Авторы: Рыжов С.В., канд. техн. наук, Цветков Ю.Л., ЗАО «Электросетьстройпроект», г. Москва, Дегтерев Е.М., Сочинские ЭС ОАО «Кубаньэнерго».
Источник: Журнал «Электро».
При прохождении ВЛ в горной местности, особенно вдоль ущелий, существует опасность повреждения проводов и изоляторов линии от камнепадов. При падении камней на провода велика опасность повреждения токопроводящих жил, что приводит к уменьшению токопроводящего сечения, снижению проводимости и механической прочности, и как результат — к снижению пропускной способности и надежности линии в целом. Замена медных или традиционных сталеалюминиевых проводов типа АС на стальные позволяет повысить живучесть провода, но пропускная способность линии при этом существенно снижается.
Двухцепная ВЛ 110 кВ «Краснополянская ГЭС — подстанция Верещагинская, подстанция Хоста» Сочинских электрических сетей ОАО «Кубаньэнерго» проходит по дну узкого ущелья реки Мзымта. В 1949 г. на этой линии был подвешен медный провод марки М-70 (Iн = 337 А) с пропускной способностью около 60 МВт на одну цепь.
Участок линии протяженностью около 800 м находится в зоне интенсивных камнепадов. На этом участке провод часто повреждался, что из-за низкой механической прочности верхнего повива приводило к расплетанию проволок и перекрытиям на соседние фазы. Практически все выпускаемые провода в России изготавливаются без предварительного преформирования проволок при их укладке в пряди, поэтому повреждение проволок приводит к их отмотке и образованию «ерша» на проводе.
Для повышения надежности линии рассмотрен вариант замены медных проводов на стальные марки ПС-70 (Iн = 125 А) с пропускной способностью до 23МВт (КГЭС — подстанция Верещагинская) и ПС-95 (Iн = 35 А) — до 26 МВт (КГЭС — подстанция Хоста), с одновременным введением автоматики ограничения нагрузки на уровне 120 А. Однако максимальная мощность Краснополянской ГЭС при полной воде может составлять 30 МВт, что часто наблюдается с апреля по июль в результате таяния снегов в верховьях Мзымты и с октября по декабрь — из-за обильных осадков. Одна цепь ВЛ, оборудованная такими проводами, будет не в состоянии передать всю вырабатываемую на ГЭС мощность.
Рассматривался также вариант защиты проводов АС-120/19 или АС-95/16 стальными спиральными шестиметровыми протекторами, смонтированными по всей длине опасных пролетов. Однако сложность монтажа спиральных протекторов и получаемая при этом большая погонная масса провода с протектором, превышающая в режиме гололеда допустимую нагрузку на опоры (некоторые из опор смонтированы на консолях, закрепленных на отвесных скалах, рис.1), заставили отказаться от этой идеи. Окончательно было принято решение изготовить провод, защищенный стальной броней. Но такие провода не выпускаются и ранее в России никогда не разрабатывались.
Предприятие Сочинских электрических сетей ОАО «Кубаньэнерго» поручило «Электросетьстройпроекту» разработать и изготовить необычный сталеалюминиевый провод, состоящий из алюминиевого сердечника и стального наружного повива, призванного защищать токопроводящие алюминиевые жилы от внешних механических воздействий. Провод предназначался специально для указанного опасного участка ВЛ.
На основании жестких технических требований, согласованных с Сочинскими электрическими сетями ОАО «Кубаньэнерго» и ОАО «Южэнергосетьпроект», был разработан и изготовлен опытный образец такого провода марки СА-59/95 (рис. 2) со следующими физико-механическими характеристиками: диаметр 15,5 мм; вес769 кг/км; разрывное усилиене менее 80 кН; сечение алюминия92,4 мм2; диаметр уплотненного алюминиевого сердечника11,8 мм; сопротивление алюминиевой части провода 0,3114 Ом/км; наружный повив: стальная оцинкованная проволока 22 x 1,85 мм; сечение по стали59,1 мм2; допустимый длительный ток280 А; температурный коэффициент линейного удлинения α = 15,6 x 10-61/град; модуль упругостиЕ = 10,6 x 103 даН/мм2.
Межпроволочное пространство всего провода, за исключением наружной поверхности, заполнено нейтральной смазкой повышенной теплостойкости.
Для предотвращения раскручивания стальных проволок в случае возможного их обрыва наружный повив выполнен с предварительным преформированием и минимально возможным шагом скрутки. В то же время на наружный стальной повив должно приходиться и основное растягивающее усилие. С этой целью кратность шага скрутки алюминиевого сердечника принята меньшей, чем у стального повива.
Для исключения эффекта вытяжки провода в процессе эксплуатации и упрощения расчета стрел провеса провод при изготовлении подвергался предварительному растяжению с усилием 2000 даН. Допустимый длительный ток провода СА-59/95 из расчета допустимой температуры нагрева провода + 70 С при температуре воздуха + 25 С составляет 280А (для АС-95/16 — 330 А и для ПС-95 — 135 А). Уменьшение токовой нагрузки для провода СА-59/95 по сравнению с АС-95/16 объясняется наличием дополнительных электромагнитных потерь в стальном наружном повиве провода (потерь на перемагничивание и от вихревых токов), вызывающих дополнительный нагрев провода.
Весной 2003 г. был произведен перемонтаж двух цепей ВЛ 100 кВ «Краснополянская ГЭС — подстанция Верещагинская, подстанция Хоста» на участке между опорами № 71 и № 78 с заменой проводов ПС-70 и ПС-95 на провод СА-59/95, что позволило повысить пропускную способность каждой цепи до 53 МВт при максимальной потребности 30 МВт. Все пролеты — анкерные с длинами от 40 до 193 м.
Монтаж провода производился по технологии подвески оптических кабелей связи, тo есть под тяжением через систему роликов без опускания на землю, что позволило сохранить защитное цинковое покрытие стальных проволок наружного повива провода от механических повреждений и выполнить подвеску одной строительной длиной без сращивания проводов.В качестве троса-лидера, с помощью которого новый провод затягивался в пролеты, использовался существующий стальной фазный провод, три строительные длины которого собирались в единую длину с помощью монтажных натяжных и соединительных чулков типа ЧМ (ЭССП). Подвеска провода СА-59/95 осуществлена с применением натяжных спиральных зажимов производства ЗАО «Электросетьстройпроект» и полимерных изоляторов типа ЛК 70/110-3. Соединение сталеалюминиевого провода с медным выполнено в шлейфах с помощью специальных плашечных зажимов типа ПБ. Поскольку линия построена на анкерных опорах с узкой базой и с траверсами уменьшенных габаритов, для предотвращения повреждений провода в шлейфах из-за приближения к телу опоры применены также полимерные изоляторы типа ЛК 70/110-3 ( рис. 3). Это ограничивает подвижность петли шлейфа и исключает перекрытия с провода на тело опоры при подскоках во время камнепадов.
Данная ВЛ расположена в сложной природноклиматической зоне (IV район по гололеду), она систематически подвергается интенсивному налипанию мокрого снега. Плавка гололеда на ней не производится, поскольку она не была предусмотрена проектом. Однако для борьбы с налипанием снега на фазных проводах на этой линии включается схема профилактического прогрева провода, которая обеспечивает минимальный нагрузочный ток. Величина тока (около 100 А) обеспечивает превышение температуры провода по отношению к температуре окружающей среды на 1-2 С. Такое профилактическое мероприятие эффективно препятствует налипанию мокрого снега на провода. Но поскольку подогрев троса не производится, из-за интенсивного нарастания снеговой нагрузки стрела провеса его увеличивается, происходит перекрытие на провод, что приводит к отключению ВЛ и повреждению медных проводов (вплоть до обрыва). После отключения ВЛ интенсивность налипания снега на провода резко возрастает.
При применении провода СА-59/95, который имеет электрическое сопротивление несколько большее по сравнению с проводом М-70, но значительно меньшее, чем ПС-70 и ПС-95, при работе схемы профилактического прогрева обеспечивается больший разогрев провода по сравнению с М-70, что более эффективно препятствует образованию гололеда и росту гололедной нагрузки. Тем самым повышается надежность этого участка линии. Кроме того, для ограничения нагрузок на опоры в случае превышения гололедной нагрузки из-за отключения ВЛ спиральные натяжные зажимы, в которых подвешен этот провод, выполнены с ограниченной прочностью заделки, рассчитанной на 4 тс.
Таким образом, разработан, изготовлен и смонтирован на опасном скальном участке ВЛ 110 кВ «Краснополянская ГЭС — подстанция Верещагинская, подстанция Хоста» Сочинских электрических сетей ОАО «Кубаньэнерго» новый провод марки СА-59/95, обладающий повышенной стойкостью к внешним механическим воздействиям за счет применения в наружном повиве стальных оцинкованных проволок, защищающих алюминиевый сердечник. Это позволило повысить не только эксплуатационную надежность этого участка линии, но и его пропускную способность.
Повышение эксплуатационной надежности этого участка линии наглядно иллюстрирует следующий пример.
22 мая 2004 г. во время камнепада произошло прямое попадание в шлейф среднего провода и в нижнюю траверсу опоры №72 оторвавшегося с высоты около 300 м куска скалы массой примерно 3 т (рис.4). При этом на опоре №72 средний провод вырвало из спиральных зажимов, но сам провод не повредился и прижался к скале (опора угловая). Нижний провод остался закрепленным на сломанной нижней траверсе, но вырвался из натяжного спирального зажима на соседней опоре №71. Траверсы опоры №71 не повредились благодаря ограниченной прочности заделки проводов в спиральных натяжных зажимах.
Таким образом, благодаря прочной конструкции провода СА-59/95, подвешенного в спиральных натяжных зажимах с ограниченной прочностью заделки, удалось избежать более серьезных последствий аварии.
Применение подобного провода, подвешенного в спиральных натяжных зажимах с ограниченной прочностью заделки, может быть рекомендовано для ВЛ, расположенных в горной местности, в местах камнепадов и схода снежных лавин.