ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Многолетние наблюдения показали, что в осенне-зимний период эксплуатации линий электропередач в условиях Крайнего Севера детали шарнирного сопряжения работают в условиях, не предусмотренных ГОСТ и не учитываемых при проектировании, что часто приводит к аварийным ситуациям.

Целью работы является исследование причины расцепления гирлянды изоляторов на опорах высоковольтной линии электропередач ВЛ-110кВ через реку Лена. Спустя 6 месяцев после ее ввода в эксплуатацию на опоре высотой 170 м произошло расцепление между 19 и 20 изоляторами правой цепи гирлянды левой линии. Расположение линий относительно друг друга принято по направлению передачи электроэнергии от источника к потребителю. Расстояние между опорами 1790 м.

На этой линии электропередачи использовался изолятор типа ПС-210Б, рассчитанный на напряжение свыше1 кВ. Изоляторы между собой соединяются при помощи сферического шарнирного сопряжения. Электропровод АСУС 300/204 диаметром 29,2 мм крепится посредством скобы диаметром 34 мм к двум ветвям гирлянды, каждая из которых состоит из последовательно соединенных шарнирным способом изоляторов в количестве 22 штук. Ветви гирлянд соединены между собой жесткой металлической скобой диаметром 36 мм, а со стороны опоры гирлянды соединены к неподвижному траверсу.

Для выяснения причин расцепления гирлянды выполнен анализ поверхностей шарнирного сопряжения, расчет статических и динамических нагрузок на узлы изолятора, электронно-микроскопический анализ поверхности разрушения замка, идентификация фазового состава материала пестика, замка и поверхности износа шапки изолятора с использованием рентгеноструктурного анализа на дифрактометре ДРОН-3М.

Из анализа поверхностей деталей шарнирного сопряжения видно, что средняя часть замка подвергалась пластической деформации имеющей форму, соответствующую форме головки пестика, расположенного под определенным углом. Также видны следы изношенного участка дна паза шапки, соответствующие формам изгиба замка. У левого края гнезда шапки имеется след отломленного участка. Края гнезда шапки, т.е., участки соприкасающиеся с поверхностью головки пестика изношены и имеются вмятины. На поверхности головки пестика наблюдаются следы износа, возникшего в результате соприкосновения с замком.

Обнаружены следы усталостного изнашивания на деталях шарнирного сопряжения. Эти данные подтверждаются результатами электронно-микроскопических исследований, где обнаружены глубокие вторичные трещины, зоны растрескивания, а также отсутствие подобия берегов разреза трещин,что может быть вызвано малоцикловой усталостью и показывает на низкую энергоемкость материала замка.

Из расчетного анализа статических и динамических нагрузок на узлы изолятора следует, что в реальных условиях возникают значительные поперечные колебания электропровода под воздействием ветровой нагрузки. Амплитуда поперечного колебания электропровода достигает 10 м. Данная ситуация не предусмотрена проектом, в котором считается, что гирлянды изоляторов всегда находятся в растянутом состоянии. Поскольку гирлянды соединены одним концом с неподвижной траверсой опоры, то отсутствует компенсирующее усилие сжимающих динамических нагрузок на гирлянды со стороны опоры. Если на узлах изоляторов между головкой пестика, замком и дном паза шапки будут зазоры, то сжимающие нагрузки будут ударными. По результатам замера геометрических размеров деталей шарнирного сопряжения, зазор головкой пестика и замком составляет 5,5 мм вместо 2 мм по проекту.

Для оценки величины необходимого усилия сжатия металла пружинного замка, примем, что предел текучести металла замка из стали Ст. 35 равен 320 Мпа. Тогда статическое усилие сжатия Рст равно 1920 кГс при известной площади смятия замкаf60 мм в кв.

Известно, что при отсутствии зазоров величина приложенной внезапной нагрузки будет вдвое меньше, а именно 960 кГс. Отсюда возможно возникновение на одной из ветвей гирлянды изоляторов сжимающих динамических нагрузок до 1000 кГс. Эти результаты коррелируют с данными рентгеноструктурного анализа. Данные свидетельствуют о наличии больших сжимающих циклических напряжений, действующих в течение длительного времени на детали шарнирного сопряжения гирлянды изоляторов.

Таким образом, причинами расцепления изоляторов являются:

1.Смятие замка в результате воздействия длительных циклических динамических нагрузок со стороны головки пестика, что привело к нарушению допустимого зазора между головкой пестика и дном паза шапки изолятора.

2.Отклонение линейных размеров головки пестика от требований ТУ-27-10864-84.

Для снижения ударных сжимающих нагрузок желательно:

1.заменить неподвижную траверсу со стороны опоры подвеской ввиде скобы, которая крепилась бы на опоре посредством шарнирного узла;

2.на двух ветвях гирлянд изоляторов гирлянд необходимо равномерно распределить ударные нагрузки на все узлы;

3.изменить конструкцию замка и применить сталь более высокой прочности и хладостойкости