Динамика и средства защиты от вибрации проводов линий электропередачи и самонесущих кабелей связи

Актуальность работы.

Надежная эксплуатация воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и интенсивное строительство линий связи с использованием самонесущих волоконно-оптических кабелей (СВОК) связи выдвигают на первый план проблему обеспечения надежной и устойчивой работы этих сооружений в разнообразных механических и атмосферно-климатических режимах.

С точки зрения обеспечения механической прочности линий, как проектировщикам, так и эксплуатационникам необходимо иметь исчерпывающую информацию о внешних статических и динамических воздействиях на провода и кабели связи.

Здесь и далее под проводом (кабелем) понимается гибкая упругая нить (на большей части пролета между опорами) — однако около точек подвески провода (кабеля), вследствие установки защитных спиралей — протекторов, необходимо учитывать изгибную жесткость системы. На этих участках провод (кабель) должен рассматриваться по балочной схеме.

В настоящей работе рассматривается вызываемая ветром вибрация проводов ЛЭП и СВОК и исследуется влияние гасителей и протекторов на процесс колебаний.

Под вибрацией будем понимать поперечные колебания с частотами 6 — 80 Гц и амплитудами не более одного — двух диаметров провода (т. е. рассматриваются малые колебания около положения равновесия).

Следует отметить, что до настоящего времени вибрация, вызываемая ветровой нагрузкой и часто называемая, поэтому в честь бога ветра Эола — эоловыми колебаниями, изучалась в связи с проблемой обеспечения надежной работы только проводов ЛЭП. В данной работе по единой схеме изучаются как вибрация провода воздушной ЛЭП, так и колебания СВОК. Принципиально новым является включение в исследование влияния спиральной арматуры на процесс колебаний.

Работа посвящена:

— созданию математической модели малых колебаний упругой нити с переменными по длине механическими характеристиками, снабженной дискретно расположенными гасителями вибрации (типа Стокбриджа и др.);

— определению: длины защитных протекторов и нахождению оптимального расположения виброгасителей;

— исследованию сравнительной эффективности гасителей вибрации, различных конст5 рукций;

— постановке стендового эксперимента и организации полевых испытаний на действующих ЛЭП и СВОК, позволившей сделать некоторые заключения об адекватности предложенной модели;

— разработке практических рекомендаций проектировщикам и эксплуатационникам.

Тематика, по которой выполнялись изложенные в диссертации исследования, является принципиально важной для большинства энергосистем северной части России. Она особенно актуальна в свете снижения эксплуатационных издержек и поэтому систематически включается в перечень важнейших работ Минтопэнерго и Минсвязи России.

Научная новизна работы состоит в следующем: впервые построена модель колебаний кабеля (провода) с переменной по длине изгибной жесткостью, причем на кабеле устанавливаются виброгасители различных конструкцийпроведен сравнительный анализ эффективности конструкции гасителей различных типов, устанавливаемых на защитный протектор, причем длина последнего варьироваласьпроведена серия стендовых экспериментов и проведены полевые испытания ряда схем виброзащитывыполнена оценка адекватности построенной математической модели.

На защиту выносятся: модель колебаний механической системы: провод (кабель) — спиральный зажимвиброгасителиматематическая модель колебаний вышеупомянутой механической системыметодика сравнительного анализа поведения ряда конструктивных схем виброзащиты различного исполненияметодика экспериментального исследования характеристик колебаний (амплитуды, частоты) и влияния различных конструктивных факторовконструктивная схема исполнения виброгасителя повышенной эффективностипрактические рекомендации по защите воздушные проводов ЛЭП и СВОК от усталостных разрушений силовой конструкции.

Практическая ценность работы связана с ее прикладной ориентацией. На основе проведённых исследований разработаны методики: 6 вычисления амплитудно-частотных характеристик вибрации протяженного провода (кабеля) с переменными по его длине массой и изгибной жесткостьюопределения амплитудно-частотных характеристик вибрации серийного виброгасителя типа Стокбриджа. изучения амплитудно-частотных характеристик вибрации виброгасителей нового типа на основе трехмерной моделипроведения сравнительного анализа амплитудно-частотных характеристик колебаний провода (кабеля) в пролете при различных сочетаниях длин протекторов и расстояний до точек установки виброгасителей, с последующим выбором наивыгоднейших сочетаний по условию минимальности амплитуд вибрации.

На основе разработанных моделей и методик оценки вибрационной активности провода (кабеля) проведены расчеты оптимальных длин защитных протекторов и точек установки виброгасителей для различных значений диаметров проводов (кабелей) и сформулированы рекомендации для проектных и эксплуатирующих энергетических предприятий и предприятий связи.

Опираясь на созданный математический аппарат, предложен и апробирован разработанный с участием автора гаситель вибрации нового типа (аналог выпускаемого за рубежом ведущими фирмами гасителя «dog-bone»).

Для оценки сравнительной эффективности гасителей вибрации различных типов, а также различных схем их установки, разработан и введен в эксплуатацию регистратор вибрации проводов и кабелей, конструкция которого основана на принципе измерения поперечных перемещений точки провода в окрестности поддерживающего зажима.

Осуществлены стендовые и полевые испытания разработанных конструкций гасителей, в результате которых была выбрана наиболее эффективная с точки зрения защиты проводов (кабелей) от вибрации схема.

Отдельные результаты работы внедрены на предприятиях Электросвязьмонтаж, г. ЕкатеринбургОАО Энергосетьпроект, г. МоскваАО Колэнерго, г. Мурманск.

Апробация работы и публикации.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях и семинарах:

— Научно-техническая конференция «Информационная среда ВУЗа». Иваново, 1998 г.

— Постоянно действующий Всероссийский семинар представителей энергосистем РАО ЕС России. Москва, 1997 — 1999 г. г. 7

— Научно-технический совет Северо-Западного отделения института Энергосетьп-роект. С. — Петербург, 1999 г.

— Семинар по механике, надежности и ресурсу технологических систем. Институт Машиноведения им. A.A. Благонравова РАН. Москва, 1999 г.

— Общеуниверситетский семинар по механике деформируемого твердого тела при МГОУ. Москва, 1999 — 2000 г. г.

Результаты опубликованы в 5 печатных работах (статьи в журналах, тезисы докладов конференций и семинаров). 8

выводы

1. Предложена механическая модель расчета динамических характеристик системы кабель (провод) — протекторы — гасители вибрации, ориентированная на оценку сравнительной эффективности различных схем защиты от вибрации. Модель предназначена для вычисления амплитудно-частотных характеристик кабеля (провода) в пролете ВЛ как набора балочных, струнных и сосредоточенных элементов.

2. Построен алгоритм и разработана программа вычисления амплитудно-частотных характеристик системы, состоящей из любого количества участков указанных типов, расположенных в произвольном порядке.

3. Проведено сравнение результатов расчетов амплитудно-частотных характеристик по разработанной программе с известными аналитическими оценками, показавшее хорошее совпадение (расхождение менее 1%).

4. Выполнены стендовые испытания и полевые наблюдения, которые подтвердили адекватность построенной математической модели реально наблюдаемому на воздушных ЛЭП и самонесущих волоконно-оптических кабелях процессу вибрации.

5. Установлено расчетным путем и доказано экспериментами и полевыми испытаниями, что применение спиральной арматуры оказывает значительное влияние на выбор точек установки гасителей вибрации. Наличие спиральной арматуры должно учитываться при выборе схем защиты от вибрации, которые существенно отличаются от традиционных типовых схем виброзащиты.

6. Разработана методика сравнительной оценки качества вариантов виброзащиты проводов и оптических кабелей, которая позволяет производить выбор длин протекторов и точек установки гасителей вибрации, обеспечивающих наивысшую надежность кабеля (провода) в эксплуатации.

7. Предложен и опробован гаситель вибрации повышенной эффективности. Начата опытная эксплуатация гасителя в экстремальныхусловиях Крайнего Севера на одном из переходов через водную преграду.

1 Во.

Лот^в.в