Линии электропередачи: техника сооружения
Строительство линий электропередач по технологии строительно-монтажных работ значительно отличается от сооружения электростанций. Главное отличие состоит в непрерывном передвижении строительномонтажных работ, требующих для своего выполнения мобильных строительных и монтажных механизмов. Особенности сетевого хозяйства получили отражение в структуре основных фондов, 80% которых падает на линии электропередач, остальные 20% включают стоимость зданий и оборудования.
Строительство линий электропередач и понизительных подстанций в больших масштабах и на высоком техническом уровне сопровождается:
созданием самостоятельных строительно-монтажных организаций и оснащением их специализированными машинами и механизмами;
созданием производственных баз по выпуску опор линий передач и конструкций понизительных подстанций и организацией постоянных жилых поселков для семей кочующих строителей и монтажников электросетей.
В данное время в стране действуют два главных управления: Главэлектросетьстрой со строительно-монтажными трестами и Главэлектромонтаж, сосредоточивший у себя электромонтажные работы на электростанциях и подстанциях.
Оснащенные всеми видами механизмов от землеройных машин до монтажных агрегатов, комплексномеханизированные колонны строят линии электропередач поточным методом, достигая скорости сооружения линий до 2,0 км в день на линиях напряжением 110 и 220 кВ и до 0,5 км — на линиях напряжением 500 кВ.
Механизация и лучшая организация работ на строительстве сетей сказались на повышении производительности труда. За последние 20 лет затраты труда на сооружение 1 км линий напряжением 500 кВ снизились с 778 чел.-дней в 1955 г. до 222 чел.-дней в 1975 г.
Особое внимание уделяется разработке конструкций опор с момента появления первой линии электропередачи высокого напряжения.
Наибольшая эволюция в конструкциях опор произошла при сооружении линий электропередач высокого напряжения. Они являлись решающими по капиталовложениям и значимости в энергетических системах.
Первая линия электропередачи напряжением 110 кВ была сооружена на П-образных деревянных опорах. Эта удачная конструкция в основном сохранилась и применяется в строительстве до сих пор.
Недостатком деревянных опор является их быстрое гниение. Ввиду большого объема сетевого строительства с применением деревянных опор в Советском Союзе были осуществлены мероприятия по антисептированию опор, которое стали применять с 1932 г.; срок службы деревянных опор, пропитанных антисептиками, увеличивается до 30—40 лет. Эксплуатационные же расходы на капитальный ремонт линий электропередач 35— 110 кВ, на которых установлены непропитанные опоры, более чем в 2 раза превышают расходы на обслуживание линий, имеющих пропитанные опоры.
Первая двухцепная линия электропередачи на металлических опорах в СССР была сооружена в 1925 г. от Шатурской ГРЭС до Москвы. Для этой линии был разработан башенный тип опор с расстоянием между ними в 200 м. Это означало, что количество опор на 1 км линий по сравнению с деревянными опорами уменьшилось в 2 раза.
На первой линии электропередачи напряжением 220 кВ от Свирьской ГЭС до Ленинграда были установлены опоры нового типа — пространственной конструкции. При строительстве следующих линий электропередачи 220 кВ эта сложная конструкция опор была заменена на более простую, портальную. Применение таких опор позволяло увеличить пролет между ними до 350 м и обеспечить надлежащую грузоупорность линий передач. Для этой цели на указанных опорах выше проводов подвешивается стальной трос с заземлением. При ударе молнии атмосферное электричество отводится в землю.
В 1947—1948 гг. проектные организации разработали принципиально новую конструкцию опор типа «Рюмка» для одноцепной линии электропередачи напряжением до 220 кВ. Опоры этой конструкции имеют преимущества по сравнению с ранее применявшимися портальными типами по весу, увеличению пролета и снижению расхода металла на 1 км длины линии.
Главным недостатком опоры типа «Рюмка» является невозможность сооружать двухцепные линии электропередач, в то время как в послевоенный период мощность электростанций возрастала и для передачи энергии требовалось сооружение двухцепных линий передач (т. е. подвески не трех, а шести проводов).
Применение железобетона для опорных конструкций в линиях электропередач и на подстанциях началось давно и получило в ряде стран широкое развитие. Железобетонные опоры впервые были частично применены на линии электропередач напряжением 110 кВ Броцены—Вентспилс. На одностоечных центрифугированных опорах была в последующем построена линия электропередачи 110 кВ Василевичи—Гомель.
Железобетонные опоры во много раз сокращают эксплуатационные затраты на их обслуживание и ремонт. При строительстве линий электропередачи на железобетонных опорах за счет механизации резко сокращается объем земляных работ. В данное время в Министерстве энергетики и электрификации СССР работают установки для изготовления центрифугированных железобетонных опор производительностью до 3— 4 тыс. опор в год.
Дальнейшее внедрение железобетонных опор в строительство линий электропередач напряжением 500 кВ требует разработки более совершенных конструкций опор, а также замены металлических анкерных и анкерно-угловых опор на железобетонный вариант.
В связи с сооружением крупнейших гидроэлектростанций в стране — Волжских, Братской, Красноярской и др., а также переходом в строительстве тепловых электростанций мощностью 2,4—3,6 млн. кВт возникла необходимость внедрения в электрические сети нового, повышенного напряжения.
Для сооружения линий электропередач напряжением 500—750 кВ были разработаны особые типы опор — портальные П-образные, а для анкерных и анкерно-угловых опор — стержневой тип.
При строительстве электросетей указанного напряжения особое значение имеет расход металла для опор, а также бетона и железобетона для фундаментов и подножников.
В Советском Союзе опоры для линий электропередач напряжением 500—750 кВ по расходу металла на 1 км линии более экономичны по сравнению с опорами, применяемыми в США и Канаде.
Впервые на линии Волжская ГЭС — Татнефть напряжением 500 кВ была разработана принципиально новая конструкция промежуточных опор портального типа, для которой применены тросовые растяжки. За этот счет вес опоры снизился примерно на 20%.
В Сибири на линии 500 кВ были впервые установлены железобетонные опоры, что являлось крупным техническим достижением.
В результате замены металлических опор на этой линии электропередачи на железобетонные стоимость ее строительства значительно снижена и сэкономлено несколько тысяч тонн стали.
Важнейшим условием работы линий электропередачи является их надежность.
Надежность электросетей переменного тока вообще достаточно высока, но может быть еще улучшена. Для наиболее ответственных потребителей, которые не терпят перерыва электроснабжения, надежность увеличивается за счет подвода электропитания от разных генерирующих источников или подстанций.
Чтобы обеспечить устойчивость и надежность линий электропередач, разработана целая система защит. Так, для защиты линий от атмосферных разрядов применяется молниезащита в виде стальных тросов, расположенных выше проводов, грозовые разрядники, дугогасящие катушки и т. д. Тросовая защита с хорошим заземлением обеспечивает полную грозоупорность линий электропередач. Для сглаживания фронта волны перенапряжения на подстанциях устанавливаются разрядники различных систем, которые гарантируют оборудование от повреждений.
Во избежание системных аварий, которые могут возникнуть при повреждении опор, проводов, изоляторов линий электропередач, применяется релейная защита. Эти защиты совершенствуются, внедряются быстродействующие реле и приборы.
Быстродействующие высокочастотные и дифференциальные защиты линий электропередач и электрических агрегатов быстро ликвидируют возникающие аварийные режимы и гарантируют нормальную работу при различном изменении конфигурации электросети.
Следующий этап в развитии защит электросетей характеризуется внедрением автоматики, совмещенной с действием защит.
В электросетях Советского Союза широко распространены автоматы повторного включения (АПВ), автоматы включения резерва (АВР) и др.
Эффективным средством надежности электроснабжения являются разработанные советскими энергетиками еще во время Великой Отечественной войны автоматы повторного включения (АПВ). Было установлено, что из 100 случаев аварийных отключений потребителей или обратных их включений через несколько секунд (с помощью автоматов) в 80 случаях восстанавливается нормальное электроснабжение без нарушения производственного процесса.
