РД 34.20.184-91

     

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАЙОНИРОВАНИЮ ТЕРРИТОРИЙ ЭНЕРГОСИСТЕМ И ТРАСС ВЛ
ПО ЧАСТОТЕ ПОВТОРЯЕМОСТИ И ИНТЕНСИВНОСТИ ПЛЯСКИ ПРОВОДОВ

РАЗРАБОТАНО Всесоюзным научно-исследовательским институтом электроэнергетики (ВНИИЭ)

ИСПОЛНИТЕЛЬ В.А.ШКАПЦОВ

УТВЕРЖДЕНО Управлением эксплуатации, ремонта и технического перевооружения электросетей 15.11.91 г.

Начальник И.И.БАТЮК

1. ВВЕДЕНИЕ

Пляска является одной из наиболее опасных разновидностей, вызываемых ветром колебаний проводов ВЛ. Известны случаи пляски проводов горных линий, возбуждаемой интенсивной стриммерной короной; пляска при сильных ливневых дождях; пляска в летнее время витых проводов с повышенной рельефностью наружного повива при косых ветрах, направленных под острым углом к трассе ВЛ. Однако наиболее часто встречающимися и наиболее опасными являются случаи пляски проводов ВЛ с односторонними отложениями в виде мокрого снега, гололеда или изморози при скоростях поперечно направленных ветров от 6 до 25 м/с.

Стабильная пляска в виде стоячих волн с амплитудами от нескольких метров до значений, достигаюших стрелы провеса провода, может продолжаться от нескольких часов до нескольких суток и прекращается лишь с изменением метеоусловий. От частоты повторяемости и интенсивности пляски зависит выбор конструкции ВЛ и мероприятий по защите проводов от пляски. Поскольку такие мероприятия связаны со значительным увеличением капитальных вложений на стадии строительства или эксплуатации линии, большое значение имеет выявление территорий, где пляска наиболее опасна и защитные меры будут наиболее эффективными.

Исследования и наблюдения пляски проводятся во многих странах мира, начиная с 20-х годов этого столетия, и особенно активно в последние 20 лет. За период с 1981 г. во ВНИИЭ накоплен значительный опыт анализа данных о случаях пляски в энергосистемах страны, опыт разработки и экспериментальной проверки средств защиты проводов от пляски. Обобщение результатов экспериментальных и теоретических исследований положено в основу данных Методических указаний, практическое использование которых позволит более обоснованно подходить к выбору конструкций вновь проектируемых линий, к реализации мероприятий по защите от пляски существующих ВЛ в районах с повышенной опасностью пляски.

Настоящие Методические указания распространяются на проектируемые, сооружаемые и находящиеся в эксплуатации ВЛ напряжением 35-750 кВ в части оценки опасности пляски проводов, определения территорий энергосистем и участков ВЛ, для которых характерны высокая частота повторяемости и интенсивность пляски, дополняют существующие Правила устройства электроустановок (разд. "Расположение проводов и тросов и расстояния между ними").

2. ПЛЯСКА ПРОВОДОВ ВЛ, ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Причины возникновения, характеристики пляски

2.1.1. Пляской проводов с односторонними либо с асимметричными отложениями различной плотности (гололед, мокрый снег, смесь, изморозь) называются вызываемые ветром устойчивые периодические низкочастотные колебания натянутого в пролете ВЛ провода, образующие стоячие волны с числом полуволн от одной до двадцати.

2.1.2. Наиболее опасными и наиболее часто встречающимися являются случаи пляски с 1, 2 и 3 полуволнами колебаний. Размах пляски 2А (удвоенная амплитуда колебаний или перемещение провода от крайней нижней точки движения до крайней верхней, называемое амплитудой "пик-пик") наибольших значений достигает при колебаниях с одной полуволной в пролете. В пролетах небольшой длины (до 150 м) размах однополуволновых колебаний в пучности может превышать по значению стрелу провеса провода и достигать 4-6 м (рис.1, а). В пролетах большой длины размах однополуволновой пляски может достигать стрелы провеса, но обычно не превышает 6-10 м (рис.1, б). Пляска с двумя полуволнами (рис.2, а) чаще всего происходит с амплитудами "пик-пик" 1,5-3 м, однако есть данные о колебаниях с размахом до 4-6 м. Размах пляски с тремя полуволнами (рис.2, б) по имеющимся данным не превосходит 4 м. Реже встречаются случаи менее опасной многополуволновой пляски с четырьмя и более полуволнами в пролетах ВЛ.

Рис.1. Пляска с одной полуволной в пролете:

а - малой длины; б - большой длины

Рис.2. Многополуволновые формы пляски в пролете:

а - две полуволны; б - три полуволны

2.1.3. Характерный диапазон частот колебания проводов при пляске 0,2-1 Гц. Частота колебаний при пляске с определенным числом полуволн зависит от тяжения провода, погонной массы провода с гребешком осадка, длины пролета, конструкции пролета (анкерный, промежуточный и т.д.) и скорости ветра.

2.1.4. Пляска является результатом воздействия на провод периодически изменяющейся подъемной силы, возникающей при его обтекании равномерным и поперечно направленным воздушным потоком скоростью от 6 до 25 м/с. Значения и направления подъемной силы и аэродинамического крутящего момента зависят от угла атаки воздушного потока по отношению к профилю гололеда [1, 2]. Как вертикальные, так и крутильные колебания провода вызывают изменение угла атаки, которые, синхронизируясь с одной из низших собственных частот провода в пролете, является причиной развития пляски (рис.3,  4).

Рис.3. Угол атаки неподвижно закрепленного провода с гололедом, имеющим толщину стенки

Рис.4. Изменение углов атаки провода с гололедом, движущегося со скоростью
в поперечном воздушном потоке

2.1.5. Отложения на проводах в виде мокрого снега появляются при температурах воздуха от +2 до -2 °С. Гололед образуется при выпадении переохлажденного дождя или при переохлажденном тумане при температурах от 0 до -5 °С. Изморозь образуется на проводах при температурах воздуха от -3 до -15 °С. Известны также случаи пляски проводов в северных районах при температурах ниже -30 °С, причиной которых, очевидно, является образование сублимационной изморози.

Пляска может возникать при отложении тонкого слоя гололеда, малозаметного с земли. Наиболее характерными для отечественных энергосистем являются случаи пляски с отложениями гололеда толщиной от 3 до 20 мм.

Как правило, образование отложений на проводах сочетается с действием ветра. Однако в процессе формирования отложений или после его завершения скорость и направление ветра могут меняться, вызывая усиление, ослабление или прекращение пляски.

2.1.6. Благоприятными для развития интенсивной пляски являются ровная открытая местность и вершины холмов. Пляске подвержены также линии, проходящие по гребням невысоких горных хребтов, и участки линий, пересекающие горные долины. Закрытые для действия ветра участки трасс ВЛ (высокая застройка, лес, сильно изрезанный рельеф местности) являются препятствиями для пляски.

2.1.7. Пляске подвержены провода практически любой конструкции и любого диаметра. Исключение составляют лишь провода марки Т-2, выпускаемые фирмой Кайзер Алюминиум (США), представляющие собой два провода одинакового диаметра, скрученные с определенным шагом [3].

Провода расщепленных фаз в большей мере подвержены пляске, чем одиночные, поскольку наличие внутрифазовых дистанционных распорок способствует увеличению эксцентричности гололедного отложения. Кроме того, провода, расщепленные на три составляющие и более, имеют близкие значения частот одинаковых форм вертикальных и крутильных колебаний, что увеличивает вероятность интенсивной пляски.

2.2. Виды повреждений и аварийных отключений ВЛ, вызываемых пляской

2.2.1. Имеющиеся данные [4] показывают, что до 90% случаев пляски приводят к нарушению режима работы ВЛ или к повреждению их элементов, причем только в 30% случаев нарушения ограничиваются кратковременными отключениями ВЛ и не сопровождаются перебоями в работе линий продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток. В некоторых случаях ремонтно-восстановительные работы требуют значительных затрат и длительного отключения линии.

2.2.2. Сближение проводов разных фаз на линиях с вертикальным или треугольным расположением проводов является причиной междуфазовых замыканий при пляске. Реже происходят замыкания на землю, причиной которых является нарушение изолирующего воздушного промежутка между проводом и грозозащитным тросом, либо между проводом и заземленными конструкциями опор, перекрытия на близкорастущие деревья. Следствием действия больших токов короткого замыкания являются ожоги на проводах и грозозащитных тросах, повреждения коммутационной аппаратуры, а в отдельных случаях и силового электрооборудования.

2.2.3. В процессе интенсивной пляски провода линейная арматура, изолирующая подвеска и элементы опор испытывают действия значительных циклических нагрузок. Амплитудные значения переменной составляющей тяжения одиночного провода либо каждого из проводов расщепленной фазы достигают 1-4 т [5]. На изолирующую подвеску и траверсы опор ВЛ с расщеплением фаз на составляющих передаются соответственно динамические нагрузки, достигающие (14) тонн. Следствием длительного воздействия таких нагрузок являются обрывы проводов, разрушения вязок проводов распределительных сетей, разрушение подвесной и сцепной арматуры, повреждение дистанционных распорок, повреждение элементов опор, падение опор и т.д.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ И ЧАСТОТЫ ПОВТОРЯЕМОСТИ ПЛЯСКИ

3.1. Регистрация и накопление данных о случаях пляски проводов ВЛ

3.1.1. Данные непосредственных наблюдений пляски проводов ВЛ необходимы для совершенствования методов проектирования ВЛ по условию предотвращения механических повреждений и перекрытий между проводами по причине пляски, при разработке устройств защиты линий от пляски, для определения района пляски.

3.1.2. Для обеспечения квалифицированных наблюдений при пляске проводов на ВЛ предприятиям электросетей необходимо выделить из числа инженерно-технического персонала ПЭС сотрудников, не входящих в состав ремонтно-восстановительных бригад. Эти сотрудники должны владеть настоящей методикой наблюдения пляски проводов. После получения сообщений о возникновении пляски проводов или об отключениях линии при характерных для пляски метеоусловиях (ветер скоростью 6-20 м/с, отложения на проводах, туман или моросящий дождь при температуре воздуха ниже 0 °С) должен быть организован выезд выделенных для наблюдения сотрудников на участки ВЛ, где замечена или предполагается пляска проводов.

3.1.3. При наблюдениях необходимо фиксировать характер и параметры пляски, географические и метеорологические условия, вызываемые пляской нарушения в работе ВЛ и повреждения ее элементов. Все данные, полученные во время наблюдений, заносятся в ведомость учета пляски проводов (табл.1). Образец заполнения ведомости дан в табл.2. Графы 1-7, 9, 10 ведомости заполняются в предприятии электросетей. Остальные графы - при непосредственном наблюдении пляски.

Таблица 1

     
Ведомость учета пляски проводов

     

Таблица 2

     
Ведомость учета пляски проводов (образец заполнения)

3.1.4. Во время наблюдений необходимо зафиксировать, какие провода и тросы находятся в состоянии пляски (отметить их звездочкой на схеме гр.6), определить число полуволн колебаний на разных проводах (гр.16), характер волн - стоячие или бегущие (гр.20).

Наибольшее значение двойной амплитуды колебаний, т.е. расстояние между нижним и верхним положением провода (гр.17), при пляске с одной, двумя и большим числом полуволн в пролете может быть определено одним из следующих способов.

I. С помощью угломерных инструментов (теодолит, угломер) по формуле

,                                                                         (1)

     
где - расстояние между местом установки инструмента и линией, м;

- угол между верхним и нижним положениями провода, град.

II. Приближенно с помощью масштабной линейки.

Наблюдатель отходит от линии на 50-60 м и, держа на вытянутой руке масштабную линейку, отмечает на ней разницу между верхним и нижним положениями провода при пляске (см). Значение двойной амплитуды пляски (м) подсчитывается по формуле

,                                                                        (2)

где - разница между верхним и нижним положениями провода по масштабной линейке, см;

- расстояние между наблюдателем и линией, м;

- расстояние от глаза наблюдателя до линейки, см.