Воздушные линии электропередачи (ВЛ) на сегодняшний день являются важнейшим звеном электрических сетей любого класса напряжения. Надежность и безопасность энергоснабжения целых городов, регионов и стран во многом зависит от технического состояния воздушных линий электропередачи и опор ВЛ.
Одним из важных элементов ВЛ, требующих постоянного внимания, являются опоры, представляющие собой сложные и дорогостоящие изделия. Их повреждение влечет за собой не только экономические потери и затраты, связанные с восстановительными работами, но и приводит к аварийным отключениям электроэнергии и связанным с ними прямым и косвенным материальным убыткам. Не стоит также забывать и о человеческих жертвах: при проведении монтажных работ ЛЭП нередки случаи гибели электромонтеров при выполнении ремонтных и монтажных работ на высоте.
Эти причины обосновывают необходимость применения современных технологий диагностики и контроля технического состояния опор ВЛ. Их применение позволяет решать целый комплекс различного рода задач. А именно:
– обеспечивает безопасность персонала, проводящего ремонтные и монтажные работы ВЛ;
– гарантирует безопасность и надежность электроснабжения потребителей;
– позволяет рационально и эффективно планировать работы, связанные с ремонтом и заменой опор (уменьшает процент регулярно-заменяемых опор, так как позволяет точно оценить их использованный ресурс). Это также дает возможность уменьшить расходы на регулярную утилизацию.
Традиционные методы осмотра опор ВЛ
Эти методы являются самыми распространенными в мировой практике. В их основе заложен принцип визуального осмотра опоры с дальнейшей фиксацией наличия внешних признаков повреждения или деградации материала. Такие методы применяются при осмотре деревянных и железобетонных опор. Визуальный осмотр деревянных опор, как правило, сопровождается простукиванием (анализ «звонкости» материала опоры с помощью молотка) и (иногда) инвазивной диагностикой (анализ целостности и плотности материала опоры с помощью специального щупа). Все эти методы являются субъективными и неточными. Их эффективное применение возможно только при наличии большого опыта у персонала.
Современные методы осмотра опор ВЛ
Несмотря на важность задачи контроля качества опор ВЛ, данной проблематике было уделено мало внимания со стороны ученых и инженеров в области неразрушающего контроля и приборостроения. Тем не менее следует отметить несколько современных методов, которые нашли применение на практике.
Resistograph (Германия). В основе этого прибора (рис. 1) лежит инвазивный принцип (анализ плотности древесины), но в отличие от традиционных инвазивных методов в качестве инструмента применяется тарированная пружина с иглой или электродрель с регулируемой мощностью мотора (прибор Resistograph).
Прибор Resistograph (и его аналоги) способен дать четкое представление о внутренней структуре древесины, однако его нельзя отнести к приборам неразрушающего контроля (на теле опоры остаются отверстия и механические повреждения). Кроме этого, Resistograph дает оценку состояния древесины только в конкретном сечении или области (в местах, доступных для проведения осмотра), а не по всей опоре.
MPT (Австралия). Работа данного прибора (рис. 2) основана на принципе фиксации изменения угла наклона опоры по сравнению с его первоначальным положением под действием механического усилия, приложенного к опоре. Чем сильнее опора наклоняется под действием конкретной нагрузки по сравнению с эталонными данными, тем опора менее прочная, и наоборот.
Такой подход позволяет оценить состояние опоры, но только в конкретной области. Однако применение подобного метода при диагностике сильно поврежденных опор может привести к их внезапному разрушению.
Ультразвуковые методы
В них заложен принцип измерения времени распространения ультразвуковой волны в различных средах. Как правило, подобные приборы пересчитывают время распространения ультразвуковых волн в скорость их распространения, которая имеет корреляционную зависимость от физико-механических свойств материала. К этому типу относится большой список приборов, производимых отечественными и зарубежными компаниями. Подобный метод широко применяется для контроля железобетонных (ЖБ) опор. При применении ультразвукового метода для контроля состояния ЖБ опор оценивается только состояние бетона, при этом состояние арматуры никак не диагностируется. Кроме того, такие методы позволяют оценить состояние опоры только в конкретном доступном сечении или области.
Все ультразвуковые приборы позволяют оценить состояние опоры только в конкретной области или сечении. К тому же влажность материала может существенно искажать результаты.
Метод измерения частот собственных колебаний (ЧСК) опоры ВЛ
Данный метод основан на измерении частот собственных колебаний (ЧСК) изделия, которые возникают в результате внесения энергетического импульса (например, при помощи механического удара) в изделие. Величина и форма частоты собственных колебаний зависит от формы и размеров изделия, а также от физико-механических свойств материала, из которого оно сделано. До настоящего времени эти методы не нашли такого широкого распространения, как ультразвуковые методы, но область их применения в последние годы существенно расширилась. В настоящее время этот метод активно применяется с использованием и без использования современных приборов и инструментов. Так, на любой железнодорожной станции можно увидеть специалиста с молотком, который осуществляет обход стоящих поездов и пытается обнаруживать дефекты колес путем их простукивания. Помимо такого простого и субъективного применения, методы, основанные на измерении ЧСК, нашли широкое применение в области контроля качества и определения физико-механических свойств различных материалов, таких как абразивы, огнеупоры, углеродистые и керамические изделия.
На протяжении многих лет метод измерения ЧСК предлагался разными учеными для решения задачи контроля состояния опор ВЛ. Данный метод был доведен до конкретного применения только в 2007 году, когда группе ученых и инженеров в области неразрушающего контроля из Санкт-Петербурга удалось создать портативный прибор для диагностики технического состояния опор ВЛ, в котором был реализован принцип измерения частот собственных колебаний. Следует отметить, что, в отличие от других методов, технология измерения ЧСК позволяет оценить состояния всего тела опоры, включая и 30-50 см ниже уровня земли. При этом для этого достаточно одного сигнала, который фиксируется на уровне 1-2 м над уровнем земли. В 2009 году компания ООО «ЭТС» выпустила первый серийный прибор под маркой ЛИС-У (Линейный измеритель состояния опор ВЛ). В то время ЛИС-У был предназначен только для диагностики состояния деревянных опор ВЛ, однако через 2 года прибор был адаптирован и для ЖБ конструкций типа СВ (стойки вибрированные).
Сегодня данными устройствами (рис. 3) оснащены практически все службы эксплуатации распределительных сетей структурных подразделений МРСК. Помимо контроля технического состояния опор ВЛ прибор ЛИС-У также применяется для паспортизации деревянных опор с помощью RFID транспондеров.
К основным преимуществам применения прибора ЛИС-У для контроля состояния опор ВЛ можно отнести:
– метод является неразрушающим (в древесине не остаются отверстия);
– высокая скорость выполнения контроля (5-10 мин. на опору);
– метод позволяет получить комплексную оценку всего тела опоры, включая его подземную часть на 35-50 см;
– метод дает возможность оценить реальную несущую способность опоры (прочность на изгиб);
– универсальность (прибор ЛИС-У можно использовать как для контроля деревянных, так и для контроля ЖБ опор);
– возможность дальнейшей обработки результатов и формирования отчетов;
– планирование и оптимизация расходов на проведение работ по замене и ремонту.
– профилактика аварийных ситуаций и ликвидация последствий стихийных бедствий (ледяной дождь, ураганы и т.п.).
Перспективные разработки
Коллектив компании ООО «ЭТС» постоянно улучшает характеристики данного прибора, а также работает над новыми перспективными проектами, которые тоже посвящены проблематике мониторинга состояния ВЛ. Среди этих работ следует отметить два проекта:
1. Прибор неразрушающего контроля ЖБ опор типа СК (центрифугированные опоры) (рис. 4). Задача оценки технического состояния центрифугированных (ЦФ) опор всегда была в повестке дня и оставалась нерешенной. До недавнего времени применение прибора ЛИС-У для работы с такими опорами было невозможно ввиду громоздкости этих стоек и сложности обработки их акустического сигнала. Однако теперь удалось разработать специальный датчик и новый модуль обработки сигнала на новой элементной базе, которые позволяют легко фиксировать и анализировать акустические сигналы ЦФ опор. Работа над этим проектом уже завершена, и первые серийные приборы появятся во втором квартале 2020 года. Появление подобного прибора существенно упростит задачу оценки реального состояния ЦФ опор с их последующим грамотным выводом из эксплуатации по реальному состоянию, а не по возрасту.
2. Система дистанционного мониторинга состояния опор ВЛ (рис. 5). Идея данного проекта заключается в оснащении опор ВЛ автономными датчиками, которые отслеживают состояние опоры в режиме реального времени. Датчики объединены в беспроводную сеть и транслируют на базовые станции сети информацию о состоянии опор в двух режимах: режиме мониторинга с периодической (по расписанию) передачей информации и в аварийном режиме (передача сигнала об аварии в случае падения опоры или обрыва проводов). Информация от базовых станций поступает на сервер эксплуатационной службы, что позволяет оптимизировать плановые работы по ремонту и замене опор, а также оперативно выявлять, локализовать и реагировать на аварийные ситуации на линии.
И.Я. ЛИМАНОВ, генеральный директор, БЕЛАЛАМИ САЛИМ, инженер, ООО «Электротехнические системы»
