Online Electric

     Концепцией развития энергосистемы в ближайшие 10 лет предусматривается строительство более 30 тыс. км линий напряжением 220 кВ и выше. В распределительных сетях проблема состоит в том, что высок износ основных фондов. Одним из перспективных направлений решения этих задач является строительство ЛЭП на металлических многогранных опорах (ММО).
     Опоры представляют собой многогранную коническую конструкцию, изготовленную из стального листа. Опора может состоять из одной, двух и более секций (в зависимости от требуемой высоты). Длина секции – до 16 метров. Однако, чаще всего используются секции длиной до 11,5 метров, что обусловлено удобством транспортировки стальных листов и секций готовых опор железнодорожным и автомобильным транспортом.
     Соединение секций между собой возможно как фланцевое, так и безфланцевое (телескопическое). Высота опор: до 40 метров и более. Толщина стенки: от 3 до 12 мм. Диаметр опор: до 2 метров. В грунт опоры устанавливаются либо непосредственно в пробуренную скважину, либо крепятся на фланцах к железобетонному фундаменту. Большое разнообразие технических характеристик многогранных металлических опор позволяет применять их в электроэнергетике (линии электропередач), в железнодорожном транспорте (контактные сети, линии автоблокировки), в дорожном строительстве (осветительные опоры), в коммунальном хозяйстве (осветительные опоры, контактные сети городского электрического транспорта), при сооружении телекоммуникационных мачт и т.д. (рис.).
     Многогранные металлические опоры (ММО) имеют ряд серьезных преимуществ по сравнению с традиционно применяемыми железобетонными и решетчатыми опорами. ММО надежнее бетонных и решетчатых, особенно, в сложных гололедноветровых условиях. В аварийном режиме многогранная стальная опора выдерживает нагрузки в 2-3 раза больше, чем железобетонная опора. Объемы разрушений при авариях снижается в несколько раз. ММО, составляющие типовой ряд могут быть легко модифицированы путем увеличения или уменьшения высоты, толщины стенки, диаметра и т.д. Высокая автоматизация технологического процесса позволяет проводить эти изменения в кратчайшие сроки. Это открывает новые возможности при проектировании ВЛ, позволяет оптимизировать число опор в привязке к конкретным трассам и т.д. ММО в несколько раз легче бетонных и решетчатых. Промежуточная опора ВЛ-35 весит около 1 т. Аналогичная железобетонная – 4 т., решетчатая – 2 т.
     Количество стоек в опоре зависит от ее назначения. Промежуточные опоры, как правило, исполняются в одностоечном варианте. Это позволяет реализовать одно из важных преимуществ ММО – незначительный землеотвод. Однако часто встречаются и П-образные опоры, особенно в линиях электропередачи напряжением 330 кВ и выше. Анкерные опоры распределительных сетей обычно одностоечные, для сетей высоких напряжений – трехстоечные. В некоторых случаях используются и более сложные, нетиповые конструкции.

а)	б)

Рис. Промежуточные многогранные опоры 6-10 (а) и 110-220 (б) кВ

     Конструкции траверс и узлов крепления характеризуются большим разнообразием. Прежде всего, следует отметить, что на многогранных опорах чаще всего используются многогранные траверсы, которые не применялись на традиционных опорах. Конструкции их могут быть самыми разными, максимально отвечающими требованиям конкретного проекта по несущей способности, размерам, форме. Крепление траверсы к стойке опоры осуществляется чаще всего через фланец. В настоящее время в сетях до 110 кВ применяются и самонесущие изолирующие траверсы. Их использование позволяет существенно сузить коридор прохождения линии, что особенно важно для линий в городах и т.п. Решетчатые траверсы также используются, но чаще всего в конструкциях П-образных опор.
     Закрепление ММО обычно производится одним из трех наиболее распространенных способов. Первый – установка опоры в пробуренный котлован. Стенки котлована могут быть предварительно укреплены. Второй способ – установка опоры на трубу с ответным фланцем. Труба может быть установлена в пробуренный котлован, забита или завинчена, погружена в грунт с помощью установки вибропогружения. Способ определяется грунтами, диаметром трубы, наличием соответствующих механизмов. Третий способ – установка на фланец в монолитном фундаменте. Первому способу отдают предпочтение при строительстве распределительных сетей ЛЭП в ненаселенной местности. Третий способ наиболее распространен при строительстве и сетей высокого напряжения, и многоцепных ЛЭП, строительстве ВЛ в городских условиях. Второй способ является как бы промежуточным – в пробуренный котлован, но на фланец. Промежуточным он является и по области применения. Отметим также, что погружение труб большого диаметра (для линий высокого напряжения, для анкерных опор) не всегда возможно. В таких случаях сооружается из нескольких труб (2-3-4) объединенных рост-верком с ответным фланцем.
     В связи с малым весом и удобством транспортировки резко снижаются объемы транспортных и погрузочно-разгрузочных работ. Для транспортировки не требуются специальные транспортные средства (сцепки платформ, опоровозы и т.д.). Опоры не разрушаются и в процессе транспортировки, и погрузочно-разгрузочных работ. Малый вес и высокая степень заводской готовности позволяют устанавливать опору за несколько часов. При этом не требуется использования специальных дорогостоящих подъемных механизмов и заливки мощных фундаментов. Резко сокращаются трудозатраты на монтаже и сроки сооружения объектов, особенно в болотистых грунтах и труднодоступных районах.
     Качество многогранных опор гарантируется высоким качеством стального листа и стопроцентным контролем качества сварных швов. Не происходят потерь качества при транспортировке и монтаже. Срок службы ММО 50 лет, что в два раза выше, чем у железобетонных. Долговечность может быть повышена при использовании полимерных покрытий, наносимых в заводских условиях. Капитальные затраты на сооружение 1 км линий электропередач на базе многогранных опор на 25-50% ниже, чем при использовании железобетонных и решетчатых опор. При этом эффект выше при сооружении ЛЭП в отдаленных и сложных регионах. Эксплуатационные затраты вследствие высокой надежности многогранных опор снижаются на порядок. Перечисленные преимущества многогранных металлических опор гарантируют их широкое применение в электроэнергетике и других отраслях.
     Многогранные опоры могут изготавливаться с различными техническими характеристиками: высота опор: до 30 метров; диаметр: от 75 до 750 мм; толщина стенок: от 3 мм до 8 мм; форма сечения: 8-24 грани; конструкция: одно-, двух- и трехсекционная; покрытие: горячее цинкование.
     Большое разнообразие параметров металлических многогранных опор позволяет использовать их для сооружения: линий электропередач напряжением 6, 10, 35, 110 кВ; контактных сетей железных дорог; контактных сетей троллейбусных и трамвайных линий; освещения автомагистралей и городских улиц; телекоммуникационных вышек; дорожных указателей, флагштоков и т.п.
     В сравнении с бетонными опорами многогранные опоры имеют ряд преимуществ: вес металлических опор в 6-8 раз меньше бетонных (130-180 кг против 1200-1500 кг при высоте опоры 10-12 метров); габаритный пролет между металлическими опорами может быть в 2-3 раза больше; срок службы металлических опор составляет 75 лет против 30 лет у бетонных; скорость монтажа металлических опор выше в 3-4 раза, при этом не требуется использования тяжелых подъемных механизмов; транспортные затраты на перевозку железнодорожным и автомобильным транспортом в 4-5 раз ниже; при перевозке, перевалке отсутствуют повреждения опор (выбраковка бетонных опор может доходить до 30%); высокая надежность металлических опор в сложных гололедных, ветровых и др. условиях резко снижает аварийность; эксплуатационные расходы по обслуживанию сетей в несколько раз ниже.
     По сравнению с ЛЭП на центрифугированных бетонных опорах линии на ММО дешевле на 5-15%. Основным фактором, обеспечивающим преимущество многогранных опор, является увеличение пролетных расстояний в 1,5-2 раза. В результате, несмотря на то, что бетонные опоры и значительно дешевле многогранных, общие затраты на приобретение опор, изоляторов и т.д. оказываются всего на 20-25% ниже. Одновременно, при использовании бетонных опор затраты на строительно-монтажные работы выше на 40-70%, затраты на транспорт в 2,5-3 раза. Отметим, что преимущества многогранных опор возрастают при строительстве ЛЭП в северных и отдаленных районах.
     Сравнение стоимости строительства ЛЭП на многогранных и решетчатых опорах показало, что практически по всем составляющим затрат многогранные опоры значительно выгоднее. В результате, стоимость 1 км линий данного класса на решетчатых опорах оказывается на 35-40% выше. Особо следует отметить, что при использовании многогранных опор кратно сокращается время строительства.
     Преимущества многогранных опор очевидны, при более высокой стоимости самого изделия, в сравнении с бетонными и решетчатыми опорами, экономия достигается на монтажных и фундаментных работах и рассчитывается с учетом полных затрат на километр ЛЭП. Для установки таких опор требуется меньший землеотвод, и площадь фундамента составляет не более 1 м2. Многогранные опоры имеют более долгий жизненный цикл и срок эксплуатации не менее 50 лет. Монтаж и установка опоры производится в течение одного дня, и количество установленных опор при соответствующей квалификации монтажников может достигнуть 10-15 шт. в день. Для удобства монтажа и снижения времени на сборку опоры посредством стягивания секций опор, а также для обеспечения заданных параметров стягивания разработана гидравлическая стяжка. Стяжка разработана в двух вариантах: с электрическим и бензиновым двигателями. Основные преимущества использования многогранных опор. Первый опыт строительства линий электропередачи с использованием металлических многогранных опор позволяет сделать следующие выводы:
     - использование многогранных опор при строительстве ЛЭП обеспечивает существенное сокращение затрат на строительство.
     - сроки строительства воздушных линий сокращаются кратно.
     Перечисленные преимущества использования металлических опор позволяет снизить затраты на сооружение и эксплуатацию сетей и других объектов на 30-60%. Наибольший экономический эффект достигается при сооружении сетей в северных и отдаленных районах.
     В настоящее время величина капитальных затрат на строительство ЛЭП является главным критерием выбора варианта строительства. Поэтому необходимо провести масштабное исследование капиталоемкости строительства линий на базе многогранных опор. К настоящему времени выполнено более 20 сравнений стоимости строительства конкретных ЛЭП на бетонных, металлических решетчатых (МРО) и многогранных опорах. Результаты сравнительных расчетов показывают, что максимальный эффект использование ММО приносит при сооружении линий напряжением 35-220 кВ, реже 330 кВ.
     Для разных районно-климатических условий, напряжений, цепности и т.д. величина экономии составляла достаточно устойчивую величину – 8-12% по сравнению с бетонными вариантами и 35-45% – с решетчатыми. Приведем результаты сравнения по 10-километровой ВЛ-110. Затраты по многогранному варианту – 21,7 млн. руб., по железобетонному – 23,0 млн. руб. и по решетчатому – 33,0 млн. руб. В сумму прямых затрат включались затраты по 3 статьям: приобретение оборудования; строительно-монтажные работы; внешний транспорт материалов. Результаты технико-экономического анализа строительства анкерного пролета ВЛ-110 для ММО и МРО даны в табл.

Таблица - К оценке результатов технико-экономического анализа

Расчетный показатель	Ед. изм.	ММО	МРО
Количество анкерных опор	шт.	1	1
Количество промежуточных опор		18	17
Стоимость строительства на 1 кВ	тыс. руб.	6352	10058
- анкерные		638	1150
- промежуточные		5714	9059
Трудовые затраты	чел.•час.	1748	7687
- анкерные		125	726
- промежуточные		1623	6961

     Многогранные опоры должны стать одним из важных факторов успешной реализации программ по коренной реконструкции сетей. Несмотря на то, что за последние годы сделан заметный шаг по ликвидации отставания в области конструирования и строительства ЛЭП на многогранных опорах, работы в этой области необходимо интенсифицировать. Это однозначно расширит область их эффективного применения, позволит снизить затраты и сократить сроки строительства.

____________
Сведения об авторах:
Шилов Илья Геннадиевич
кандидат технических наук, докторант, доцент кафедры электрооборудования Липецкого государственного технического университета, заместитель декана факультета автоматизации и информатики по научной работе e-mail: shiloff@lipetsk.ru
Кусиньш Эдгар Юрьевич
начальник отдела анализа и управления производством ОАО «МРСК Центра» - филиал «Липецкэнерго»
e-mail: kusinsh.eu@mrsk-1.ru