Какие могут быть причины повреждения грозотросов

Провода и грозозащитные тросы

Трасса ВЛ

При проверке трассы и охранной зоны ВЛ контролируются высота растительности, наличие вырубленного и неубранного леса, кустарника и другого мусора, могущего вызвать опасность пожара, фиксируются незаконные постройки, свалки и несанкционированные виды работ, определяется влияние природных явлений (размывы, подтопления, выветривание и обрушение грунта) на состояние ВЛ и выполняются другие работы.

Опыт эксплуатации показывает, что основными факторами, приводящими к нарушению работоспособного состояния BJI 10−110 кВ и их повреждению, являются:

— несоответствие проектных решений фактическим климатическим условиям;

— недоучет нормативных требований при проектировании ВЛ;

— неудовлетворительное состояние трасс ВЛ и прилегающих к ним лесных массивов;

— несвоевременная вырубка деревьев, угрожающих падением на провода;

— уменьшенная по сравнению с требованиями ПУЭ ширина просек и полос отвода;

— недоучет естественного роста деревьев в период эксплуатации;

— отсутствие правовых оснований для дополнительной вырубки деревьев вдоль трасс и для взаимоотношений с владельцами лесных угодий.

По данным статистики не менее пяти процентов коротких замыканий происходит из-за падения деревьев или сучьев на провода и из-за перекрытия на древесно-кустарниковую растительность. Свыше десяти процентов повреждения ВЛ связано с пожарами на трассе и вблизи ВЛ.

При проектировании ВЛ, проходящих по лесным зонам, основной задачей, с позиции надежности ВЛ, является предупреждение аварий, вызванных падением деревьев на провода ВЛ. В рекомендациях ПУЭ-7 [13, п.2.5 «Прохождение ВЛ по насаждениям»] указана ширина просеки, в зависимости от высоты древостоя и радиуса кроны деревьев. Рекомендации направлены на предупреждение аварий из-за падения деревьев на провода ВЛ и опасных сближений лесных насаждений с проводами ВЛ. В последнюю редакцию ПУЭ внесены изменения к требованиям определения ширины просеки в сторону ее увеличения. Это сделано для учета перспективного роста высоты и радиуса крон деревьев в течение 25 лет и увеличения минимальных расстояний между проводами и кронами деревьев для увеличения противопожарной безопасности.

В процессе эксплуатации содержание просек на трассах ВЛ связано с большими трудозатратами, поскольку периодически необходимо производить вырубку подрастающих деревьев и кустарника на трассе ВЛ и расчистку просек.

Мониторинг полос отвода и ВЛ необходим для контроля появления в пределах охранных зон нежелательной растительности и запрещенных антропогенных объектов (построек, свалок и др.). Мониторинг трассы осуществляется силами наземных бригад, а также с использованием аэрофотосъемки или с использованием данных дистанционного зондирования Земли из космоса. Все способы мониторинга достаточно затратные, однако аэрофотосъемка и космическое зондирование позволяют получить оперативную и точную информацию о состоянии трассы. Это дает возможность быстро направить усилия на приведение в порядок ненормальный участок трассы в сжатые сроки.

Значительная доля аварийных отключений ВЛ обусловлена повреждениями проводов и грозозащитных тросов (56 % согласно [1]). В энергосистемах России ежегодно наблюдается до нескольких сотен случаев повреждений грозотросов, половина из которых сопровождается их обрывами. Основные причины этого — износ, образование гололеда и значительные ветровые нагрузки. На основании анализа данных о аварийности ВЛ за 40 лет эксплуатации установлено [2], что наибольшее количество аварий на 1000 км линий происходит на линиях ВЛ 110 кВ. Аварии ВЛ, связанные с коррозионными повреждениями грозозащитных тросов начинаются в большом количестве после 20 лет эксплуатации. На период от 20 до 40 лет эксплуатации приходится около 70 % всех аварий. Для проводов характерны следующие основные виды повреждений:

— коррозионный износ (вследствие кислотных дождей, гальванических пар металлов в проводах и зажимах соединителей):

— накапливающиеся усталостные повреждения вследствие старения и повреждения, связанные с вибрацией, с ветровой нагрузкой, с натяжением и подскоками от веса перелетных птиц, с пляской при гололедообразовании, с подскоками при сбросе гололеда;

— механические повреждения (при монтаже, от падения деревьев с края зауженной просеки, от выстрелов из огнестрельного оружия и от других внешних воздействий).

Отказы являются следствием развития этих повреждений. К дефектам монтажа относятся: перекручивание, неправильная регулировка тяжения, нарушение правил монтажа прессуемых натяжных зажимов и соединителей, некачественная сварка шлейфов на анкерно-угловых опорах, механические повреждения проволок верхнего повива или их обрывы. Повреждения проводов наблюдаются преимущественно в местах крепления и в соединителях [3]. Вследствие вибрации возникают изгибы провода вблизи зажима и, как следствие, обрывы проволок верхнего повива. Происходит истирание проводов в лодочках поддерживающих зажимов и в плашках распорок. В расщепленных фазах из-за неправильной установки дистанционных внутрифазовых распорок могут возникать повреждения от соударений проводов друг с другом и с распорками.

В прессованных соединителях происходит увеличение переходного сопротивления. Оно возникает по следующим причинам:

— уменьшение давления между поверхностями, формирующими электрический контакт, из-за вибрации провода;

— образование льда внутри соединителя, термомеханических напряжений, изменения растягивающей силы;

— коррозия контактных площадок и сокращение их площади.

Контроль качества соединения сталеалюминиевых проводов на отключенных ВЛ осуществляется путем определения положения стального сердечника прессуемых соединительных зажимов. Контроль проводится посредством перемещения индикатора ИПС вдоль соединительных зажимов. Работа индикатора основана на изменении магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, в месте наложения стальной части соединитель­ного зажима типа САС на стальной сердечник соединяемых сталеалюминиевых проводов. Определив место изменения магнитного поля можно судить о положении стального сердечника внутри зажима.

Зажим должен отбраковываться при несимметричном расположении стального сердечника опрессованного соединительного за­жима по отношению к алюминиевому корпусу. Одновременно следует проверить соот­ветствие требованиям геометрических размеров зажима (его длины и диаметра опрессованной части).

Контроль состояния контактных болтовых соединений проводов с помощью измерительной штанги заключаются в измерении падения напряжения на соединении и целом участке провода. Контактные болтовые соединения проводов бракуются, если паде­ние напряжения на участке соединения более чем в два раза превышает падение напряжения на участке целого провода той же длины.

В результате коррозии может увеличиться сопротивление между проводящими частями. В худшем случае ток может течь в стальной гильзе соединителя и сердечнике провода, перетекая в алюминиевую часть на некотором расстоянии от соединителя, где и возникает перегрев провода.

При прохождении тока через некачественное контактное соединение любого типа (сварное, болтовое, полученное путем скрутки или обжатия и т. д.) на нем происходит потеря электрической энергии, следовательно, его температура отличается от температуры окружающей среды. Этот факт используется для контроля качества контактных соединений путем дистанционного измерения их температуры с помощью инфракрасной термографии или тепловизора. Тепловизионный контроль обеспечивает высокую производительность и безопасность труда контролирующего персонала. Хотя тепловизионное обследование относится к группе косвенных методов, при удовлетворительных результатах тепловизионного контроля, согласно [18], измерение переходного сопротивления становится не обязательным.

Во время мониторинга без отключения ВЛ при низовом и/или верховом обследовании проводов и грозозащитных тросов необходимо обращать внимание на характерные неисправности:

— расплетение провода;

— разрывы проволок верхнего повива;

— места, где провод раздавлен, сплющен;

— изменение в цвете провода (темные пятна, сплошное изменение цвета);

— наличие набросов, оборванных или перегоревших проволок, следов перекрытия, оплавления и вспучивание верхнего повива;

— разрегулировка проводов фаз и проводов в расщепленной фазе;

— изменение стрел провеса и расстояний от проводов ВЛ до земли.

Кроме этого фиксируется наличие соединительных муфт на проводах и грозозащитных тросах с указанием места их расположения, а также указание места расположения и способа ремонта провода с наличием ремонтных муфт (проволочная, опрессовочная, спиральная).

При отключении ВЛ с опусканием провода на землю (или без него) производится:

— выявление повреждений проводов и тросов у зажимов, дистанционных распорок, гасителей вибрации и защитных муфт в роликовых подвесах;

— измерение количества оборванных проволок и длин поврежденных участков;

— определение величины коррозии стальных тросов и стального сердечника комбинированных проводов.

Проверка ресурсной усталостной прочности проводов [4] для ряда наиболее распространенных сочетаний провод − поддерживающий зажим показала, что из-за воздействия ветровой вибрации разрушаются проволоки алюминиевых повивов вблизи точек закрепления проводов в поддерживающих или в натяжных зажимах. Конструкция поддерживающего зажима при этом играет существенную роль в обеспечении стойкости провода.

Анализ показывает, что важнейшую роль в разрушении алюминиевых проволок при вибрации играет, так называемая, фреттинг-усталость. Данным термином принято описывать процесс контактного разрушения, протекающий при малых относительных периодических смещениях двух прижатых друг к другу конструктивных элементов. В случае провода воздушной ЛЭП, такими элементами являются соседние проволоки в проводящем алюминиевом слое. Типичные взаимные перемещения проволок при вибрации очень малы и составляют 20−100 мкм. Сложность изучения явления фреттинг-усталости заключается в многообразии параметров, участвующих в появлении и развитии возникающих разрушений. Основные из этих параметров таковы: величина нормального контактного давления, амплитуда взаимных перемещений, значение коэффициента трения, состояние соприкасающихся поверхностей, состав материалов, свойства окружающей среды (влажность, температура, примеси в воздухе и т. д.).

Многочисленные обследования повреждений проводов [17], проведенные на действующих линиях при профилактических работах и ремонтах, показали, что разрушение алюминиевых проволок всегда начиналось с точечных повреждений, характерных для фреттинг-усталости. При мониторинге ВЛ необходимо уделять особое внимание на места крепления.

Стрела провеса проводов и тросов, габариты линии до земли или пересекаемых объектов в процессе эксплуатации изменяются за счет вытяжки проводов, проскальзывания проводов в подвесных и натяжных болтовых зажимах, в результате изменения длины гирлянды при замене дефектных изоляторов, наклонов опор, изменения конструкции опор при ремонтных работах на линии, изменения уровня фундаментов, естественного или техногенного изменения рельефа местности.

Измерение стрел провеса проводов, тросов и расстояний от проводов до поверхности земли и различных объектов, осуществляется следующими способами:

— измерение габарита рулеткой при отключенной ВЛ;

— измерение стрелы провеса провода (троса) визированием с помощью двух реек. Горизонтальные рейки закрепляются на опорах, между которыми предстоит измерить стрелы провеса провода (троса), на расстоянии от точки подвеса провода (троса) равному расчетному значению стрелы провеса для данной длины пролета и температуры окружающего воздуха. При расчетной стреле провеса низшая точка провода (троса) должна находиться на прямой линии, соединяющей обе визирные рейки;

— измерение габарита с помощью длины изолирующей штанги и рулетки на линии, находящейся под напряжением;

— измерение габарита или стрелы провеса провода (троса) с помощью приспособления для определения высот элементов (карманный высотомер). Для измерения этим способом необходимо иметь на трассе свободное пространство равное двойному значению габарита в направлении перпендикулярном ВЛ в точке измерения;

— измерение габарита с помощью теодолита. Здесь также требуется свободное пространство размером 50-60 м в направлении перпендикулярном ВЛ в точке измерения.

Для определения стрелы провеса провода или троса вначале измеряется высота подвески провода (троса) на опоре, затем измеряется на­именьший габарит над землей и, наконец, вычисляют их разность.

При измерениях расстояний от проводов до поверхности земли и различных объектов, а также стрел провеса следует фиксировать температуру воздуха, чтобы полученные значения путем расчетов или с помощью специальных таблиц привести к температуре, при которой получаются наибольшие стрелы провеса, последние сопоставляются с проектными данными и допус­ками, приведенными в нормативно-технических документах.

Практически любые ВЛ подвержены ветровым воздействиям, которые вызывают колебания проводов в пролетах. В некоторых случаях колебания могут становиться устойчивыми и достаточно продолжительными. Это явление называется пляской проводов. Пляска — это возникающие от воздействия ветра устойчивые низкочастотные колебания проводов (расщепленных фаз) с амплитудой, которая может достигать величин, сравнимых со стрелами провеса. Из анализа зарегистрированных случаев пляски [21] следует, что пляска возникает только при наличии ветра, причем практически во всех случаях скорость ветра от 4 до 25 м/с. Частота колебаний пляски проводов находится в интервале от 0,1 до 1,0 Гц. Для борьбы с пляской необходимо увеличить жесткость конструкции, для этого были предложены гасители вибрации разных конструкции (свыше десяти видов) следующих типов:

— эксцентричные грузы;

— маятники;

— междуфазные распорки;

— аэродинамические расстройщики.

Гасители вибрации [6] со временем теряют гибкость, а с ней и свои полезные свойства. Зачастую они сползают в пролет. Вследствие вибрации и пляски проводов происходят периодические поломки внутрифазовых распорок расщепленных проводов, поломки гасителей вибрации. В ежегодной замене нуждаются тысячи распорок на ВЛ. На эти неисправности также нужно уделять внимание при мониторинге ВЛ.

По мере развития и внедрения микропроцессорных средств все большее применение находят автоматизированные информационные системы контроля параметров ВЛ, в частности, параметров образования гололеда на ВЛ. В настоящее время такие системы контроля находятся в эксплуатации в ряде энергосистем России.

В состав информационной системы [7] входят пункты контроля параметров ВЛ с последующей их передачей на пункты приема и обработки данных. На пунктах контроля параметров ВЛ устанавливается следующее оборудование:

— датчики гололедной нагрузки на проводах и грозозащитных тросах;

— датчики тяжения провода;

— датчики температуры и влажности воздуха;

— датчики скорости и направления ветра;

— датчики температуры провода;

— датчик интенсивности солнечной радиации;

— видеокамера;

— средства связи (УКВ-радиоканал, спутниковая связь: каналы GSM или ГЛОНАС, волоконно-оптические линии связи);

— источник бесперебойного питания;

— средства сигнализации о несанкционированном доступе к аппаратуре.

Опыт эксплуатации существующих информационных систем показал [8], что на линиях 35−110 кВ необходимо использование минимум двух датчиков гололедной нагрузки для повышения достоверности получаемой информации. Обязательна установка датчика в грозозащитный трос. Датчик температуры выполняется выносным и устанавливается в месте, защищенном от прямого попадания солнечных лучей. Схема питания пункта контроля с использованием аккумуляторов напряжением 12 В и солнечных батарей для подзаряда показала достаточную надежность в зимний период, однако при этом аккумуляторы должны отвечать достаточно жестким требованиям: длительный срок эксплуатации; герметичность; отсутствие требования доливки электролита в течение длительного времени; высокая надежность; широкий температурный диапазон от -40°C до +60°С. Для обеспечения заряда аккумулятора в зимнее время мощность солнечных батарей должна выбираться с запасом.

В целом информационная система позволяет:

— осуществлять краткосрочный прогноз начала гололедообразования;

— обеспечить диспетчерские службы информацией о развитии гололедно-ветровой ситуации;

— сократить время на принятие решения о проведении организационно-технических мероприятий по предотвращению гололедной аварии, в том числе по своевременной организации наблюдения выездными бригадами (при отсутствии датчиков гололедной нагрузки на ВЛ) и по определению очередности плавок гололеда и их проведению;

— обеспечить контроль окончания плавки гололеда.

В настоящее время благодаря современному диагностическому оборудованию есть возможность проанализировать воздействие ветра на провода в условиях эксплуатации. Например, виброанализатор PAVICA [7] предназначен для измерения амплитуды и частоты вибрации проводов ВЛ, возникающей под воздействием ветра, и анализа на основании полученных данных их потенциальной усталостной прочности.

Одним из пассивных методов борьбы с пляской проводов является постановка межфазовых изолирующих распорок, которые предотвращают сближение (схлестывание) проводов, удерживая их на проектном расстоянии при пляске. Применение изолирующих межфазовых распорок [9] можно рассматривать как смешанное решение по защите от пляски проводов, обладающее свойствами пассивных и активных средств защиты, так как межфазовые распорки одновременно повышают жесткость провода. При увеличении жесткости проводов снижаются гололедные нагрузки, что очень важно для обеспечения надежности ВЛ.

Появление полимерных изоляторов позволило довольно быстро расширить область их применения как средство борьбы с колебаниями при гололеде и ветре. Полимерные межфазовые распорки практически реализованы в изделиях вплоть до 500 кВ и их область применения расширяется по мере получения опыта их эксплуатации. Для предотвращения схлестывания проводов в пролете при вертикальном и горизонтальном расположении проводов достаточно установить две межфазовые распорки.

К дефектам ограничителей перенапряжения (ОПН) относят нарушение их герметичности, что приводит к увлажнению кварцевого песка и/или ухудшению качества склейки, а также пробой и/или смещение отдельных варисторов. Для оценки состояния ОПН выполняются следующие измерения:

— измерение сопротивления;

— измерение тока проводимости, который может быть в 8-10 раз выше, чем у исправных ОПН (прибор «Вектор-2М);

— тепловизионный контроль.

Периодичность испытаний ОПН и оценка их состояния регламентированы [54, п.21 и приложение 3, п.13]

Источник