Опыт комплексного обследования воздушных линий электропередачи
Осотов В. Н., Абрамов А. Б., Быков А. В.
Нормативный (расчетный) срок службы воздушных линий электропередачи (ВЛ) 35 - 220 кВ существенно превышает нормативный срок службы других видов электрооборудования. Элементы ВЛ в течение всего срока эксплуатации подвергаются коррозионному воздействию окружающей среды, приводящему к постепенному снижению их прочностных характеристик, а также динамическим воздействиям, вызывающим возникновение усталостных явлений, способствующих ускоренному старению этих элементов. Нормативный срок службы ВЛ с той или иной степенью точности определяется исходя из усредненных значений этих воздействий при условии строгого соблюдения регламента эксплуатационных работ, предписанных нормативно-техническими документами (НТД), например [1,2]. Поскольку для каждой конкретной ВЛ реальные воздействия отличаются от расчетных, то естественно, что по истечении расчетного срока службы состояние (остаточный ресурс работоспособности) различных ВЛ будет различным. Поэтому для оценки истинного состояния ВЛ необходимо проведение комплекса диагностических процедур.
Диагностические работы по отдельным элементам и ВЛ в целом, регламентированные [3 - 5], как правило, достаточны для оценки текущего состояния ВЛ. Для прогнозирования остаточного срока службы ВЛ необходимо как применение дополнительных методов исследований, так и специальных алгоритмов анализа уже имеющейся информации [6].
В Свердловской энергосистеме силами базового участка по диагностике силового электрооборудования ЦИДН Свердловэлектроремонта и предприятиями электрических сетей в течение ряда лет ведется обследование состояния ВЛ 110-220 кВ со сроком службы более 40 лет. Как правило, обследуются участки ВЛ, расположенные в неблагоприятных эксплуатационных условиях. Хотя обследованные участки ВЛ имеют различное конструктивное исполнение, многие закономерности износа элементов ВЛ имеют общий характер. Далее, в качестве примера приводятся результаты обследования опор ВЛ 220 кВ после 40 - 44 лет эксплуатации (опоры типа “Рюмка”, болотистая местность).
Доля общего числа
Вид дефекта
опор,%
Элементы нижней части опор покрыты
наносами (грунт, мох и др.)
Коррозия элементов в нижней части 24
опор (до 25% сечения)
Трещины и разрушение сварных швов Нет
Коррозионное разрушение нижних эле-
ментов, залитых водой
Полный коррозионный износ заземляющих спусков (вырываются рукой) 15
Полное разрушение лакокрасочного покрытия 44
Опасный коррозионный износ нижних элементов опор, представляющий непосредственную угрозу работоспособности опоры в целом, обнаружен только на опорах, нижняя часть которых длительное время находилась под водой из-за изменения гидрологической обстановки на трассе по сравнению с первоначальной на момент строительства ВЛ. Существенный коррозионный износ нижних элементов опор, приближающийся к предельно допустимому [2-5], обнаружен только на тех опорах, где эти элементы за длительный период эксплуатации покрылись слоем наносов (земля, мох, дерн и т.п.). Характерным видом коррозии в этом случае является местная коррозия в виде питтингов на глубину 2-3 мм, уменьшающая площадь поперечного сечения этих элементов на 20% и более. Ускоренному образованию наносов способствует плохая вентиляция приземного слоя около опоры из-за наличия высокой травы и поросли. Представление о зависимости коррозии элементов нижней части опор от наличия наносов и условий естественной вентиляции в приземной зоне дает табл. 1.
Сплошная равномерная коррозия элементов опор выше приземного слоя незначительна (1 - 3%) и практически не зависит от защитных свойств оставшегося лакокрасочного покрытия (за последние 15-20 лет первоначальное лакокрасочное покрытие не восстанавливалось).
Язвенная коррозия металла встречается только на опорах, где не сохранилось лакокрасочное покрытие. В основном язвенной коррозии подвержены внутренние поверхности уголков решетки, где глубина язв составляет 0,1 -0,4 мм, а язвы занимают от 10 до 40% площади поверхности уголков решетки. Язвенная коррозия поясов опор выражена гораздо слабее.
При осмотре опор не выявлено трещин и обрывов элементов решетки из-за развития щелевой коррозии.
Таблица 1
Зависимость коррозии элементов нижней части опор от наличия наносов и условий естественной вентиляции в приземной зоне опор
При проверке прочности сварных соединений, где обнаружены следы щелевой коррозии, ударами молотка образования трещин не наблюдалось и узлы не разрушались.
На всех обследованных ВЛ коррозионный износ грозозащитного троса достиг аварийного уровня, что регулярно приводит к его обрывам. В ряде случаев это вызвало опасную деформацию нескольких опор, что потребовало их замены. Поэтому на этих ВЛ грозозащитный трос демонтирован в плановом порядке, хотя это и приводит к увеличению числа отключений ВЛ в грозовой период.
Наиболее сложной задачей при обследовании ВЛ является оценка состояния коррозионного износа металлоконструкций, расположенных под землей (U-образные болты, контуры заземления, металлические подножники опор). Абсолютный метод контроля - откопка и визуальный осмотр этих элементов, требует значительных трудозатрат и оправдан только в тех случаях, когда имеются косвенные доказательства опасной коррозии этих элементов. К основным факторам, определяющим коррозионную ситуацию на конкретном участке ВЛ, можно отнести:
значение удельного электрического сопротивления грунта в зоне расположения металлоконструкций;
значение и распределение естественного потенциала металлоконструкций в грунте;
значение и распределение градиентов электрического поля коррозионных и блуждающих токов;
значение наведенных токов, стекающих с металлоконструкций в землю.
Для выявления опор, где наиболее вероятны коррозионный износ подземных металлоконструкций, проводились следующие работы:
изучение проектной документации на ВЛ (распределение грунтов по удельному сопротивлению, характеристика трассы, конструкции анкерных устройств, заземляющих контуров и т.п.);
отбор проб грунта около опор и измерение удельного сопротивления его в лабораторных условиях;
измерение наведенных токов, стекающих по U- образным болтам и заземлению U-образных болтов;
измерение значения и определение характера изменения потенциалов U-образных болтов и градиентов электрического поля коррозионных и блуждающих токов;
бурение скважин около U-образных болтов (выборочно) и измерение потенциалов вдоль стенок скважины относительно U-образных болтов;
Таблица 2
Результаты полевых измерений и реального коррозионного состояния откопанных U-образных болтов, петель анкерных плит и контуров заземления опор (после 40 лет эксплуатации)
оценка результатов измерений и определение конкретных опор с наибольшей вероятностью на линия коррозионных повреждений подземных металлоконструкций; откопка U-образных болтов и оценка состояния их подземной части.