Введение к работе
Актуальность темы. Переходы воздушных линий электропередачи (ВЛ) через большие водные пространства являются важным звеном в структуре основных производственных фондов предприятий электрических сетей. В Украине эксплуатируется 62 больших перехода ВЛ напряжением 220-750 кВ. Уникальность больших переходов ВЛ определяется высокой степенью ответственности и повышенными требованиями, предъявляемыми к их надежности и долговечности, тяжелыми условиями эксплуатации, сложным комплексом инженерных изысканий и решений при проектировании, монтаже, ремонте или реконструкции. Удельная стоимость переходов в несколько раз (а в отдельных случаях в десятки раз) превышает удельную стоимость самой линии. Это требует особого подхода в вопросах проектирования, расчета, строительства и эксплуатации переходов.
Достоверная оценка технического состояния и создание долговечных переходных опор невозможны без учета влияния физико-химических воздействий атмосферы и условий эксплуатации, а также фактической изменчивости нагрузок и прочностных характеристик конструкций. Одним из главных препятствий для увеличения сроков службы переходных опор ВЛ является проблема коррозионного разрушения элементов и узлов конструкции. Научный и практический интерес вызывают вопросы динамического поведения переходов ВЛ, как системы в целом, так и отдельных ее составляющих (проводов, опор).
Указанные задачи актуальны, поскольку даже незначительное повышение долговечности переходов ВЛ дает большой экономический эффект.
Связь работы с научными программами, планами, темами. Диссертационная работа выполнена в соответствии с научно-исследовательскими работами по заказу Минэнерго Украины и отраслевыми научно-исследовательскими темами № 088-Н «Разработка отраслевых нормативных документов по обследованию и перерасчету электросетевых конструкций» (1995 г.) и № 64.08.005.5.7 «Определение допустимого износа металлических электросетевых конструкций: методы, разработка приборов» (1996 г.).
Дели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эксплуатационной надежности и долговечности больших переходов воздушных линий электропередачи за счет учета влияния их конструктивных особенностей и условий работы.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
— натурные обследования и анализ опыта эксплуатации переходов ВЛ через большие водные пространства для определения уровня значимости эксплуатационных факторов;
коррозионно-механические испытания фланцевых и односрезных болтовых соединений при моделировании напряженного состояния болтов и агрессивности среды;
изучение динамического поведения проводов и грозозащитных тросов переходов ВЛ при сбросе гололеда и их обрыве с применением методов математического моделирования;
исследования влияния динамических нагрузок на напряженно-деформированное состояние (НДС) переходных опор на основе численных экспериментов.
Научная новизна полученных результатов.
Краткое содержание научных положений и результатов, полученных автором, состоит в следующем:
установлены характерные дефекты и повреждения конструктивных элементов больших переходов воздушных линий электропередачи;
получены регрессионные модели для прогнозирования геометрических и прочностных характеристик болтов фланцевых и односрезных соединений в зависимости от уровня их напряженного состояния и концентрации сернистого ангидрида в атмосфере;
предложена математическая модель для описания напряженно-деформированного состояния проводов и тросов ВЛ по всему пролету при подскоке в результате сброса гололеда, позволяющая установить форму и характеристики импульсных нагрузок на опору;
выполнена оценка влияния динамических нагрузок при сбросе гололеда с проводов и их обрыве на распределение и величину усилий в элементах анкерных переходных опор;
обоснована необходимость учета динамических нагрузок на конструкции переходных опор, провода и тросы при проектировании, обследовании и реконструкции больших переходов ВЛ.
Практическое значение полученных результатов. Материалы исследований использованы: при разработке нормативного документа Минэнерго Украины «Металлические и железобетонные опоры воздушных линий электропередачи напряжением 35 кВ и выше. Методические указания по оценке, технического состояния и перерасчету»; при проведении натурных обследований объектов Днепровских и Донбасских магистральных электрических сетей национальной энергетической компании «Укрэнерго».
Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертационной работе результаты исследований получены соискателем самостоятельно. Личный вклад автора состоит в следующем:
непосредственное участие в проведении натурных обследований, испытаний и лабораторных исследований;
разработка всех методик и выполнение численных экспериментов, приведенных в диссертации;
статистическая обработка информации, полученной при обследованиях, испытаниях, численных исследованиях;
систематизация и научный анализ полученных результатов.
В публикациях с соавторами соискателем выполнено: перерасчет проводов и тросов ВЛ по данным натурного освидетельствования [1, 2]; статистическая обработка результатов исследований коррозионного износа болтовых соединений [3, 4]; коррозионно-механические испытания моделей фланцевых и односрезных болтовых соединений и анализ их результатов [5 численные исследования аэродинамических явлений проводов и тросов ВЛ [6].
Апробация результатов работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции по методическим вопросам исследования надежности больших систем энергетики «Надежность и безопасность стареющих систем энергетики» в г. Киеве (1995 г.), на Международной конференции «Теория и практика металлических конструкций» в г. Донецке (1997 г.), на IV-й Международной конференции-выставке «КорозІя-98. Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів» в г. Львове (1998 г.).
Публикации. По теме работы опубликовано 7 печатных работ, отражающих ее основное содержание, в том числе: 1 отраслевой нормативный документ, раздел монографии и 5 статей в сборниках научных трудов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, основные результаты и выводы, список использованной литературы (143 наименования), 3 приложения. Диссертация изложена на 193 страницах, в том числе 112 основного текста, 14 страниц списка литературы, 33 полных страницы с рисунками и таблицами, 34 страницы приложений.