автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Диагностика коррозионных повреждений и прогнозирование долговечности металлических конструкций опор линий электропередачи

Централып.гй иаз^аго-нссгэ.ЕраатеяьсгаЛ и прсегшп£й гаюпггут стрсг.ггаг^»шк кэтапло^ссггругавй

ЩШШТРОЕЕТСТАЛШОНСТЕ^ШДШ

На правах рукописи

КАЧАН0ВС2АЯ Мбовь Кгорегпш

ДКЛГКССТПЕЛ КОРРОЗИОННЫЙ ПОВРЩЦЕНШ

п пропгозирсалнш долговечности

ИЕТАЛЛНЧВСШЗЖ ВШСЮТЩВЙ ОПОР ЛШШП ЭШШРОПЕРЕДаВД

05.23.01 - Строительные конструкция,здания н

ссорухешш и

05.17.14 - лимичэсксз сопротпвлениа материале:! и защита от ;сорро??-ги

• учиадД сгепгяп кандидата тздггкчвепнк вдул

Москва 1992

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском

строительных ■ металлоконструкций.

доктор технических наук, профессор Гсшубев а.и.

кандидат технических наук ' Клебанов б.м.

доктор технических наук, профессор Грудев И. Д.

кандидат технических наук Сафонов a.A.

трест "Севэапэлектросетьстрой",. Санкт-Петербург

Защита состоится "2-3.. 1ээ2года в часов

на заседании специализированного Совета Д 033.12.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук при ЦНИИПроектстальконструкции по адресу: 117393, г.Москва, ул. Архитектора Власова, 49 и актовом зале.

С диссертацией можно ознакомиться jb библиотеке институт Автореферат разослан " 1992года.

и проектном институте Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

т.с. волкове

~ ь - .

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Общая протяженность воздушных линий электропередачи ( ЛЛ ) напряжением 35 кВ н вита в энергосистемах страны достигла к концу 1990 года примерно 1 или.ни.

В нестоящей время разрабатывается новая концепция обеспечения надежности энергетических объектов, основанная на нормировании показателей надежности электрических сетей и систем энергоснабжения потребителей. Отсутствие количественных критериев оценки долговечности строительных конструкций, как одного иэ элементов энергосистемы, сдерживает переход от детерминистической системы построения норм к вероятностной.

Вновь разрабатываемые показатели долговечности должны учитывать случайную природу силовых .и климатических воздействий, а так основываться на опыте эксплуатации.

Цель диссертационной' работы - создание методики прогнозирования долговечности металлических элементов опор ВЛ по результатам контроля коррозионных потерь на эксплуатируемых конструкциях; разработка рекомендаций по выбору средств обеспечения коррозионной стойкости элементов опор ВЛ как на этапе проектирования конструкций, так и при оценке их технического состояния с целью реконструкции энергетических объектов.

На защиту выносятся: метод расчета долговечности, учитывающий силовые воздействия и изменение несущей способности металлических элемен-

I-

тов под действием атмосферной коррозии.

методика инструментального контроля коррозионных потерь металлических элементов опор ВЛ;

Результаты нетурных обследований металлических опор ВЛ, сгр£\*.алщиег характер распределения коррозионных потерь по

высоте конструкций, эксплуатируемых длительное время в различных климатических районах;

- методика прогнозирования коррозионных потерь металлических элементов опор ЕП по результатам инструментальных измерений, проводимых на длительно эксплуатируемых конструкциях;

Научную новизну работы составляют: методика диагностирования коррозионных потерь металлических элементов опор ВЛ; результаты контроля коррозионных потерь, полученные в результате натурных обслвдогзаний в Иркутской, Магаданской и Вологодской областях; методика прогнозирования коррозионных потерь металла по результатам инструментального контроля на конструкциях, находящихся в длительной эксплуатации, учитывающая затухание скорости коррозии во времени; методика определения показателей долговечности элементов конструкций, позволяющая производить выбор средств обеспечения их коррозионной стойкости с учетом коррозионного износа и силовых воздействий на опору ВЛ.

Практическое значение работы. По результатам инструментального контроля коррозионных потерь металлических элементов, выполненного в процессе натурных обследований конструкций, определены эмпирические коэффициенты зависимости износа металла от времени для Магаданской, Иркутской и Вологодской областей.

На о тновании прогноза коррозионного износа металла в районах обследования и расчетов показателей долговечности элементов конструкции разработаны рекомендации по дальнейшей эксплуатации спор ЕП. Экономически обоснованно определены расходы на обеспечение коррозионной стойкости опор ал в климатических условиях районов обследования. Предложена методика использования карт атмосферной коррозии стали дгсч прогнозирования коррозионных потерь металлических злементов при

- б -

отсутствии опыта длительной эксплуатации и данных натурных обследований.

Разработанная методика проведения обследования, а также затраты средств и времени на сбор информации о состоянии конструкции и скорости коррозии положены о основу ведомственных нормативных документов.

Реализация работы. Результаты исследований использованы:

- при составлении Ведомственных строительных норм "Коррозионно-стойкие конструкции металлических опор FIJI и ОРУ подстанций. Методы обеспечения коррозионной стойкости ", 1990;

- при составлении "Временных методических указаний по обследованию ВЛ 35-750 для оценки их технического состояния", 1990;

- при оценка технического состояния эксплуатируемых металлических конструкций опор ВЛ в Магаданской области и разработке рекомендаций по их дальнейшему использованию;

- при проведении обследований и составлении карты кйрроэии п Иркутской области;

- при разработке технических решений, обеспечивающих нормальную эксплуатацию опор ВЛ в зона загрязнения Череповецкого промышленного узла;

- при составлении " Ценника на предпроектныа работы для электросетевого строительства", Минэнерго СССР, 1390.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических советах в институтах Энергосетьпроект (1990), Ссвзапзноргосетьпроокт (1989, 1990), ЦШШПроектстальконструкция.

Публикации. По результатам выполненных исслодопппий опубликовано 7 работ.

Структура и об-ьом работы. Диссертация состоит ип> w«v|.'ii»ii,

- в -

четырех глав с выводами, заключения, списка литературы из 120 позиций и приложения, содержит 113'страниц машинописного -текста, 16 таблиц, 28 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе приведен обзор экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению долговечности строительных конструкций и способов обеспечения коррозионной стойкости опор ВЛ. •

Общей тенденцией в развитии теории проектирования является снижение затрат на всех этапах создания и эксплуатации воздушных линий электропередачи, которые служат для передачи и распределения электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и закрепленным при помощи изоляторов и линейной арматуры на опорах. Для выработки концепций проектирования проводятся работы по изучению состояния металлических строительных конструкций, эксплуатируемых на всей территории страны. Опоры ВЛ испытывают как силовые нагрузки, обусловленные ветром, гололедом, собственным весом конструкции, проводов и оборудования, так и воздействия открытой атмосферы, проявляющиеся в загрязнении изоляторов и коррозионном разрушении металлических элементов конструкций. Долговечность опор закладывается при проектировании, зависит от выбранного периода повторяемости климатических нагрузок и конструктивных решений, которые определяют стойкость конструкций в условиях окружающей • среды. Как известно, в связи с развитием коррозии, наблюдаются случаи преждевременного выхода из строя опор, нарушение нормальной эксплуатации ЕЛ. Поэтому важно установить конкретную причину наблюдаемых нарушений,- чтобы, во-первых, принять меры, обеспечивающие надежную эксплуатацию конструкций; во-вторых, использовать эту информацию при прогнозировании поведения

конструкции во времени с целью создания корроэионностойких конструкций уже на стадии проектирования.- Методы исследования атмосферной коррозии подразделяются на три группы.

- Лабораторные исследования проводят, как правило, с образцами небольших размеров; условия испытаний заранее устанавливаются и строго контролируются. Производится искусственное ускорение испытаний путем ужесточения условий ( повышение температуры, увеличение концентрации раствора, перемешивание ).

- Натурные исследования проводят на образцах в естественных условиях на специально оборудованных коррозионных станциях. Установлено, что основным фактором коррозионной агрессивности незагрязненной атмосферы является время нахождения влажной пленки на поверхности металла. Это время складывается из следующих составляющих: продолжительность дождя, тумана, выпадения росы, высыхания поверхности металла после каждого выпадения осадков; оттепели в зимний период. Все эти слагаемые зависят от влажности воздуха, температуры, скорости ветра и других метеорологических факторов. Исходя из результатов коррозионных исследований, проведенных в различных климатических зонах страны, построена карта коррозии различных металлов в атмосфер», не загрязненной промышленными уносами. Образующиеся продукты атмосферной коррозии металла оказывают защитное действие, уменьшая скорость коррозии со временем. Данные о коррозионных потерях, полученные на образцах, не позволяют с достаточной точностью прогнозировать поведение конструкций в процессе длительной эксплуатации. Необходимую информацию могут дать обследования конструкций в натурных условиях.

- Эксплуатационные исследования проводят путем наблюдения эа элементами конструкций в условиях ее фактической службы. Очевидно, что если при проектировании используются данные о

- в -

коррозионных потерях элементов, находящихся в эксплуатации длительное время, то прогноз скорости коррозии по этим данным будет наиболее достоверным, а проектные решения будут близки к оптимальным.

Во второй главе описывается методика сбора и обработки измерений коррозионных потерь в полевых условиях. К настоящему времени в стране эксплуатируется более 2 миллионов металлических опор ВЛ, которые возможно использовать для съема информации о коррозионном износе металла с начала сооружения ВЛ.

Целесообразность такого подхода объясняется тем, что конструкции эксплуатируются во всех геоклиматических районах страны, срок их экспозиции достигает 70 лет. За длительный срок происходит осреднение воздействий всех факторов, определяющих скорость коррозии элементов.

Известные методы измерения глубины проникновения коррозии, основаны на использовании штангенциркуля и скобы с индикатором. Коррозионные потери по этим методам определяются как разность между проектной толщиной и толщиной на момент обследования. В этом случае в результат измерения включаются допуски на прокат, кроме того, измерение при помощи штангенциркуля производится по огибающей поверхности т.е. без учета шероховатости профиля, вызванной коррозией, а при измерении скобой с индикатором не удается фиксировать ось измерения относительно контролируемого элемента, что приводит к дополнительным погрешностям при определении коррозионных потерь.

Для исключения факторов, вносящих погрешность в определение коррозионных повреждений, разработан прибор, контролирующий толщину и шероховатость противолежащих поверхностей эле.ментов прокатного профиля' (КПП) , который позволяет устранить перекос оси прибора относительно элемента, количественно учесть

плотность расположения яэв на поверхности. контролировать величину коррозионных потерь отдельно на каждой стороне измеряемого образца. Конструкция приборе! предусматривает крепление на консолях двух соосно расположенных индикг-1 opon часового типа на направляющей линейке, которая, в свою очередь, с помощью струбцины жестко фиксируется относительно элемента. Перемещение индикаторов вдоль мерной линейки с постоянным шагом производится с помощью микрометренного винта. Консоли выполнены иэ алюминиевого сплава. Масса прибора в собранном виде - 500г. Габаритные ' размера - 280x140x40 мм. Прибором КТШ можно контролировать коррозионные дефекты на элементах прокатного профиля толщиной от О до 20 мм при длине профилограммы до 100 мм. Толщина элемента вычисляется в каждой точке профилограммы путем сравнения показаний индикаторов с отсчетам.!, снятыми с эталонных пластин Иогансона. Определяется среднее значение и дисперсия толщины элемента. За расчетное принимается значение толщины с обеспеченностью 0.95. За начальную толщину элемента с той же обеспеченностью принимается значение толщины неповрежденного участка, расположенного в непосредственной близости от места измерения коррозионного износа или в месте плотного прилегания элементов между собой, где поверхность металла на имеет коррозионных повреждений. Величина коррозионных потерь определяется как полураэность начальной и расчетной толщины. Анализ точности определения глубины проникновения . коррозии основывается на сравнении результатов инструментальных измерений и взвешивания образцов. Изготовлено 6 серий образцов иэ сталей, используемых в энергетическом строительстве. Для проведения ускоренных коррозионных испытаний образцы помещались в 3% раствор хлористого натрия с добавлением концентрированной соляной кислоты и перекиси ьодохлда.

После выдержки в растворе в течение месяца образцы взвешивались, измерялись и коррозионные испытания продолжались. Все измерения статистически обрабатывались при помощи специально разработанных программ. Сопоставление результатов показало, что предложенная методика позволяет получать значения коррозионных потерь, сопоставимые с результатами гравиметрических измерений и использовать данные контроля для прогнозирования.

В третьей главе приведены методика и результаты обследований действующих линий электропередачи, показана специфика эксплуатации строительных конструкций.

Натурное обследование состояния опор, включает в себя: сбор данных о фактических условиях прохождения трассы ВЛ и работы конструкций, сравнение их с предусмотренными проектом, инструментальное измерение коррозионных потерь, фотографирование и описание дефектов на момент обследования.

Участки для обследования конструкций выбираются на основании изучения технической исполнительной документации. Наибольшую ценность для получения информации о состоянии конструкций представляют демонтированные опоры и участки ВЛ с большим сроком эксплуатации.

Прогнозирование основано на аппроксимации результатов контроля коррозионных потерь степенной функцией вида

которого принимается равным: для незащищенных конструкций промежутку времени от Начала строительства до планируемого

срока эксплуатации; для конструкций, имеющих защитные

покрытия на момент строительства

промежутку ' времени

с момента исчерпания защитных свойств покрытий до

планируемого срока эксплуатации.

Значения • коррозионных потерь, полученные на элементах конструкций с разными сроками службы, наносятся на логарифмическую координатную сетку, по оси ординат которой отклад гааются значения коррозионных потерь, а по оси абсцисс - срок службы в годах. В выбранной системе координат результаты измерений аппроксимируются прямой линией. Пересечение прямой с осью ординат <Т= 1) дает значение коэффициента М , который представляет собой скорость коррозии, приведенную к первому году эксплуатации конструкции в определенных климатических

условиях. При отсутствии ' данных инструментального контроля коррозионных потерь можно принимать значение М равным

скорости атмосферной коррозии стали, приведенной на картах коррозии металлов. Коэффициент П. зависит от защитных свойств продуктов коррозии. Его значение определяется углом наклона прямой к оси абсцисс. Для слабоагрессивной- среды рекомендуется принимать П, равным 0.6, для среднеагрессивной - 0.8.

Для обработки опытных данных и прогнозирования коррозионных потерь предложено использовать номограмму, позволяющую оперативно получать значение эмпирических коэффициентов. На логарифмической координатной сетке нанесены прямые, каждая из которых характеризуется конкретным значением М и П. .

Точность результатов определения численных значений и повышается с увеличением количества измерений при использовании данных о коррозионных потерях конструкций, эксплуатируемых в конкретном районе максимально длительное время.

Результаты обследования предприятия Восточных электрических сетей в Магаданской области ' показали, что максимальная глубина коррозионных повреждений на конструкциях, эксплуатируемых 10 лет, составляет порядка 35 мкм, Такие малые- корроэи-

ониые потери объясняются климатическими особенностями района эксплуатации, продолжительность морозного периода которого достигает 0 месяцев. При низких значениях температуры и влажности воздуха коррозия стали практически не происходит. Для условий района обследования определены значения эмпирических коэффициентов: M = 4~7мкм/год; П = 0.6. Максимальная величина прогнозируемых коррозионных потерь эа 50 лет составит БО-ЮОикм. Техническое состояние конструкций ВЛ свидетельствует о нецелесообразности проведония мероприятий по восстановлению защитных покрытий на поверхностях металлических элементов опор.

Материалы обследования опор ВЛ в районе деятельности траста Востоксибэлектросетьстрой в незагрязненной промышленными уносами атмосфере Иркутской области позволили получить следующие значения эмпирических коэффициентов: M = 8-12мкм/год; П. = 0.6. Климат района обследования резкоконтинентальный, продолжительность зимнего периода 6 месяцев. Результаты контроля коррозионных потерь использованы для прогнозирования долговечности металлических конструкций опор ВЛ,

Для оценки технического состояния опор ВЛ и разработки мероприятий по дальнейшей нормальной эксплуатации линий проведены обследования в промышленной зоне города Череповца. Коррозионные потери определены в непосредственной близости от химического завода. Получены значения M =. ЗОмкм/год; п.='0.В. Коррозионные потери в чистых районе*' определяются климатологи' ческими факторами. Установлено, что для них И = 10-20мкм/год, П. =0.6. В предприятиях электрических сстей имеются карты уровней загрязнения изоляторов (УЗИ) уносами промышленных предприятий. Известно, что с увеличением расстояния от источника загрязнения концентрация уносов в атмосфере убывает,- подчиняясь

экспоненциальной зависимости. Результаты инструментальных измерений выявили взаимосвязь меяду коррозионными потерями металлических элементов г? атмосферных условиях и уровнями загрязнения изоляторов, которая объясняется тем, что продукты уносов предприятий, загрязняющие изоляторы, воздействуют и на моталл конструкций, изменяя скорость коррозии элементов. Карты УЗИ могут бить испольэооаны для оценки коррозионного поведения конструкций в зонах с промышленным загрязнением атмосфер!. для установления тэрриториальних границ влияния промышленных уносов на долговечность конструкций, а также для выбора мероприятий • по обеспечению надэкной работы ВЛ.

Результаты измерений коррозионных потерь в районах обследования и прямые, аппроксимирующие верхние граница измеренных величин, приведены на рисунка. Полученныо значения эмпирических коэффициентов М и П могут быть использованы как при конкретном проектировании, так и при решении вопросов реконструкции и технического перевооружения энергетических объектов.

В процесса проведения обследования выявлена специфика строительных конструкций, ограничивающая возможности восстановления защитных покрытий в полевых условиях. Суровые климатические условия не позволяют производить работы по нанесению лакокрасочных покрытий "в полевых условиях с выполнением технологических требований, нарушение которых приводит к розкому снижению срока их службы. Восстановление защитных покрытий затруднено и конструктивными решениями, ограничивающими доступ рабочего инструмента к 10 - 60% площади поверхности элементов. Нанесение защитных покрытий в соединениях, площадь нахлестки элементов в которых составляет порядка 4-6^, не мошйт бить произведено без их разборки. Жесткие огра-

Рис. 1. Значения коррозионных потерь в районах обследования и пряные, аппроксимирующие верхние границы измеренных величин

1 ( И ) " Магаданская область, М = 7мкм/год; П =0.8 2(0)- Иркутская область, М =12мкм/год; П =0.6

3 ( Д ) - Г.Череповец, М =20мкм/год; П =0.6

4 ( ) ~ г.Череповец,

промышленная зона, Г1 гЗОмкм, гпц! IX -0.8,

ничэния на проведение антикоррозионных работ накладывают условия безопасного под-иона человека на опору. При проведении ремонтных работ под нлпряжоииам порядка 10Х площади поверхности является недоступной.

Материалы обследований свидетельствуют, что решение вопросов обеспечения долговечности мотолличоских опор ВЛ должно производиться на этапа проектирования с учетом скорости коррозии металла и специфики эксплуатации конструкций.

В четвертой глава количественно определен вклад коррозионных потерь в увеличение вероятности отказа элемента. Так как уровонь надежности проектируемых конструкций количественно по установлен, для решения вопросов долговечности в рамках действующих правил проектирования за срок службы принят промежуток времени, п точение которого критерии прочности и устойчивости метода предельных состояний выполняются с учетом коррозионных потерь -

<3К < в .где ( 2 )

Г? - расчетное сопротивление стали, (5^ - напряжение в элементе, определяемое по расчетнону усилию в нем и площади поперечного сечения, которое он будет иметь на момент обследования или к установленному сроку эксплуатации.

Если поверхностная коррозия не создает концентратороь напряжений, то для расчетов принимается, что величина коррозионных поторь распределена равномерно пй всему периметру поперочного сечения элемента.

Для элементом открытого и закрытого профиля с постоянной толщиной стенки (раонсбокие и каравнобокие уголки, трубы, стержни, Флсомкн, эломоиги многогранного сечения из листовой стлли и т.п.) длнуокпотоя Сц определять по формуле

(V ~ -- - - -----------¡ --г- , где ( 3 )

. А КгКа-Кп(Т)

К

С" - расчетное суммарное напряжение баз учета коррозионных

потерь; К - толщина стенки поперечного сечения элемента К, - коэффициент, учитывающий расположение расчетного сечения элемента конструкции над поверхностью земли; К^ - коэффициент, учитывающий количество корродирующих поверхностей профиля. Для элементов открытого профиля и ногерметизированных элементов закрытого профиля, подвергающихся коррозионному износу с двух сторон, Кц = 2; для герметизированных элементов закрытого профиля, подвергающихся коррозионному износу с одной ' стороны, = 1< Обобщение результатов контроля , коррозионных потерь позволило выявить различие скоростей коррозии по высоте конструкции. При оценке долговечности элементов, для которых коррозионные потери определены путем прямых инструментальных измерений, в расчете используются результаты статистической обработки этих данных. В этом случае К^ = 1. При выборочном измерении коррозионных потерь на высоте от. 0,5 до 2,0 метров значение коэффициента К^ рекомендуется принимать в соответствии с таблицей.

Агрессивность среди по СНиП 2.03.11-85 Высота расположения расчетного сечения, м

0.0 - 0.5 0.5 - 2.0 выше 2.0

слабоагрессивная 1.5 1.0 0.9

1.7 1.0 0.9

средне-агрессивная 1.6 1.0 1.0

1.7 1.0 1.0

В числителе приведены значения для свободной поверхности элемента , в знаменателе - для узловых соединений.

Срок служби элемента конструкции в конкретных условиях, в точониа которого не будет нарушено неравенство ( 2 с учетом формулы ( 3 ) вычисляется следующем образом

Отметим, что величина Т одновременно отражает воздействия разной природы - нагрузки и коррозии. Сроки службы элементов являются физической величиной и должны использоваться как конструктивный показатель. Их' следует трактовать не как абсолютное значение, а использовать для сравнения между собой при-проектировании.

Определение нормативной• надежности представляет собой технико - экономическую проблему. Минимальный вес не является признаком оптимальности конструкций. Оптимальной можно считать конструкцию, показатели долговечности элементов которой близки между собой. ' Особенностью металлических опор ВЛ, являются запасы' прочности, обусловленные спецификой .решетчатых конструкций, дискретностью прокатного профиля, а также использованием унифицированных конструкций.

Использование показателя "срок службы" иллюстрируется на примере вычисления его для опоры 1П220-2 при М = ЗОмкм/год, П.= О.в. Расчетные напряжения в элементах определялись ■ по программам, применяемым при проектировании опор новой унификации. Анализ совокупности полученных показателей показывает, что разброс значений составляет 250 лет. Срок службы от 1 до 50 лет имеют 43% элементов, 38% элементов имеют срок службы, превышающий 100 лет, т.е. эти элементы будут соответствовать требованиям норм по прочности без дополнительных мероприятий по защите от коррозии.

Рануировачие элементов по предложенному показателю позво-ляот определять необходимый уровень 'защиты для всех, элементов.

Назначение мероприятий по обеспечению надежности конструкций производится с учетом ограничений, накладываемых технологией изготовления, организацией строительства и эксплуатацией опор Выделение элементов с низким сроком службы служит основанием для пересмотра конструктивных решений с целью выравнивания показателей долговечности элементов опор ВЛ.

Для анализа коррозионной стойкости опор ВЛ, эксплуатируемых в средах разной агрессивности, по аналогии с коэффициентом запаса введен показатель - коррозионной стойкости К-[-= R к » который может быть определен для любого этапа жизненного цикла конструкции. Использование показателя позволяет по единому методологическому принципу довести процесс проектирования до анализа средств защиты от коррозии.

Расчеты показателей К f для всех элементов конструкций выполнены для анкерно-угловых и промежуточных унифицированных башенных металлических опор ВЛ напряжением 110 и 220 кВ. Расчетные напряжения в элементах опор определялись по программам, используемым при проектировании конструкций, проектные значения = 0) для опоры У110-4Н распределены по интервалам следующим образом: 1< Kf<2 - 31.7Х элементов, 2< K-j <3 - 31.7Х; 3< Кт<4 - 14.6Х ; 4< Кт<5 - 7.3Х ; Кт >5 - 13.2Х .

Учет коррозионного износа в среде, эмпирические коэффициенты спорости коррозии » которой М ~ 30мкм/год, |г = 0.8, показывает , что уже через 10 дет БХ элементов не удовлетворяют критерию коррозионной стойкости (2). К 50-летнему сроку эксплуатации их число достигает 20Х. Увеличение количества элементов в интервале Кт <1 происходит за счет элементов нэ интервала 1< Кт<2 . Аналогичная тенденция наблюдается и для сред, в которых М = 12мкм/год, г\.= 0.6. Причем к 50-летнему сроку перестает удовлетворять критерию коррозионной стойкости

только 5Х элементов.

Таким образом, через 50 лет эксплуатации конструкций без защитных покрытий будут удовлетворять требованиям норм по прочности и устойчивости в слабоагрессивных средах до 95%, а в среднеагрессивных средах до 60% элементов. Этот факт является основанием для дифференцированного подхода к назначению средств защиты от коррозии, т.е. повышению коррозионной стойкости, в первую очередь, элементов, лимитирующих долговечность конструкций за счет конструктивных решений и использования защитных покрытий.

Разработанный комплекс программ позволяет определять площадь поверхности и массу элементов, требующих повышения коррозионной стойкости в средах,коррозионные потери для которых выражены через эмпирические коэффициенты М и п. в формуле (1>.

Идея дифференцированной защиты может быть реализована за счет нанесения цинкового покрытия только на выделенные элементы или за счет увеличения их толщины. Использование дифференцированной защиты слабейших элементов путем нанесения цинкового покрытия показано на примере опор У110-4Н, У220-2, П220-2.

Для условий эксплуатации, в которых эмпирические коэффициенты зависимости коррозионных потерь от времени имеют значения М= 12мкм/год, П = 0.6, для защиты от коррозии необходимо использовать 2.4- 14.7% массы цинка, требуемой для защиты всей конструкции. Для условий эксплуатации, в которых М ='30мкм/год, П. = 0. В, эта величина составит 14.1-32.5%.

Сравнение вариантов Обеспечения долговечности показывает, что защита лакокрасочными материалами конструкций при сооружении в 3 раза дешевле стоимости нанесения цинкового покрытия, однако, при 6-7 кратном возобновлении покрытия, суммарная стоимость защиты на 20-25*5 превышает первоначальные затраты

"—.

на оцинковку конструкций.

Предложено обеспечивать коррозионную стойкость элементов конструкций на этапе проектирования путем увеличения поперечного сечения слабейших элементов на шаг градации сортамента с последующей проверкой коррозионной стойкости элемента на заданный срок службы.

Результаты расчета массы и стоимости дополнительного металла показывают, что для достижения требуемой коррозионной стойкбсти в условиях, где скорость коррозии характеризуется эмпирическими коэффициентами М = 12мкм/год, Л. = 0.6, необходимо увеличить массу опор на 0.3-1.8%; при И= ЗОмкм/год, П = 0.3 увеличение массы опоры составит 2-3.6*. Сравнение затрат на обеспечение долговечности в рамках дифференцированного подхода показывает, что использование цинкового покрытия в три раза превышает стоимость защиты конструкции путем увеличения расхода металла. Предлагаемый дифференцированный подход к обеспечению долговечности конструкций, реализуемый путем увеличения расхода металла, дает 10-15 кратную экономию по сравнению со стоимостью защиты от коррозии при помощи полной оцинковки конструкций, требование которой заложено в действующие нормы. Предложенный способ увеличения коррозионной стойкости при.проектировании не требует изменения технологии изготовления конструкций и развития цинковальных мощностей.

Внедрение такого подхода позволит снять требование периодического возобновления лакокрасочных покрытий в полевых условиях в процессе эксплуатации, а это сэкономит затраты непроизводительного труда.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработана методика диагностирования технического состояния металлических элементов опор ВЛ, оснс-чанная на инструментальных измерениях, коррозионных потерь на конструкциях в полевых условиях с помощью прибора, контролирующего толщину профиля и шероховатость противолежащих /поверхностей (КТШ). Показано, что предложенная методика, учитывающая шероховатость поверхности и оценивающая износ с доверительной вероятностью 0,95 , позволяет получать значения коррозионных потерь, сопоставимые с результатами гравиметрических измерений. Это дает возможность использовать данные контроля для прогнозирования.

2. Проанализированы причины появления ошибок при проведении инструментальных измерений коррозионных потерь на эксплуатируемых конструкциях. Выполнено сравнение между собой возможностей приборов КТШ, измерительной скобы с индикатором и штангенциркуля. Выявлено, что предложенный ' метод контроля коррозионных потерь с помощью прибора КТШ позволяет: исключить перекос прибора за счет жесткого крепления к элементу;,учесть нерегулярность профиля поверхности за счет упорядоченности выборки, т.е. проведения измерений вдоль фиксированной трассы. Кроме того, контроль профиля на каждой стороне элемента позволяет выделить коррозионные повреждения на противолежащих поверхностях.

3. Выполнено обследование опор ВЛ, находящихся в длительной эксплуатации в Магаданской, Иркутской, Вологодской областях. Апробировано использование прибора КТШ на большом числе конструкций, собран статистический материал о коррозионных потерях в районах обследования. Проиллюстрировано, что измерение коррозионных потерь на элементах конструкций со сроками службы белее В - 10 лет повышает достоверность результатов прогнозирования.

4. Предложена форма представления результатов инструментального контроля элементов опор ВЛ, позволяющая определять значения эмпирических коэффициентов М и П. в формуле, связывающей нелинейной зависимостью величину коррозионных потерь элементов со временем эксплуатации конструкций. Эмпирические коэффициенты, установленные для районов обследования, использованы при оценке технического состояния опор ВЛ и в рекомендациях по их дальнейшей эксплуатации. Кроме того, они могут найти применение рри проектировании новых энергетических объектов. При отсутствии опыта длительной эксплуатации и данных натурных обследований значение эмпирического коэффициента рекомендуется принимать равным значениям скоростей атмосферной коррозии стали по картам коррозии.

5. Изменчивость коррозионных потерь по высоте опоры описана линейной ступенчатой функцией, параметры которой установлены с помощью коэффициентов в зависимости от агрессивности среды эксплуатации. Выявлена взаимосвязь между коррозионными потерями металлических элементов в - атмосферных условиях и уровнями загрязнения изоляторов, которую можно использовать для оценки коррозионного поведения конструкций в зонах с промышленным загрязнением атмосферы.

6. Разработана методика определения показателей долговечности металлических элементов с учетом силовлх воздействий и коррозионного износа во времени, позволяющая получать оценки коррозионной стойкости и решать задачи конкретного проектирования. Показано влияние коррозионных потерь на изменение вероятности безотказной работы элементов металлических опор ВЛ во времени, которое обуславливает необходимость учета срока их службы в условиях коррозионного

износа. Для районов обследования определены сроки службы конструкций и даны рекомендации по их дальнейшей эксплуатации.

7. Проанализировано изменение показателя коррозионной стойкости элементов опор ВЛ в зависимости от условий эксплуатации и показана целесообразность использования его при конкретном проектировании. Сопоставлены ' способы обеспечения коррозионной стойкости конструкций для различных условий эксплуатации. Для конкретных районов' показана целесообразность использования металла в качестве средства обеспечения долговечности опор ВЛ.

8. Результаты исследований использованы при составлении Ведомственных строительных норм " Лоррозионностойкиа конструкции металлических опор ВЛ и ОРУ подстанций. Методы обеспечения коррозионной стойкости", 1ЭЭ0г. » "Враменных методических указаний по ' обследованию ВЛ 35-750 кВ для оценки их технического состояния" 1990г.; а также при разработке "Ценника на предпроектныо работы для электросетевого строительства" Минэнерго СССР, 1990г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Романов П.И., Качановская Л.И., Чернова Т.В. "Контроль коррозионных дефектов металлических элементов опер ВЛ // Прогрессивные решения "в электросетевом строительстве. Сб. научных трудов "Энергосетьпроект", 1986.- С.105-112.

2. Качановская Л.И., Романов П.И., Голубев А.И. Оценка коррозионной стойкости стальных опор ВЛ в Тюменской области // Энергетическое строительство, N 12, 1988.- С.41-43.

3. Качановская Л.И., Чернова Т.В., Романов П.И. Защита от коррозии опор ВЛ в Магаданской области // Энергетическое строительство, N 7, 1989.- С.44-45.

4. Качановская Л.И. Прогнозирование долговечности металлических конструкций опор ЛЭП // Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания- "Разработка и внедрение новых материалов, конструкций и технологий для злектросетевого строительства" 30 мая - 1 июня 1989г., Новосибирск.-С.53-67.

Б. Качановская Л.И. , Чернова- Т.В., Романов П.И., Сотсков Ц.И., Голубев Л.И. Оценка технического состояния стальных опор ВЛ в промышленной зона г.Череповца // Антикоррбзионная защита строительных металлических конструкций / Сб. научных трудов

ч

ЦНИИПСК.- М.- 1990,- С.46-66. в. Качановская Л.И. Выбор системы антикоррозионной защиты стальных конструкций // Энергетическое строительство, N 11,

1990. -С.77-78.

7. рФманов П.И., Качановская Л.И., Чернова Т.В. Защита от коррозии металлических конструкций опор ВЛ // обзорная информация. Сер. Электрические сети и системы, вып.1 - М.: Информэнерго,

1991. - 50с,

Л