Институт электросетевого строительства и сооружений (НИЛКЭС) ООО "Энергожелезобетонинвест" разработал первую двухцепную самонесущую одностоечную промежуточную опору СПБ220-4ФТ для суровых климатических условий воздушных линий электропередачи 220 кВ.
Требования к конструкции опоры
Она должна быть двухцепной, с подвесными проводами АС 300/39 и двумя грозозащитными тросами со встроенными волоконно-оптическими кабелями.
Расчетные характеристики ветрового давления и толщины стенки гололеда должны соответствовать ветрам III категории по ПУЭ-7 (W0 = 650 Па) и гололедным площадям III, IV и V категорий (be = 20, 25 и 30 мм).
Учитывая особенности крепления опор, необходимо учитывать, что трасса линии проходит через рисовые чеки по системе мелиоративных каналов. Водоносный слой залегает поверх водоудерживающих грунтов на глубине 3-5 метров. Грунтовые воды залегают близко к поверхности (1,6-3,8 метра), а в период весеннего снеготаяния и интенсивных осадков летом и осенью поднимаются еще выше, местами достигая поверхности.
Область применения опоры СПБ 220-4ФТ
Помимо обеспечения безусловной надежности в условиях повышенных гололедных нагрузок, воздушные линии электропередачи должны снижать строительные и эксплуатационные затраты, поэтому они должны занимать минимальную площадь, используемую под сельскохозяйственные культуры, легко доставляться на строительную площадку, быстро монтироваться, быть простыми в эксплуатации и обладать вандалоустойчивыми характеристиками .
Минимальный землеотвод, простота монтажа конструкции и вандалоустойчивость - неотъемлемые характеристики железобетонных центробежных опор. Однако готового решения для промежуточных двухцепных железобетонных опор ВЛ 220 кВ не существует, нет таких конструкций и в перечне типовых опор, предназначенных для III ветрового и III гололедного районов по ПУЭ-6. Причинами этого являются высокие нагрузки на опоры ВЛ 220 кВ и ограниченная несущая способность старых железобетонных конических опор.
Современные конические стойки, изготовленные из той же опалубки, способны выдерживать гораздо большие нагрузки - до 75 тс/мес. Для цилиндрических стоек диаметром 800 мм момент заделки достигает уже 130 тс/м. Это достигается благодаря современному канатному армированию и использованию более прочного бетона (B60).
Конструктивные решения, найденные и опробованные за последние восемь лет, позволили разделить длинные стойки после изготовления, доставить их на трассу обычным транспортом и скрепить болтами во время строительства стойки.
Решение по установке конических стоек на цилиндрические фундаменты с помощью специальных фланцев является прорывом в дизайне.
Увеличение высоты подвеса провода делает железобетонные опоры сопоставимыми с металлическими конструкциями по длине пролета.
Несущая способность опор, поднимаемых и опускаемых фундаментом, почти в два раза выше, чем у старых опор с коническими раскосами.
Выбор длины секции фундамента 5,0 м, 6,7 м и 10 м решает проблему крепления эстакады к земле.
Эстакадная опора, отдельно стоящая на высокой фундаментной секции.
Лестница на опоре SPB220-4FT Опора SPB220-4FT
Двухцепная самонесущая односекционная промежуточная опора SPB220-4FT была впервые разработана для работы в суровых климатических условиях воздушных линий электропередачи 220 кВ.
В отличие от ранее разработанных аналогичных секционных изделий, данная конструкция отличается большой высотой подвеса провода (14,5 м до нижней траверсы). Она имеет нижнюю цилиндрическую часть длиной 10 м и диаметром 800 мм, заглубленную на 5 м в вырытый котлован. Верхняя часть колонны представляет собой коническую колонну длиной 22,6 м, выполненную в секционном варианте (13 м + 9,6 м). Впервые в практике проектирования сборных опор конические опоры крепятся к нижнему фундаменту на высоте 5 метров над уровнем земли.
Все столбы оснащены постоянными лестницами, ведущими от 3 метров над уровнем земли до верха тросовой опоры. Лестницы оснащены специальными фиксированными точками крепления типа "открытая петля" на конце лестницы, а также гибкими анкерными линиями для быстрого и безопасного подъема на столб.
Чтобы предотвратить проникновение птиц в стойку, концы стойки закрываются специальными крышками. В данной воздушной линии конструкция крышки оснащена специальным элементом для крепления таблички с номером опоры, чтобы она была видна при пролете над воздушной линией.
Все металлические элементы опоры, включая фланцевые соединения, защищены от коррозии методом горячего цинкования. Благодаря повышенной водонепроницаемости (W>12) и морозостойкости (F1>400) бетона, новые конструкции могут эксплуатироваться не менее 70 лет.
Опоры SPB220-4FT были перевезены и установлены на входе в воздушную линию электропередачи 220 кВ на Удачной ТЭС.
Общий вес опоры составляет около 14 тонн. Опоры весом 5, 4 и 3 тонны доставлены на трассу обычным транспортом без проблем, характерных для перевозки длинных опор.
Установка дна (фундамента)
Проблема, которую невозможно было решить без учета всех деталей конструкции, заключалась в выборе способа установки опорных колонн: поскольку речь идет о трех отдельных секциях, существует несколько возможных вариаций установки колонн. Один вариант - собрать все части стойки на земле и поднять их наверх, другой - собрать металлоконструкцию в отдельные секции и установить их последовательно друг с другом. Все зависело от используемого оборудования и условий его эксплуатации.
Фактические условия трассы вносили свои коррективы в технологии строительства. Чтобы оптимизировать использование экскаваторов, было решено установить все фундаменты опор сразу. Нижние секции опор устанавливались сразу после бурения, чтобы избежать проблемы заполнения скважины грунтовыми водами в непосредственной близости от поверхности и деформации стенок скважины. После того как почти все фундаменты были установлены, приступили к монтажу верхних частей опор.
Две строительные компании, участвовавшие в возведении этого объекта, выбрали разные методы монтажа верхних частей опор. Одна поднимала всю верхнюю часть верхушек столбов, другая - последовательно каждую секцию.
Основной этап возведения заключался в последовательной установке каждой секции.
Монтаж всех железобетонных промежуточных опор на двухлинейных участках ВЛ 220 кВ Славянская-Удаленная и Удаленная-Таман был завершен в декабре 2021 года.
Монтаж промежуточной секции опоры СПБ220-4ФТ
Монтаж верхней части опоры.
Общий вид участка воздушной линии
Технические и организационные проблемы внедрения новых опор.
Ввод новых опор на двухцепных участках ВЛ 220 кВ Славянская - Удачная и Удачная - Тамань осуществлялся при активном взаимодействии заказчика строительства ВЛ (филиал ПАО "ФСК ЕЭС" - МЭС Юга), проектировщика ВЛ (НТЦ ФСК ЕЭС и "Энерго Южэнергосетьпроект", филиал ООО "Юг"), проектировщиков конструкций, производителей (ООО "Энергожелезобетонинвест" и НИЛКЭС) и подрядчиков (ООО "Призма"). Все вопросы решались оперативно, начиная от постановки задачи, заканчивая согласованием документации для обеспечения удобства сборки и установки опорных колонн.
Опора СПБ220-4ФТ была построена и сертифицирована в период разработки проекта воздушной линии. Проект конструкции опоры, являющейся частью общего проекта ВЛ, прошел государственную экспертизу. Рыбинск (ООО "Рыбинскэнергожелезобетон"), Волгоград (ООО "Волгоградский завод строительных материалов") и Гулькевичи Краснодарского края (ООО "Северо-Кавказский комбинат промышленных предприятий"), производственный кооператив "Энергожелезобетонинвест" был привлечен для оперативной поставки 90 опор СПБ220-4ФТ в район строительства. Для оперативного изготовления и поставки 90 опор СПБ220-4ФТ в район строительства был привлечен производственный кооператив "Энергожелезобетонинвест" (ООО "Комбинат предприятий Северного Кавказа").
Гибкий подход к разработке конструкций под конкретные требования проекта позволил создать новые опоры на основе технических решений, выявленных при разработке секционных железобетонных аналогов. Применение таких опор позволило получить оптимальные решения с точки зрения строительных и эксплуатационных затрат для воздушных линий электропередачи.
