30 ноября 2022 года состоялось заседание секции № 1 «Технологии и оборудование линий электропередачи» Научно-технического совета ПАО «Россети». Повестку заседания составили три доклада. Первый из них был посвящен разработке серии унифицированных опор из высокопрочных сталей, второй — расчистке просек ЛЭП, третий — вопросам укрепления фундаментов опор. За работой секции следили специалисты журнала «ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение». Обзор докладов, ключевые моменты их обсуждения и фоторепортаж с мероприятия — в нашем материале.
Заседание открыл член НТС, заместитель начальника департамента управления производственными активами — начальника управления эксплуатации ВЛ ПАО «Россети» Игорь Калиновский. Он кратко обозначил повестку заседания и регламент, после чего предоставил слово первому докладчику.
Доклад о промежуточных результатах НИОКР «Разработка серии унифицированных решетчатых опор ВЛ 220–500 кВ из высокопрочных сталей» представил начальник отдела математического моделирования и перспективных конструкторских решений филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ Артем Павлов.
По словам докладчика, данная НИОКР реализуется с января 2021 года и должна быть завершена весной 2024 года. Работа разбита на 4 блока: формулировка принципов разработки опор, разработка конструктивных решений и конструкторской документации, изготовление и испытание опытных образцов, разработка нормативно-технической документации и применение опор на объектах внедрения.
Актуальность работы связана с развитием рынка высокопрочных сталей и проката из них, отметил Артем Павлов. Соответственно, рыночная доступность новых материалов позволяет разработку новых конструктивных форм опор высоковольтных линий, оптимальных для новых условий и материалов. А это в свою очередь должно повысить экономическую эффективность электросетевых компаний. Таким образом, целью НИОКР является создание оптимальных конструктивных форм стальных опор, с учетом особенностей материала, условий внешнего воздействия, экономической целесообразности и т.д.
В рамках НИОКР исполнителем была разработана концепция формообразования, согласно которой и разрабатывались новые формы опор. Как рассказал Артем Павлов, концепция — это алгоритм, суть которого в том, что, исходя из условий применения и факторов влияния (климат, рельеф, тип местности и т.д.), выявлялись признаки, формирующие тип опоры (расположение проводов, геометрия ствола, типы узлов, марки сталей и т.д.), а на основе этих признаков уже создавалась оптимальная конструкция.
Для реализации данной концепции исполнителем была проведена систематизация условий эксплуатации опор, по результатам которой были выявлены регионы, в которых применение опор из высокопрочной стали будет рациональным и эффективным. При этом учитывались как климатические, так и экономические условия, в точности — объем финансирования проектируемых, строящихся и реконструируемых ВЛ в разных ФО России.
При разработке конструкции опор исполнитель исходил из критерия оптимальности, рассказал Артем Павлов. То есть учитывался минимум целевой функции по одному из следующих параметров:
- минимальная стоимость владения ВЛ;
- минимальная продолжительность строительства ВЛ;
- минимальное влияние на окружающую среду;
- индивидуальные условия заказчика.
В результате была запущена разработка ряда промежуточных и анкерно-угловых опор для ВЛ 220, 330 и 500 кВ со следующими особенностями:
- сочетание сталей С390 и С345;
- узкая база;
- увеличенные весовые пролеты.
Применение сталей марок С390 и С345, по словам докладчика, повысит экономическую эффективность применения таких опор, узкая база позволит снизить затраты на установку фундаментных конструкций, а увеличение пролетов оптимизирует расходы при установке опор в горном рельефе.
Кроме того, применение в конструкции шпренгельной и ромбической решетки позволит снизить гибкость элементов, тем самым повысив эффективность применения высокопрочной стали.
Всего исполнителем разрабатывается 14 видов опор, для каждого из них составлена конструкторская документация, которая включает:
- Содержание — ведомость документов комплекта рабочих чертежей на опору.
- Общие данные — краткое описание конструкций с указаниями по их применению, обзорные листы разработанных опор.
- Монтажную схему опоры, включающую ведомости элементов, болтов и т.д.
- Геометрическую схему опоры.
- Расчетный лист опоры — таблицы с расчетными данными и основные схемы загружений.
- Узлы опоры — основные конструкторские решения.
Изготовление опытных образцов и контрольная сборка опор запланированы на период с 1 декабря 2022 года по 27 октября 2023 года. Испытания опытных образцов планируется провести с августа по ноябрь 2023 года. А разработка нормативно-технической документации пройдет с 1 августа 2023 года по 30 апреля 2024 года, резюмировал Артем Павлов.
Отвечая на вопрос Игоря Калиновского, Артем Павлов также отметил, что всего данная НИОКР состоит из девяти этапов, из которых на текущий момент выполнено пять. По первым четырем этапам уже получено положительное заключение заказчика. Пятый этап — конструкторская документация — сейчас находится на рассмотрении.
Комментируя доклад, Игорь Калиновский также отметил, что в нем не затронуты вопросы коррозийной стойкости применяемых высокопрочных сталей и сейсмические условия. Климатические же условия рассмотрены только для некоторых регионов РФ. В частности, не озвучивались аспекты эксплуатации в холодном приморском климате, например, в Мурманске.
Отвечая, спикер отметил, что данные аспекты обязательно будут рассмотрены на следующих этапах НИОКР, в соответствии с полученным техническим заданием.
Продолжил заседание доклад «Изучение скорости прироста основных видов лесообразующих древесных пород в зависимости от климатических зон и состояния почвы в местах прохождения трасс действующих ВЛ с созданием региональных карт периодичности расчистки просек ВЛ и выдачей рекомендаций по способу выполнения работ», представленный начальником Департамента эксплуатации и ТОиР ПАО «Россети Кубань» Андреем Чебаковым и специалистом «Федерального исследовательского центра» (АО «ФИЦ»), д.т.н., профессором Сергеем Барталевым.
Доклад начал Андрей Чебаков, напомнивший собравшимся, что значительная часть аварийных отключений на воздушных линиях происходит из-за перекрытия на древесно-кустарниковую растительность и падения деревьев на провода. При этом для расчистки просек невозможно установить единую периодичность, поскольку скорость роста деревьев и кустарника значительно различается в зависимости от климата региона, состава почвы, породного состава растительности и т.д. В связи с этим изучение скорости прироста видов лесообразующих пород деревьев и кустарниковой растительности в различных условиях сегодня имеет особое значение. Полученные в ходе такого исследования данные могут стать основой для автоматизированного долгосрочного планирования мероприятий по расчистке просек ЛЭП.
Также спикер напомнил, что решение о создании научно-исследовательской работы (НИР) по данной теме было принято на совещании с руководителями ДЗО ПАО «Россети» в мае 2018 года.
Далее Андрей Чебаков отметил, что данное исследование особо актуально для территории присутствия «Россети Кубань», поскольку здесь сочетаются несколько климатических зон: степные зоны умеренного климата, предгорные и горные районы с различной высотой над уровнем моря, а также субтропические зоны на побережье Черного моря. Каждая из этих зон имеет свои характеристики лесной растительности по породному составу, полноте лесов, высоте деревьев и т.д. Соответственно, и скорость произрастания лесов во всех этих зонах разная.
«Федеральный исследовательский центр» провел исследования, необходимые для определения скорости зарастания просек, рассказал спикер. В работе также было учтено, что скорость роста зависит от времени проведения предыдущей расчистки и от ее способа. Итогом этой работы стали региональные цифровые карты периодичности расчистки, которые были внедрены в программу ГИС ПАО «Россети Кубань». Теперь планируется интегрировать эти карты в программу «Система управления производственными активами для получения возможности автоматизированной разработки многолетнего и годового графиков расчистки просек ВЛ», резюмировал Андрей Чебаков.
Подробнее о ходе исследований собравшимся рассказал Сергей Барталев. Он отметил, что работа заняла боле двух лет и проходила в четыре этапа.
На первом этапе собирались геоинформационные базы данных о лесной растительности на территории присутствия ПАО «Россети Кубань». На втором этапе был проведен анализ этих данных и получены характеристики лесной растительности, необходимые для определения скорости зарастания просек ВЛ, а также для выработки рекомендаций по периодичности и способам расчистки. На третьем этапе был проведен анализ эффективности существующих методов расчистки с точки зрения их влияния на годовой прирост древесно-кустарниковой растительности. По результатам анализа была сформирована геоинформационная база данных о характеристиках лесной растительности. На четвертом этапе происходила интеграция геоинформационной базы данных в ГИС ПАО «Россети Кубань». Кроме того, были разработаны рекомендации по периодичности и способам расчистки просек, проведена оценка экономического эффекта применения полученных результатов в производственной деятельности ПАО «Россети Кубань», организовано обучение персонала компании работе с геоинформационными базами данных (цифровыми слоями).
Далее спикер подробно рассказал о реализации каждого из этапов, а также на примерах продемонстрировал собравшимся, как осуществляется работа с цифровыми слоями.
По итогам НИР в проект решения НТС внесены следующие рекомендации:
- Одобрить результаты выполнения НИР «Изучение скорости прироста основных видов лесообразующих древесных пород в зависимости от климатических зон и состояния почвы в местах прохождения трасс действующих ВЛ с созданием региональных карт периодичности расчистки просек ВЛ и выдачей рекомендаций по способу выполнения работ».
- Рекомендовать применение результатов рассматриваемой НИР в производственной деятельности ПАО «Россети Кубань».
Ряд вопросов по итогам доклада задал Игорь Калиновский. Его интересовало, можно ли считать разработанные геоинформационные базы данных автоматизированной системой планирования, как соотносится такое цифровое планирование с существующими графиками расчистки трасс ВЛ, и по каким критериям определяются наиболее эффективные способы расчистки (в частности, учитываются ли запреты на химические виды очистки, действующие в определенных местностях).
Отвечая на вопрос, авторы НИР отметили, что создание геоинформационных баз данных является лишь первым этапом работы, главным итогом которой должно стать создание полноценного программно-технического комплекса для расчета периодичности проведения работ по расчистке трасс ВЛ. Андрей Чебаков также добавил, что сегодня о создании долгосрочных графиков можно говорить только в первом приближении. Также он добавил, что результаты НИР не отменяют существующих на сегодняшний день методов, в частности, визуальных осмотров просек. При этом полученные данные уже сейчас могут использоваться и учитываться при формировании годовых и многолетних графиков, добавил спикер.
Заседание завершил доклад по НИОКР «Разработка мобильной малогабаритной буровой установки для монтажа и армирования композитных анкеров в грунте, укрепления фундаментов опор ВЛ. Разработка композитных анкеров для укрепления «рубленных» ж/б свай фундаментов опор и винтовых/трубных свай фундаментов опор ВЛ в условиях вечномерзлых грунтов Арктики и Крайнего Севера». Его представил собравшимся начальник отдела инновационных технологий и цифровых систем филиала АО «НТЦ ФСК ЕЭС» — СибНИИЭ Александр Сухар.
В начале выступления спикер обозначил, что доклад представляет промежуточные результаты НИОКР. Завершение работы запланировано на 30 ноября 2023 года. На сегодня реализованы четыре этапа, а разработанные решения сейчас проходят опытно-промышленную эксплуатацию (ОПЭ). Заказчиком НИОКР выступила компания «Россети Тюмень».
Говоря об актуальности работы, Александр Сухар рассказал, что она обусловлена участившимися в зоне присутствия «Россети Тюмень» случаями выхода свайных фундаментов из несущего грунта, с последующими отклонениями от вертикального положения и даже падениями опор ВЛ. В условиях вечномерзлых грунтов это в основном происходит по двум причинам, отметил спикер. Первая причина — снижение несущей способности винтовой или трубной сваи, вследствие оттаивания многолетнемерзлого грунта по глубине в местах их установки. Вторая причина — применение при строительстве непроектных укороченных (так называемых «рубленных») свай с недостаточной несущей способностью на выдергивание.
Для снижения аварийности было решено провести разработку следующих технических решений:
- композитный анкер и технология его установки, для укрепления винтовых и трубных свайных фундаментов опор ВЛ 110 кВ в условиях многолетнемерзлых грунтов;
- анкер и технология его установки, для укрепления «рубленных» ж/б свай фундаментов опор ВЛ 110 кВ в условиях талых и пучинистых грунтов;
- технология укрепления грунтов в месте установки анкеров;
- мобильная малогабаритная буровая установка (ММБУ) установки разработанных анкеров в условиях труднодоступности.
Далее спикер рассказал о работе по двум из этих направлений: композитных анкерах и ММБУ. На первом этапе работы были проанализированы существующие технические решения и определены технические требования к ММБУ и композитным анкерам. На втором этапе были разработаны, согласованы и изготовлены экспериментальные образцы, а также прошли натурные испытания этих образцов в многолетнемерзлом грунте. На четвертом этапе были изготовлены опытные партии анкеров (24 штуки) и ММБУ (2 штуки) для приемосдаточных испытаний и отправки заказчику для опытно-промышленной эксплуатации.
По итогам реализации четырех этапов НИОКР достигнуты следующие результаты:
- Внесены изменения в конструкцию и скорректирована контрольно-техническая документация на конструкцию ММБУ и конструкцию композитных анкеров с присвоением литеры «О».
- Разработаны ТУ и формы паспортов на композитные анкеры, РЭ и форма паспорта на ММБУ.
- Разработаны технологические карты на монтаж композитных анкеров для укрепления ж/б и металлических свай в различных грунтах и программы опытно-промышленной эксплуатации опытных образцов ММБУ и анкеров.
- Изготовлены опытные партии ММБУ и композитных анкеров.
- Разработаны требования, программы испытаний и проведены испытания опытных образцов ММБУ и анкеров, на испытательных стендах и полигоне специализированного испытательного центра.
- Проведены дополнительные исследования патентной чистоты результатов разработки и исследование патентоспособности принятых решений.
Отвечая на вопрос Игоря Калиновского, Александр Сухар также отметил, что при изготовлении опытных партий использовались композитные материалы отечественного производства. Однако для изготовления самих композитов используется импортная эпоксидная смола, поставляемая из Таиланда. Впрочем, производство подобных смол налажено и в России, и в случае невозможности импорта производство композитов не остановится, сделал акцент спикер.
Также, отвечая на вопросы, специалист рассказал о практических аспектах испытаний и тех трудностях, с которыми пришлось столкнуться при введении разработок в ОПЭ.
Опубликован подробный фоторепортаж о прошедшем мероприятии:
