повсеместно.
ИГЭ -2 - суглинки буровато- коричневые мягкопластичные, с включением дресвы до 5%, мощностью 3.2-4.6 м, распространены повсеместно.
ИГЭ-3 - суглинки буровато-коричневые тугопластичные, с прослоями и линзами песков (h до 20 см) средней и мелкой крупности, средней степени водонасыщения и насыщенных водой, с включением дресвы и щебня до 5 %, вскрытой мощностью до 2.7 м, распространены повсеместно. Нормативная глубина сезонного промерзания песчаных грунтов 1,65, суглинистых - 1,40 м.
К установке приняты унифицированные решетчатые У110-2, У110-2+5, У110-2+9, У110-2+14, У220-2+14, УС110-3 и многогранные опоры ПМ110-4ф, УМ110-2-22.8, УМ110-2ф +16.9, УМ110-2ф+20, КМУ110-1м. Конструкция опор предусматривает их установку на фундамент в виде стальной трубы, соединяемый с нижней секцией опоры с помощью фланцев, расположенных на нижних секциях опор.
Пересечение препятствий осуществляется с учетом соблюдения требований ПУЭ-7, соблюдения габаритов проводов В Л 110 кВ до земли, зданий и сооружений. При этом вертикальный габарит до земли по трассе ВЛ при наибольшей стреле провеса провода принят 10 метров.
Построение и оптимизация укрупненных организационно-технологических моделей реконструкции объектов
Трасса КВЛ 110 кВ «Очаково-Фили» на участке №2 от оп.№7 до опоры №11 проходит в пределах промышленной зоны города по территории гаражных кооперативов, пустырей, пересекает улицу Генерала Дорохова, Аминьевское шоссе. Проектом предусматривается устройство подъезда к опорам №8-№10. Календарным графиком строительства в подготовительном периоде предусматривается параллельное выполнение работ по устройству подъездов и подрезки веток в пределах охранной зоны В Л 110 кВ с целью сокращения подготовительного периода. Проектом на участке №2 (от оп.№7 до опоры №11) предусматривается установка новых опор по принципу «опора в опору» без устройства временных схем. Работы на участке начинаются с демонтажа существующего провода и троса, по продолжительности этап работ занимает 4 дня. Демонтаж существующих опор начинается с отставанием на 1 день, с учетом того что провод в 3-х пролетах уже демонтирован и можно соответственно приступить к демонтажу опор. Демонтаж фундаментов и земляные работы при демонтаже фундаментов идут одновременно с работами по устройству фундаментов. Проектом предусматривается разработка грунта, демонтаж существующего фундамента, устройство нового фундамента, обратная засыпка.
Устройство фундаментов опор по продолжительности занимает 7 дней, но при этом одновременно заканчивается с земляными работами, так как работы по обратной засыпке завершают процесс устройства фундаментов. Установка проектных опор осуществляется с совмещением на 1 день с учетом того, что в этот период можно осуществлять работы по подготовке опор к монтажу. Работы по подвеске провода начинаются после монтажа опор, так как производством работ предусматривается подвеска провода как для одного анкерного пролета. Благоустройство заканчивается через день после выполнения работ по монтажу провода и включает в себя демонтаж плит покрытия временных дорог и съездов, восстановление газонов (рисунок 10.3 приложение 10) . Общая продолжительность реконструкции линии 110 кВ на этом участке выражена как:
Таким образом, продолжительность реконструкции данного участка составила 25 дней. Участок №3 от оп.№45 до опоры №38.
Трасса КВЛ 110 кВ «Очаково-Фили» на участке №3 от оп.№45 до опоры №38 проходит в пределах промышленной зоны города по территории гаражных кооперативов, пустырей, пересекает железную дорогу, Новозаводскую улицу, улицу 1812 года. Проектом предусматривается устройство подъезда к №42,№38. Проектом на участке №3 от оп.№45 до опоры №38 предусматривается установка новых опор рядом с существующими опорами №43-41 и остальных (№38-№40, №44-№45) по принципу «опора в опору» без устройства временных схем. Работы на участке начинаются с демонтажа существующего провода и троса, по продолжительности этап работ занимает 9 дней. Демонтаж существующих опор начинается с отставанием на 2 дня, с учетом того что провод в 3-х пролетах уже демонтирован и можно соответственно приступить к демонтажу опор. Демонтаж фундаментов и земляные работы при демонтаже фундаментов идут одновременно с работами по устройству фундаментов. Проектом предусматривается разработка грунта, демонтаж существующего фундамента, устройство нового фундамента, обратная засыпка.
Устройство фундаментов опор по продолжительности занимает 11 дней, но при этом одновременно заканчивается с земляными работами, так как работы по обратной засыпке завершают процесс устройства фундаментов. Установка и сборка проектных опор начинается одновременно с подготовительным периодом с учетом того, что на данном участке сборка опор занимает достаточно большой период времени. Работы по подвеске провода можно совместить с работами по установке опор, при условии, что работы по установке в одном из 5-ти анкерных пролетов уже закончены. Благоустройство заканчивается через день после выполнения работ по монтажу провода и включает в себя демонтаж плит покрытия временных дорог и съездов, восстановление газонов (рисунок 10.4 приложение 10). Общая продолжительность реконструкции линии 110 кВ
Трасса КВЛ 110 кВ «Очаково-Фили» на участке №4 от оп.№31сущ. до опоры №37 проходит в пределах промышленной зоны города по территории гаражных кооперативов, пустырей, пересекает улицу Барклая. Календарным графиком строительства в подготовительном периоде предусматривается параллельное выполнение работ по устройству подъездов и подрезки веток в пределах охранной зоны В Л 110 кВ с целью сокращения подготовительного периода.
Проектом на участке №4 от оп.№31сущ. до опоры №37 предусматривается установка новых опор по принципу «опора в опору» без устройства временных схем. Работы на участке начинаются с демонтажа существующего провода и троса, по продолжительности этап работ занимает 7 дней. Демонтаж существующих опор начинается с отставанием на 1 день, с учетом того что провод в 3-х пролетах уже демонтирован и можно соответственно приступить к демонтажу опор. Демонтаж фундаментов и земляные работы при демонтаже фундаментов идут одновременно с работами по устройству фундаментов. Проектом предусматривается разработка грунта, демонтаж существующего фундамента, устройство нового фундамента, обратная засыпка.
Устройство фундаментов опор по продолжительности занимает 7 дней. Установка и сборка проектных опор начинается с отставанием на 1 день от устройства фундаментов, в этот период осуществляется сборка многогранных опор. Работы по подвеске провода начинаются после установки опор. Благоустройство заканчивается через день после выполнения работ по монтажу провода и включает в себя восстановление газонов (рисунок 10.5 приложение 10).
Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследования
В диссертационном исследовании приведена эволюционная картина развития электроэнергетики. Анализ показал, что «советский период» - является периодом становления отрасли. Реализация плана ГОЭЛРО в 1920-1930-е годы позволила в короткие сроки не только восстановить экономику, разрушенную в ходе Гражданской войны, но и совершить исторической значимости прорыв. Общая выработка электроэнергии Советским Союзом в 1935 г. превысила в 13,5 раза производство по сравнению с 1913 г. Установка советского правительства на опережающие развитие энергетики принесла свои плоды. К началу 1980-х годов Советский Союз уступал только США.
Роль электроэнергетики в ХХI веке остается исключительно важной для социально-экономического развития любой страны и мирового сообщества в целом. Энергопотребление тесно связано с деловой активностью и уровнем жизни населения. Научно-технический прогресс и появление новых секторов и отраслей экономики, совершенствование технологий, повышение качества и улучшение условий жизни людей ведут к расширению сфер использования электроэнергии и повышению требований к надежному и бесперебойному энергоснабжению.
Развитие электроэнергетики в современных условиях напрямую связано с реализацией следующих приоритетных направлений: реконструкция и модернизация существующих энергосистем для внутренних потребностей производства и других направлений; развитие экспортного потенциала нашей страны за счёт увеличения мощности существующих систем и освоения новых территорий в рамках реализации крупных инвестиционных проектов, в частности развития Восточной Сибири как приоритетного направления государственной политики Российской Федерации.
При этом за последние годы большое количество инвестиционных программ в области электроэнергетики было направлено на развитие Краснодарского края в рамках проведения Олимпийских Игр.
Данное решение позволило не только успешно подготовить г. Сочи к проведению данного мероприятия, но и послужило импульсом к развитию всей социальной инфраструктуры региона. Так как мощность существующей энергосистемы была недостаточной для реализации даже половины пунктов «Программы строительства олимпийских объектов и развития города Сочи как горноклиматического курорта» от 29.12.2009 г. № 991.
В современном периоде Российская Федерация полностью обеспечивает свои потребности в электроэнергетике, а также осуществляет экспорт в страны ближнего зарубежья. Однако доля экспорта на сегодняшний день незначительна и составляет - 2,6% от общего объема экспорта электрической энергии. Данное обстоятельство связано с тем, что увеличение объема экспорта требует больших материальных вложений в сетевую инфраструктуру отрасли, а реализация программ возможна только в рамках проектов федерального назначения[74].
Реализацией долгосрочных инвестиционных программ развития Восточной Сибири и Дальнего Востока предусмотрено также развитие электроэнергетического направления в создании общей инфраструктуры. Так как строительство новых железнодорожных веток, предприятий, посёлков, зданий социального назначения потребует увеличения мощности существующей энергосистемы.
Таким образом, развитие электроэнергетики является основополагающей задачей не только в энергетическом, но и экономическом, политическом развитии нашей страны. А совершенствование проектных и организационно-технологических решений является насущной задачей в динамично развивающемся мире.
Общие выводы включают:
В ходе анализа выявлено, что существующие линии электропередачи всё чаще реконструируются с использованием многогранных опор во всём мире. Данное обстоятельство связано с тем, что в сложившихся стесненных условиях городов установка такого типа опор является наиболее рациональным решением. Так как при монтаже не требуется длительной сборки опоры, устройства полигонов, сокращается землеотвод как на период строительства, так и на период эксплуатации, что в свою очередь приводит к сокращению продолжительности реконструкции и воздействия на природную среду.
В исследовании раскрыты основные подходы к оценке нормативной продолжительности строительства объектов электроэнергетики. При этом возникает необходимость определения нормативного срока проведения работ по реконструкции с использованием современных конструкций, таких как многогранные опоры. Важным при этом является оценка продолжительности строительства в различных регионах нашей страны. Природные явления, такие как сейсмичность, наличие оползневых участков требуют разработки особой конструкции фундаментов, что в свою очередь увеличивает трудоёмкость производства работ.
Изучение специфических особенностей строительства (реконструкции) линий электропередачи в различных природно-климатических областях было построено на объектах-представителях в Московском и Сочинском регионах. При этом рассмотрено 5 объектов реконструкции воздушных линий электропередачи 110 кВ, общей сложностью 26 участков протяженностью порядка 1 км.
В результате обработки исходных данных получены значения трудоёмкости по основным видам работ с учётом влияния природно-климатических факторов (горные условия, сейсмичность, пересечение препятствий) и условия площадок реконструкции (стеснённые условия, наличие участков вблизи действующих линий электропередачи).
Для выявления основных влияющих факторов на общую продолжительность производства работ в диссертационном исследовании проведён многофакторный анализ, на основании которого были рассмотрены комбинации значимых факторов и построены наиболее качественные уравнения в Московском и Сочинском регионах.
На основании полученных уравнений в Московском регионе значимыми факторами выступили x2 (трудоёмкость демонтажа существующих опор), x3(трудоёмкость демонтажа существующих фундаментов), x4 (трудоёмкость производства земляных работ), x7 (трудоёмкость работ по монтажу провода). Значимость данных факторов обусловлена наличием стеснённых условий площадок реконструкции, пересечением препятствий (дороги, линии связи и электропередачи), работ в охранной зоне существующих линий.
