автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Оптимальная координация параметров механической части сельскохозяйственных воздушных линий 10 кВ

г э

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГГСИНЖЕНЕНШЙ УНИВЕРСИТЕТ

IIa правах руколяои БЕРЕЗНЕВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

ОПТШАЛЬНАЯ КООРДИНАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЧАСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ 10 кВ

Специальность 05.20.02 - Электрификация

сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада на ооискапив уч8ноЙ отейеня копдвдато технических наук

Саратов 1995

Работа выполнена в Саратовском государственной агроинженерном университете и Поволжском отделении Всесоюзного государственного проектно-изыскательского и научно-исследовательского института "Ссльэнвргопроект"

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

чиен-корресповдент Ророийокой Академии аграрного образования, доктор технических наук, профеооор Ерошенко Г.П.

Официальные оппоненты- Доктор технических наук, профессор

Шаткин А.Н.• - кавдидат технических наук, доцент Клеменц А.Б.

Ведущее предприятие - АООТ "Саратовэнарго"

Защита состоится "2? 995 г. в /2 чао. на засе-

дании диссертационного совета KI20.04.02 Саратовского государственного агроииженерного университета по адреоу: 410740, г.Саратов, ул.Советская, 60.

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомятся в библиотеке СГАУ. 4 •. '

Диссертация в виде научного доклада разослана

Учёный секретарь диссертационного совета доктор технических наук

доктир твхннчвикил ьнук, , «

професоор ¿{Ь-охоВолооввич Н.П,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕМЯШ РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ 'ГЕЛИ. Основой электроснабжения сельского хозяйства служа? воздушные линии электропередачи ^ВА), среди которых наибольшая доля приходится на ВЛ 10 кВ. Протяженность их уже составляет свыше I млн.км и продолжает расти.

На сооружение,- реконструкцию и эксплуатацию Ы1 10 кВ рзсхсг-дуются значительные ресурсы, что приводит к росту тарифов ка электроэнергию я повышению себестоимости сельскохозяйственной продукции. При этом большая часть ресурсов (до 70#) требуется на опоры, т.е. на механическую часть (МЧ) этих линий.

Вместе с тем аварии и отказы МЧ ВЛ 10 кВ вызывают примерно 30/? всех нарушений электроснабжения сельскохозяйственных потреба-талей, а наиболее уязвимым звеном являются промежуточные опоры ШО), повреждаемость которых составляет в среднем 2,5 опори в год на ЮО км ВЛ. К особо тяжелым последствиям для потребителей приводят массовые разрушения ВЛ при авариях в районах с тяжелыми климатическими условиями (с большим нагрузками от ветра и гололеда).

Так, например, в декабре 1993 года в результате гололедно-Ветровых аварий в электрических сетях АО "Саратовэнарго" было разрушено свыше 3000 опор и зафиксировано свыше ООО обрывов проводов ВЛ Ю кВ; было длительно отключено 167 населенных пунктов, а сум- • мерный ущерб потребителям от недоотпуска электроэнергии оценен в размере 8,7 млрщрублей (в ценах 1993 года).

Отмеченное свидетельствует о том, что в развитии электрификации сельского хозяйства возникла актуальная и сложная проблема обеспечения требуемой надежности МЧ ВЛ 10 кВ и экономного расходования ресурсов на-их сооружение, реконструкцию л эксплуатацию.

Уровни надежности и затраты в МЧ ВЛ зависят главным образом от параметров последней: длины пролета, длины и расчетного изгибающего момента (РИМ) стойки 110, глубины её заделки в грунте и др. Поэтому огним из наиболее радикальных способов решения назревшей проблемы является оптимальная координация параметров механической частя (МЧ) сельскохозяйственных ВЛ 10 кВ. Такое исследование отвечает теме 5.1 "ТЗО разработки параметрического ряда опор ЛЭП 0,4-35 кВ для различных природно-климатических условий применения в уровней надежности" Научно-технической программы Минтопэнерго Рф по повышению эц.С,ективнэсти электроснабжения потребителей в сельской местности. .

• ЦЬМЪ РАБОТЫ.

1. Обеспечение требуемой надежности МЧ сельскохозяйственных, ВЛ 10 кВ и оникение затрат на их соорукение, реконструкцию и эксплуатацию за очат огтимальной координации ШЧ М 10 кВ.

2. Снижение затрат рабочего времени проектировщиков и машинного времени ЭВМ на выполнение механических расчетов воздушных линий электропередачи, обеспечиватацих требуемую надежность их МЧ, путем совершенствования расчетных методов.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ.

1. Совершенствование методов механичеоких расчетов ВЛ за очет учета (фактических сочетаний скоростных напоров ветра и размеров отложений гололеда на проводах, влияния длины пролета на ветровую и гололедно-ветровую нагрузки, воспринимаемые проводами.

2. Разработка метода оптимальной координации ШЧ линий электропередачи и обоснование этих параметров на примере М 10 кВ Центральной зоны.

3. Создание номограмм, алгоритмов и программ для ЗШ, реализующих усовершенствованные расчетные методы и метод оптимальной координации ПМЧ ВЛ 10 кВ.

4. Производственная проверка разработанных и усовершенствованных методов и технико-экономическая оценка полученных от внедрения работы результатов.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ НАУЧНЫЕ МЕТОДЫ. Работа выполнена на ооновв системного подхода о использованием методов, математического анализа, математической ствтиотики, регрессионного анализа, оптимизации и уни^кации в технике, теоретической и практической номографии, математического моделирования о оозданием программ для ЭШ и широким проведением по ним расчетов.

НАУЧНАЯ ШБИЗНА. Новыми являются: - •

I) миогопараметричеокив и многокритериальные математические ' модели МЧ ВД 10 кВ, позволяющие находить наилучшие ШЧ при требуемой надежности электроснабжения потребителей ;

'¿) трансформация задачи многопараметрической оптимизации в задачу одномерного поиска путем использования метода оптимальной координации ПМЧ сельскохозяйственных ВД 10 кВ ;

3) метод механического расчета проводов, учитывающий влияние длины пролета ВЛ на ветровую и гололедно-ветровую нагрузки, воспринимаемые проводами ;

4) методика проверки подвески провода на штыревых изоляторах (ШИ) на воздействие вырывающей нагрузки и выбора технических решений по уменьшению или ликвидации этой нагрузки ;

о) метод графоаналитического раочета пересечений ВЛ, имеющих устройства плавки гололеда.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Метод оптимальной координации ПМЧ и предложенная структура критериального пространства обеспечивают выбор сиотемы параметров, дающей наименьшие затраты ресурсов при заданном норматива надежности МЧ Ш 10 кВ.

Обоснована система унисинировэнных типоразмеров железобетонных вибрированных стоек с РИМ 50 кН.м и длиной 10,5 и 11,5 м, а также о РКА 74 кН.м и длиной 12 и 13 м.

Установлено, что на ВЛ 10 кВ с повышенной надежностью МЧ целесообразно применять яалезобетонные центрифугированные стойки кольцевого сечения.

Выявлена целесообразность применения специальных изолированных проводов, позволяющих существенно уменьшить длину и сечение траверсы опоры, а следовательно, и металлоемкости линий.

Оптимизация ПМЧ по разработанному методу включена в стандарт предприятия АООТ "Институт Поволжсельэнергопроект" О'Ш 0936185.03- ' -93 "Основные технологические требования к разработке проектов воздушных линий электропередачи напряжением 10 кВ". Использование этого метода при проектировании йЛ 10 кВ с железобетонными опорами дает сняяение абсолютных показателей расхода на,1 км ВЛ основных ресурсов в среднем:

железобетона - на 2,3$ ;

трудозатрат - на 1,6$ ;

земли, отвсйягой под опоры - на 3,7$ ;

капитальных в ожений - на 1,4%.

Благодаря оптимизации параметров деревянных опор в пяти проектах ВЛ Ю кВ со сложными климатически;«] уславшим расход древесины снияен на 3,4$, а капитальные затраты - на 2,1%. Обеспечение при этой оптимизаци* нормативной надежности МЧ М исключило в течение прошедших 10-1I лет отказы ^разрушения опор) при гололедно-ветровых воздействиях. ' ;

Метэд механического расчета проводов снижает па Щ затраты рабочего времени проектировщиков и машинного времени ЭйМ на разра- | б о тку 1АЧ № 10 кВ. ¡;

Рекомендаций по проверке подвески провода на штыревых и золя- !' торах воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ на воз- ! действие вырывающей нагрузки приняты к использованию Ш1И и НИИ "Сельэнергоароект" и входят в Перечень информационных и мегсщичео- ¡' ких материалов по проектированию, строительству и эксплуатации се- • ' льскях электрических сетей. Гехническио решения по уменьшению или ликвидации вырывающей нагрузки на ВЛ 10 кВ о шИ по результатам око-плуатацаи линий АО "Саратовэнерго" исключили случаи орыва изоляторов оо штырей при низких температурах воздуха.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты работы , обсувдены и одобрены: на научных конференциях Саратовского государственного агроинженерного университета в 1384-19У5г.г., на научно-техническом оовето АООТ "Институт Иоволжсельэнергопроект" в 1995 г. .,

ПУЫШКАЦШ. Ооновное содержание работы отражено в 15 публикациях (общео чяоло публикаций автора - 26) общим объемом 7 печатных лиотов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Анализ методов обоснования параметров механической части ВЛ

Основы механической части Ш и методы обоснования её паркет-ров изложены в работах, Н.Д.Виноградова, А.А.Глазуиова и А.А.Глазунова, И.А.Будзко, М.С.Левина, О.П.Волосатова, В.В.Бургсдор^, Л.М.Кесельмана, К.Ц.Крюкова, А.И.Курносова, Е.П.Новгорэдцсва,А.Д. Бошняковича, В.В.Михайлова, Р.В.Шнелля, Р.Я.Федосвнко, Ф.С.Рамазана, А.И.Сулеева, Л.И.Долецкой, А.М.Айзена, Ю.А.Вакнштейна и других исследователей.

В работах по обоснованию ПМЧ оптимизационные задачи поставлены в основном как однопараметри чески е и однокритериальные. В качества оптимизируемого параметра в них выступают длина пролета ВЛ, высота • промежуточной опоры, длина железобетонной стойки а её РШ, а в качестве критерия выбора - капитальные и приведенные затраты на сооружение одного километра ВЛ, среднегодовые приведенные затраты на 100 км ВЛ. с включением в состав издержек стоимости ремонта ВЛ и . ущерба потребителям вследствие отказов элементов ВЛ под воздействием сверхрасчетных нагрузок, общая длина всех стоек, размещенных • на расчетном участке (мевду двумя сложными двухотоечными опорами).

Такая постановка задач позволяла существенно упрэшать математические модели, не учитывать в явном виде сановное уравнение состояния провода, отражающее зависимость напряжения в проводе или стрелы провеса провода в габаритном режиме (при наибольшем провеое) от длины пролета, в одних из них или же ограничение по несущей способности опоры (стойки) - в других моделях. Благодаря этому задачи достаточно легко решались аналитически, иногда не прибегая даже к использованию ЭМ. Шесте с тем неучет отмеченных ограничений придавал получаемым решениям в той или иной мере характер приближенных оценок.

Следствием рассмотренных подходов к оптимизации 1МЧ сельскохозяйственных Вй 10 кВ является то, что в рабочих чертежах железобетонных опор серии 3.407.1-143 каждая система ШЧ, основанная га типоразмере отоек по РИМ, содержит только один типоразмер и по длине стойки. Это приводит к тому , что в X и II районах климатических условий (РКУ) по- гололеду не полностью используется несущая способность опор, так ка;: принятая длина стойки на скоординирована о РШ

л не позволяет увеличить длины пролетов до ветровых, определяемых прочностью стойки при заданном нормативе надеанооти ¡ЛЧ ВЛ. 3 итоге неоправданно увеличиваются материало- и трудоемкость сооружения ВЛ 10 кВ в этих РКУ.

Исследования и ьрактачаский опыт свидетельствуют о том, что одной из основных причин низкого уровня надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей является недостаточный уровень надежности МЧ М 10 кВ в районах с тяжелыми климатическими условиями. Применение традиционных средств и способов повышения надежности электроснабжения [1] , используемых при одиночных отказах, в таких районах оказывается недостаточно эффективным. Резкое онлжение аварийности этих линий в гололедно-ветровых ситуациях может быть достигнуто только при комплексном использовании средств усиления механической'прочности БД и применения автоматической плавки гололеда.

Обеспечение требуемой надежности 1ЛЧ ВЛ 10 кВ и экономии затрачиваемых на неё ресурсов вызывает необходимость многопараметрической и многокритериальной постановки задачи оптимизации ПМЧ на более совершенной методической основе с обязательным учетом в явном виде всех существенных ограничений, влияющих на результат оптимизации, а также совершенствования методов механичеоких расчетов ВЛ.

2. Общая методика исследований

2.1. Поотроение математической модели объекта исследования.

Исследуемая система как срадотво достижения поставленной цели представляет собой совокупность сельскохозяйственных ВД 10 кВ.

Неоднородность этой совокупности поровдаетоя неоднородностью внешней географической среды, воздействующей на сиотему. Воздействие воздушной орады определяет метеорологические условия, а почвенной среды - геологические условия трассы ВЛ. .

Основными характеристиками метеорологических условий являются:

РКУ по ветпу ; „

РКУ по гололеду.

Многообразие геологических условий в практике проектирования ВЛ 10 кВ учитывается разбиением почвенной среды на две подоистемы:

нормальные грунту ;

слабые грунты.

Для адекватного отражения отношений исследуемой системы с внешней средой необходимо разбить всю совокупность ВЯ на подсистемы, каждая из которых вдентирщируетоя сочетанием воздействующих факторов, а'именно: РКУ по гололеду ; РКУ по ветру ; тип грунтов. Число таких сочетаний, а следовательно, и подсистем конечно.

"Физический" (например, протяженность Ш1) размер кавдой из подсистем неопределим. Объект же исследования (ОН) должен быть коне чным, в меру возможности и целесообразности упрощенным, достаточно легко адаптируемым, но в то жв время наиболее адекватно отражать отношения с подсистемой и внешней средой. Перечисленным критериям в достаточной маре удовлетворяет такой ОИ как один километр ВЯ, выделенный в кавдой из подоистем.

Механическая часть ОИ как система разбивается на две подсистемы : сложных и промежуточных опор. Исследуемая подсистема промежуточных опор состоит из Л^ (чиола) одинаковых опор, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. (Это упрощение, принятое и вполне корректное для модели, обычно реализуется и на практике) .

Каздая НО состоит из двух элементов:- стойки (с заземляющим выпуском, если она железобетонная) и траверсы лс узлом крепления её к стойке).

Структура подсистемы йромежуточных опор была приведена выше. В качестве отношения между её элементами выступает длина пролета /. Графическое представление структуры системы "промежуточная опора"

Рис.1. Параметры системы "промежуточная опора" :

Нг , Л« - соответственно расчетный и нормативный габарит в середине пролета ;

}м - габаритная стрела провеса провода ;

Лсг , , Ь3 - соответственно длина стойки ¿0, изоляционная высота, глубина заделки опоры в грунте ; й - расстояние'между проводами по условиям их сближения в пролете.

дано на риса.

В этой системе отношения между элементаг.ж установлены нормами ПУ^-вб :

К* Кт + Ьи - К К ;

о,75/„.

Неопределенность исходных данных для всей совокупности ВД,. обусловленная многообразием воздействий на неё внешней географической среды, может быть снята решением поставленной задачи для каждой из сформированных ранее подсистем.

Сечение проводов определяется решением оптимизационной задачи в процессе электрического (технико-экономического) расчета конкретной Ж. В соответствии'с действующими нормативными документами на сельскохозяйственных ВЛ 10 кВ применяют провода АС 50/8,0; АС 70/11 и АС 95/16.

Главным проявлением неопределенности являются постоянные изменения экономических показателей (цен на оборудование, сырье и материалы, заработной платы, ситуации на рынке капитала). Эти изменения делают невозможным использование приведенных затрат в качестве общепринятого критерия экономической эффективности.

Преодолеть эту неопределенность помогают оценки оптимальнооти технических систем по абсолютным показателям основных- ресуроов, затрачиваемых на их ооздание. 'Гамма реоуроами в нашей задача являются :

1) бетон тяжелый, приведенный к ВЗО ;

2) сталь на опоры Iвключая затраты арматурной отели на железобетонные стойки и конструкционной стали на траверсы), приведенная к Ст.З ;

3) трудозатраты на развозку по трасое,'оборку и установку промежуточных опор ;

4) земля, отводимая под опоры.

: Предложенная система критериев являетоя максимально гибкой. ' Кавдый из них может быть принят (при соответовующей установке) в качестве целевого, а остальные отнеоены к ограничениям.

В любой ситуации, существующей во внешней среде, могут быть иэвеатны (а пр необходимости я спрогнозированы) стоимоотнне оценке единицы кавдого яг ресурсов. Тогда может быть сформирован комплексный аддитивный критерий стоимостной оценка ОИ :

где С( - стоимостная оценка I -го реоуроа.

Возьмем в качеотве независимого параметра (Ж длину пролета / [2 ] , предаагая непрерывность пооледнай. В этом случае затраты /-го реоуроа ¿в{ на одну НО явяяютоя монотонно возрастающей функцией переменной I , число промежуточных опор Н0 на I км ВЛ - монотонно убывающей фикцией. Тогда функция затрат ресурса на вое НО, установленные на I км ВЛ, будет унимодальной.

(3)

имеющей единственную точку 1д минимума . Следовательно, за-виоимости (3) могут быть попользованы в качеотво критериев оптимальности в (при целесообразности) вместо о критерием (.2) будут являться выходами оптимизационной модели.

Система определенных (фиксированных) факторов воздействия внешней географической среды опиоана ранее. Дополнив её неопределёнными факторами рыночной среды, получим систему входов, приведенную в табл.1.

Таблица I

Природа фактора

Учитываемый показатель - вход модели

Внутренние факторы ВЛ

логическое условия

трассы

Геологические условия трассы ВЛ

Номинальное напряженна Сечение провода

РКГ по гололеду

РНУ по ветру

Нормальные грунты - Нзн

Слабые грунты - Нз е

Рыночная среда

I -й

реоуро Существующая оценка - С^ Прогнозируемая динамика среди

Рассмотрим систему ШЧ сельскохозяйственных ВЛ 10 кВ о железобетонными опорами. Ооновнывд параметрами отойке являются длина

Нсг и РШ ОТОЁКЯ

Ы .параметрами траверсы

ТР

2й

длина траверсы.

(4)

в соответствующее сечение, определяемое из расчета ее в нормальном и аварийном режиме С с1к - конструктивная длина для монтажа штырей), Параметрами опоры в'целом являются А3 и выоота подваоа проводов ' = Иг + ; параметром ОМ являетоя длина пролета / ,

Из этой системы параметров в качестве независимых целесообраз-

но при,—нять

/

и и,

[ 3 ] , причем первый является непрерывной

величиной, а второй - дискретной из-за дискретности числа и диаметра отерашей арматуры. Ориентируясь на существующие опалубочные £орми стоек (кассет для вх изготовления), получим дискретный ряд Мр (образующий геометрическую прогрессию с знаменателем 1,40..Л,46), приведенный в табл.2.

Таблица 2

Число и диаметр стержней, шт. х мм ; Клесо арматурной стали Раочатний момент, кН.м Глубина заделки опора, м

* ■■ - . • нормаль- 1Ш6 грунты слабив грунты

4 * Ю' . ^ Ат - У1 ■¿а . 2,0 2,5

4 х 12 ' ; Ат - У1 зь 2.0 2,5

4 х 14 Ат - П оО 2,0 2,5

, 6 х 14 Ат - У 74 2,5 3,0

б х 12 « -4 х 12 Ат - У 107 2,5 3,0

В табл. 2 указаны также (соответовущие полученным типоразмерам стоек по Йр ) значения. Н^ по данным серии 3.407,1-143, В математическую модель 011 включаем :

целевые дикции (3) и, при возможности, (2) , которые необходимо минимизировать. ' , -ограничивающие условия (I), 14) ; ограничивающие условия "',„.

л, * И,

«О «

Л

;

15)

у ч ^

гдет НА - допустимая глуби на заделки опори в грунте по нвоущой . опосабности и по де^орьяцвям ; М„ - опрокидывающий момент отоййи опори в расчетном оичоияи на уровне земли определяется в ооответот-вй* о 11УЭ-86 и отвцдартом СШ-1-В2 инотитута "Ьельэнергопроеа*" }

fN a Y ( l ) - видоизмененное ооновнов уравнение ооотояния прово-. да i4 ] ';

систему ПМЧ ВЛ ;

конечное множество сочетаний воздействующих факторов среди.

Из обоснования п построения модели следует, что оиа в достаточной мере является системным и адекватным отображением оригинала (ОИ)'. Решаемая задача поставлена как многопарамотрпческая и многокритериальная о нелинейными ограничениями 15).

2е2. Использование магода оптимальной координации параметров

Специслка реиасмой оптимизационной задача п взаимозависимость ШЧ, вклвчепная а математическуо модель, давт возможность свести задачу многопараметраческой оптимизации к задаче одномерного поиска. Такая трансформация задачи била уопашно реализована при оптимизация ПМЧ ВП Ю кВ на деревянных целыюсгоэтшх опорах о травероой [з ]. Достигается это попользована®,! метода оптакальной координация параметров по слсдукцсму алгоритм. ■

. I» Пришила ем 1-а оочетанпо факторов согласно табл.1 и первое зкачанао из иабл%2»

2. йадашлол начальным значением длина пролета и. 3«, Оозщеотиляем шаги по / : 1 =*/„ + &1 , где &i » 5а.

4. IIa иавдоы ваге выполняем раочвг:

4.1» прапедтшг tarpyaos aposoaoD ; .'

4.2. габаритной огрела провеса провода ;

4.3. шеотм водвсоа вроводоз h„ + ;

4.4. длвш ?равврси ВГр а ев сачвнвя ;' .4.8, ыасси tpasepea (металза) {

<1,6. опрокгднвйвэдго мойзнга опора й0 . ■■

• Б.' Но дашш двух асоледщх шгов лвпводгой якевраояяцпаа нахо-деи значаща 1р , npä торса U0 » Мр (вернво, чуть меньше). .

6. Шчисллсм дакну стойка hCT~ hn + hj - h„ . где звдаат-оя в вехадшх даши: задзча» ' ' ' \

Шчаоляел затрагц ресурсов на одну стойку в НО в целом / . .

5, НвхвдвмЧасло промехугочных опор в ОИ (на I к» ЙЯ) ; , 01

ш 1000 kCQ / ( кя 4 ) ; (б)

гдг: - коз^фищг BHt, упвтывэющйй палачяа сложных опор ; /( - коэ£-йгидонт пролатноатк, учитывать уионьшепяв пролета по сравнению о

расчетным из-за неровностей рельефа и некратнооти анкерных в расчетных пролетов.

: lia основе данных исследований, выполненных институтом "Сель^ зноргопроект", получены формула : '

к„ = 0,94 - 0,00072 lfi }

ксо = I- 0,0005^¿„/р ,

где; Мс - количество сложных опор на I км ВД определяется со статистическим данным проектов Ш, 10 кВ.

9. Вычисляем значения критериев 3¿t .

10, Выполняем действия по пп. 4...9 для оотальных значений Мр.

11. Раочет для 1-го оочеташш факторов закончен.

В результате такого расчета получаем оостсму оптимально скоординированных параметров для данного оочатания входных факторов.

Действительно, получено токов значение 1р , которое оовпадавт (о точноотью до I м) о значениями габаритного а ветрового пролотов опоры, т.е. полностью скоординированы (используются) дли ¡¡a kÇT и несущая способность Мр стойки. Значению точно соответствует знйчвние fH , по которому определили значение d '% а затем оптимальную (минимально необходимую) длину траверов DrP , Но значению d и нагрузок, действующих но траварау при длине пролета Jfi, иоииш оптимальное (по шшшалышму расходу металла на траверсу) сечение трзварсц,'В итога оказались оптимально скоординированными параметры траверсы и стойки, а также пролет 1р .

12. "Проигрываем" на модели следующие сочетания факторов до полного их исчерпания.

13. а итого всех расчетов получаем для каадого оочатаиая входных ректоров зависимости 3¡t .от Мр, ' . .

14. Сформировано крптериалыюе проотранотво, в котором лицо, принимающее решение (ЛГ1Р), осуществляет шбор наилучшей оиотеми ' ПМЧ wl 10 кВ для своих сочетаний входных факторов, руководотвуяоь овоим критерием предпочтения.

2.3. Учат уш1(увкации пролетов ВЛ 10 кВ.

Унификация пролетов в данном РКУ увеличивает первоначальные затраты ресурсов в МЧ ВЛ, ко сникает затраты на реконструкцию линий. Как показано в [ 5 I , унификация пролетов М 10 кВ выгодна в условиях Центральной зоны прй расчетной сроке реконструкции ' X « 14 лет.

В [б ] получено значение нивнйй граница целесообразного срока реконструкции сельскохозяйственных М Ю яВ лет. Позднее Нордам технологического проектирования электрических сетей сельскохозяйственного назначения йИПС-88) уотановлеяо для линий электропередачп значение Т=1й лег,

Следовательно, обоснование рациональной сеотейы ПМЧ Е1 10 кВ необходимо выполнять с учетом унификации пролег оз. При этом в' 1...1У РКУ по гололеду предусматривалась унификация пролетов для проводов АС 50/8,0 и АС 70/11, а в оооЗшг для проводов ¿С 70 /И и АС 95/16.

Учет унификация пг>м-гтоз практппгсгл ссутгствлялся оледушим образом (см. п.2.2). Для соогватствуэдзй пара проводов находила наибольшей значешзо габаритной стрела йровтеа ? , по которому вычисляли необходимую вжзоту аодваоа проводов пп. По значениям Ип и приведение: нагрузок 'йроэсда большего сочешш определяли •опроюадцягдай ксавст ссора Другие параметры находили так, как это изложено а в»3

и*Аъ Учат ограничения по надежности МЧ ВЛ 10 пВ.

В кзгематяческую модель Ой ограничения по надежности включена в виде условий (5), учатнваэдих, что надежность ВЛ зависит от прочности проводов! опор а заделки опор в грунта. Максимальные усилий в,этих элементах возникают'в большинства случаев от действия взтровых п гололедных нагрузок.

В соответствии с нормативными документами расчет проводов выполняется по методу допускаемых напряжений, о опор - по методу предельных состояний. В основу расчета берутся значения нормативных нагрузок, определяемых для ВЛ 10 кВ исходя ля вх повторяемости I рзз в Ю лат. Потеря прочнооти (отаренпе) и разрушение строительных конструкций под воздействием сверхрасчетных нагрузок п этих методах не рассматриваются.

■ Поэтому выполнение условий (а) гарантирует "нормативную" (в смысле - установленную нормативными документами для обычных ВЛ и питающихся по ним потребителей) надежность МЧ.

Повышенная надеглшоть МЧ требуется для iül, питающих потребителей I и П категорий (животноводческие комплексы, ^ермы, птицефабрики), а также для линий с тяжелыми климатическими условия:«!. Согласно решению Департамента электрических сетей РАО "^сС России" от 23.01.У5 й II-Ü2-I климатические условия считаются тяжелыми, если отношение величины воздействия с повторяемостью I раз в '¿6 лат к величине воздействия с повторяемостью I раз в 10 лет превышает 1,26 для ветровой нагрузки без гололеда или 1,6 для ветровой нагрузки при гололеде, или 1,6 для веса гололеда. При меньших отношениях условия считаются обычными. Требуемая V"повышенная" в соответствии со сказанным выше или установленная'требованиями заказчика ВЛ) надежность МЧ.обеспечивается соответствующим выбором параметров опоры (типоразмера стойки) и сокращением длины пролета со значения 1р (скоординированного с М^) до значения 1Р^ПН) . скоординированного со значением опрокидывающего момента .опоры BJ1 о повышенной надежностью МЧ:

. Мо(Ш) «р ¡кЛн >

где; кпи - коэффициент повышения надежности МЧ ВЛ. Значению соответствует обычная (нормативная) надежность МЧ М л для этого значения в п.2,2 получены системы оптимально скоординированных параметров»

Полученные параметры опор (для А =1,0) оставляем неизменными (с целью унификации), а варьируем только 1р . Задаваясь значениями кп -1,0...1,6 (при необходимости диапазон может бить расширен), находим ооответсвующие длины пролотоп 1р(пн) и значения критериев Зц для всех сочетаний воздействующих факторов» В итоге этих расчетов формируется критериальное пространство для выбора рациональных параметров ВЛ 10 кВ о повышонпой нодеяноотыз МЧ.

РИМ стоек в табл.2 даны на расстоянии от комля, равным глубине заделки опоры h3 /у а нормальных грунтах. При установке опор в олабых грунтах учитывалось соответовующее hQ уменьшение 8 начиняй Мр. , • . ,

2.5. Выбор оптимального варианта.

3 условиях многокритервальностя и неопределенности рыночной ореды полная нормализация лыбора оптимального варианта по заранее предложенным критериям предпочтения одних систем ШАЧ Bit 10 кВ перед другими, на наш взг.чад, нецелесообразна. Критерий предпочтения в этих условиях долаен иэрмулировать MP.

Наша же задача заключается з получении оптимального решения по кавдому из четырех объективных критериев (3), т.е'. в общем случае четырех решений.

Имея эти решения, лЛР может, например, сформировать в существующей ситуации (на обозримом для ЛИР уровне) комплексный аддитивный критерий (2), либо другой мультипликативный критерий и по ному выбрать единственное оптимальное решение.

При невозможности этого рекомендуется JiilP использовать метод доминирующих факторов. Причем в нашем случае этот метод можно попользовать напрямую, так как всего пять вариантов (по М ) и четыре объективных критерия, m каздому из которых определены наилучшие системы Н.УЧ и получены значения всех критериев для других систем (рис.2).

1Н0 я

© ©

п1 YM.-V. fiJ

По -m ft

Рис.2.

Зависимости^ от

ria рис.

¡Лр для сочетания воздействующих факторов среды -Ш РКУ по ветру, 1У РКУ по гололеду, нормальные грунты

(¿л* =1,0) :

1 Ф - бетон тяяелый ;

2 (§) - сталь па опоры ;

3 ф - трудозатраты ;

4 (4) - земля, отводимая

под опора.

2S JS Я кНп П КГ

2 показаны кусочно-линейные зависимости критериев

3(f. от РШ стойка , помечены оптимальные значения каждого кри-

терия.

ш.

■ Пусть доминирующим фактором в функции выбора (2) ЛПР признан критерий I. Тогда для окончательного убевдения или'усомнения в правильности выбора ЯП? должен оценить размеры уступок ДЗ2, ДЗ^

по критериям 2,4 с учетом сведений о "весовых" коэффициентах С^ етих критериев в функции (2). Возможно, что будет достаточной оце- | нка в процентах от соответствующего оптимального значения

I -го критерия.

I

3. Совершенствование методов механических !

расчетов воздушных линий электропередачи 1

Совершенствование расчетных методов осуществлялось как с целью снижения затрат рабочего временя проектировщиков и машинного ' времени ЭВМ, так и для обеспечения требуемой надежности МЧ Ш. Достижению второй цели способствовали: учет фактических сочетаний скоростных шпоров ветра и размеров отложений гололеда на проводах, зависимости ветровой нагрузки на провода от длины пролета; проверка габаритов пересечений М, имеющих устройства плавки гололеда; проверка подвески провода на штыревых изоляторах на воздействие вырывающей нагрузки. Кроме того, методы приспосабливались для включения их в единый программный комплекс, реализующий решение задачи оптимальной координации ШЧ сельскохозяйственных ВД 10 кВ.

3.1'. Аналитический метод определения габаритного пролета воздушных линий электропередачи

Предложен и обоонован теоретически [7 ] метод определения габаритного пролета ВД:__ •

, 1Г « У1В + 4АС)/(2А); (7)

где: / - приведенная нагрузка провода в исходной режиме, даН В - модуль Юнга (модуль продольной упругости), даН/ым ;

габаритная стрела провеса провода, и ; ^ - приведенная нагрузка в режиме максимального провисания провода, даНДм.мы^) ; , Ье~ допускаемое напряжение в низшей точке провода в аоходноы ре-вимо, да11/мм2 | <Х - температурный коэффициент линейного удли-

нг'шя, град. " ; / - ; ере тура в реки,-не максимального провя-

I?.

сания провода, °С ; fg- температура исходного режима ,

Полагая последовательно в качестве исходных режимы наибольшей нагрузки, низшей и среднегодовой теглператуш, по формулам (7) и (3) вычисляем соответствующие пролеты ¡r(h), / и ¡r(3) в предположении, что fr будет при высшей температуре воздуха. Затем находим пролеты l"rW , ^ в 1Г(3) , исходя из того, что fr будет при гололеда без вотра.

Искомый габаритный пролет М определяется как:

_ 1г С» QJrm > См > Q' (9)

В случае с разными уровнями точек подвески (ТП) провода (рио.З) максимальное значение провеса определяется по формуле: .

У — С А + 4 / )2 /ÍI6?), (10)

(У S . , -

где: А - разность выоот ТП провода на опорах I п 2, м ; f - стрела провеса провода в середине пролета, м.

Рис.3. К определению координат любой точки провода относительно начала, принятого в верхней точке подвеса:

У - провес провода в любой точке X г I ~ длина пролета.

Зная высоту ТП провода на опора I и допустимый минимальный габарит от провода до земли, вычисляем допустимую величину провеоа У0 . Из уравнения (IÜ) определяем габаритную стрелу провеса / .

Далее выполняем аналитический расчет габаритного пролета, ограничиваемого опорами с разными высотами ТП провода,так, как это изложено выше.

Использование этого метода институтом "Поволжсельэнаргопроокт'1 позволяло снизить в среднем на 5% затраты машинного временя ЭВМ в рабочего временя проектировщиков на разработку МЧ М 10-110 кВ.

\

• 3.2. Метод механического расчета проводов воздушных линяй электропередачи

Для заданных длины пролета, марки провода и РКУ вычисляем приведенные нагрузки лровода , принимая во внимание коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку, воспринимаемую проводами ВИ. 2

Используя зависимость / - % I /18 б ), можно записать уравнение состояния провода в следующем виде [4 1 :

т ^ = ОС £ +с^/Г« - ^ ^ «с^; - ^ ] , (II)

где величины / и / соответствуют искомому состоянию

провода.

Величина, зависящая от параметров исходного режима (Г,,, ^ ),

- /в + «5, Д«£ ) - Д24 « ) 112)

имеет размерность [ ] = град, и может быть названа фиктивной температурой.

С учетом выражения (12) уравнение (II) приводится к веду:

, аз)

Выражение (13) является приведенным кубическим уравнением а реаается. относительно / аналитически. Из теоремы Виета следует, что только один из трех корней будет иметь действительное положительное решение. Исходным для денного пролета является режим, соответствующий минимальному значению .

Наибольшая стрела провеса в середине пролета заданной длины

опРОД3^6™ как большее из значений действительных положительных решений уравнений (13) для двух режимов ( % , / ): выошей температуры воздуха и гололеда без ветра.

Для расчета габаритного пролета промежуточной опоры /г принимаем начальное значение длины пролета 1Н (заведомо маньпз длины габаритного пролета), для которого последовательно определяем ' ' * иоходны® режим, , Затем выполняем те же раочаты для следующего значения I - 1И + , где &1 - величина шага приращения длины. Этот процесо продолжаем до тех пор, пока не но- . лучим > ?г .

Искомое значения lr формулу:

находим, используя интерполяционную гП

(14)

параметры значениям

а

Величина шага

П

!г-а1г

которой определяются по соответствующим двух последних шагов.

зависит от требуемой точности расчета значения 1Г . При достаточно малом шаге значение Л близко к 2.

Метод механического расчета проводов ВД [ 4 ] реализован в виде программного комплекса для персональной ЭВМ класса 1Ш РО/ЛТ в среде табличного процессора $ирегСа{с 4 . На осуществление одного шага затрачивается в среднем чуть более I с. чистого времени расчета.

.Иллюстрируют предложенный метод зависимости на ряс.4, полученные прц расчете ЗД. 1X0 кБ с проводом АС 120/19.

', 'Рис. 4. Зависимости фиктивной температуры от длины пролета : I - в расчетном режиме наибольшей нагрузки ; 2 - в режима низшей температуры ; 3 - в режиме среднегодовой ; температуры.

reo 'с

-юс

'ИЗ

<v }

£

ч >

(ii ш fi0 lf3 *so " ' 1

3.3. Графоаналитический расчет пересечений ВЛ, имеющих устройства плавки гололеда

Допустимый ток плавка гололеда выбирается исходя из нагрева провода, свободного от гололеда. При нагреве до £0-!20°С стрелы провеса проводов существенно увеличиваются. Это вызывает нвобходи- . мость проверки габаритов пряблизакоя проводов Ш к земле я пересекаемым сооружениям.

. Величины напряжений в проводе при различных температурах определяются из уравнения состояния провода в пролета i

б- - fr£/(2^2) = о; - faA№<) ■ tI5)

Напряжение d0 , соответствующее приведенной нагрузка от собственной масса провода $ и одной из температур t0 з диапазона

-40... +40°С, Mosa:1 быть определено из монтажных таблиц или

по результатам замера стрел провеса на ВЛ. Дри этих исходных условиях уравнение (15) для нахождения напряжения б при темпера^ тура нагрева провода t приводится к виду:

б3 + А 2 - В = 0 , (16)

Равенство (16) является уравнением четвертого номографического ', порядка с тремя'переменные с? , А, В в канонической форме Коши и !| разрешается в номограммах первого жанра. Используя второе уравнение :! (17), шкалу В можно заменить шкалой / . |

Методика построения номограммы (рис.5) и расчета с её исполь- | зованием пересечений ВЛ, имеющих устройства плавки гололеда, изложена в [8.Ы.Ю 1 ._______

Рис. 5. Номограмма для определения напряжения в прово-: де при известной температуре • нагрева или температуры наг- I рева при известном .напряжении в зависимости от начальных условий состояния провода:

а - неподвижная шшокость; б - транспарант для алши~ адовых проводов ; в - транспарант для стала-алюмшшевых проводов АС 35 ...АО 95. ,

I (

По номограше для заданных з!шчанай / , б0 п может бить ■ определена величина А0. Из первого уравнения (17) следует, что температура / будет соответствовать величина :

' ' " ' А « А0 ч- Л Е( . : - (18) |

Па основании соотношения (18) шкалу А можно оставить немой, а . ном тку ш ней, соответствующую температура / , находить при помощи транспарэята-линеШш. на которой нанесены фиксированные пометив < температур ^ и I .

На шкале I слева нанесены деления для алюминиевых, а справа - для сталеалюг.шшзезих проводов.

Использование институтом "ИОволжсельэнергопроект" этого метода обеспечило надежность и безопасность функционирования М и пересекаемых сооружений во время плавки гололеда.

3.4. Обеспечение надежности подвески провода на штыревых изоляторах при низких температурах

При разных высотах Til провода на нижнюю подвеску возможно воздействие вырывающей нагрузки (Ш), направленной вертикально вверх. С ростом числа пересечений ВЯ'с инженерными соорукенлями возрастает число устанавливаемых опор повышенного габарита и соответственно число случаев, приводящих к возникновению ВН.

'Значительные ВН, возникающие при низких температурах воздуха, могут срывать изоляторы с крюков или штнрей, а иногда и деформировать крюки, поэтому обеспечение надежности подвеска провода весьма актуально..

Абсцисса наикизшей точка провода XQ (рио.6) определяется по формуле 1XI 3

Х0 = { h ♦ 4 f ) / / (8 / ) .

Рйс.6. К уоловиям возникновения вырывающей нагрузки QB :

h - разность, высот ТП провода на опорах ; } - отрела провеоа провода в середине пролета ; I - длина пролета.

Условиями ЬоЗШМНОВвШЯ ■ Од , дойогвующзй на подвеску 2, яв-'довтоя неравенства вла А > 4 / .

Для определенна резул&тйрущай вертикальной нагрузки, дейотву-" вщзй на подвеску провода, необходимо рассмотреть два смежных о ней крота, Раосштрш два иааболао раопрэофранешшх случая установки прпмеауточноЗ опора нормального габарита рядом с анкерннмя опорами повышенного габарита. . •

1. Соседним ( с рассматриваемой подвесной 2) являются, о одной стороны, анкерная опора повышенного габарита, а с другой

- такая же промежуточная опора нормального габарита-, как и проверяемая. Для простоты полагаем также, что lf - l¿ = /

lía подвеску 2 будет действовать Ш при h>8f. Она будет меньше или равна допустимой нагрузка CL „ , если

h ^«М I + 0В.Д / I )] .

где р j - единичная нагрузка от собственной массы провода, даН/м; обычно принимается Qß д = 5 даН.

2, Обе соседние Ш расположены выше к также if = I¿ = / . В этом случае на подвеску 2 будет действовать ВН при hf * h¿>Sf. Эта нагрузка не будет превышать допустимую, если'

.kf+hx4 в/ [ i + ов>д /\ Р11 )] ;

Для ВД 10 кВ с подвеской проводов на 1Ш возможны следующие технические решения до уменьшению или ликвидации Ш [ II,12 ] :

перестановка опори о Ш с целью или уменьшения h , или увеличения / ; ...

упразднение вообще этой опоры-; • .

установка опора повышенного габарита ; ■ ■ ослабление тязшшя провода за счет увеличения aro стрелы провеса.

На основании [ 11,12 J балл разработаны Рекомендации... [13J.

4. Оптимальная координация параметров механической части сельскохозяйственных ВД--Ю кВ (на примерз Центральной зоны) по нескольким критериям

4.1. Конкретизация сочетаний воздействующих факторов.

Согласно региональным кортам климатического районирования Центральная зона содержит д 2У РКУ по ветру (скоростные напоры ветра соответственно составляют 500 л 650 Па),'П, Iii, I/и особый РКУ по гололеду (толщина стенки гололеда принимается равной соответственно 10, 20 и более 22 мм). . ;'f

Для обеспечения возможности получения более общих результатов рассматривались следующие сочетания РКУ (в числителе - скоростной напор ветра, в знаменателе - толщина стенки гололеда): 500/5, 500/10, 600/15, 500/20, 65СД5 и 650/30. Скоростной напор ветра при гололеде принимался равным 200 Да.

4.2. Построение критериального пространства для выбора наилучших систем параметров

Критериальное пространство строилось на основа математической модели ОИ с использованием метода оптимальной координации параметров. Программирование алгоритм, описанного в п.2.2, выполнено для ПЭВМ класса IBM PC/AT в среде табличного процессора SupcrCalcH•

По этой программе для каждого сочетания факторов воздействия среды, соогветсвующих сочетаний проводов с унифицированными пролетами и для рассматриваемого типоразмерного ряда стоек по Мр определялись 1ШЧ и оценки по каждому из четырех критериев 3-if . (Из общих затрат стали на опоры ввделилиоь также затраты конструкционной стали на траверсы). Далее определялись длины пролетов и значения критериев для M о повышенной надежностью МЧ.

Кроме того, рассмотрено треугольное расположение проводов (о оптимизацией трехлучевой траверсы по расходу металла) и применение подвесных изоляторов (с горизонтальным расположением проводов и зигзагообразной подвеской среднего провода относительно оси ВЛ). Таким образом, было построено всего 6x2x3=36 вариантов критериального прос транс гва.

Вариант критериального пространства, соответствующая унификации' пролетов для проводов АС 50/8 и АС 70/II я горизонтальному расположению проводов на 111И, был представлен на рас.2. На рис.7 приведены кривые, характеризующие зависимости критерия затрат на ОИ бетона тяжелого (приведенного к ВЗО) от длины пролета и коэффициента повышения надежности МЧ ВЛ.

л* 16

12

к *1,6 ПН '

X5

.. . 1 . угу * / /\ НА ¿3

/ 1

м 100

20

60

100

М и

а)

б)

Рис.7. Кривые зависимостей затрат бетона от длины пролета й коэффициента повышения надежности механической части ВЛ 10 кВ: а - РКУ 500/20 ; б - РКУ 500ДО; нормальные грунты; горизонтальное расположение проводов на ШИ; 1-5 - соответственно для отоек о РИМ 25,35,50,74,107 кН.м.

В табл.3 даны относительные оценки критериев Св процентах^, соответствующие нормальным грунтам, горизонтальному расположению проводов на НИ в Алн=1,0. Оценке в 100% соответствует наилучшая система параметров^анному критерию.

_ Таблица 3

РКУ, провода

О

—г:::

ьаухо

АО 50, АС 70

Критерий Типоразмер стойки (Ь10 кН.м)

25 35 50 74 107

- "3" ~ .. ... 0 ... - 7 - -

СеГон ЗГяжеЛый" - Г20,- 103- - вхг ~ П5" ~ "151" '

Сталь на опоры 100 113 144 178 216

Сталь на травероы 100 129 203 246 345

Трудозатраты 183 134 100 117 . ' 146

Земля под опоры 229 167 125 107 100

Батон тяжелый 123 106 100 117 $49 "

Сталь на опоры 100 109 139 188 228

Сталь на траверсы 100 117 222 346 499

500/20 АС 50, АС 70

8

I 2 3 4 5 6 7

Трудозатраты 182 ' 135 100 121 147

Земля под опоры 227 168 125 109 ' 100

Бетон тяжелый 126 107 100 108 134

650/30 Сталь на опоры 100 114 141 164 192

АС 70, АС 95 Сталь на траверсы 100 147 250 281 40S

Трудозатраты 183 135 100 117 140

Земля под опоры 239 177 131 III 100

4.3. Аналдз зависимостей затрат ресурсов от длины пролета

Пра многопараметраческой оптимизации затраты 3 в иоследуемыа •

объект« обычно представляются а позиномиальной форме

¡2. л <*»/

3 = 3n+X/?.Uic/ , '

0 ы */«/ f

где: 3 - постоянная составляющая затрат, на зависящая от изменения оптимизируемых параметров Xj ; А^ - обобщенные положительные коно-танты ; - вещественный показатель степени ; т - число поаиномов (составляющих затрат, зависящих от Ху ) ; п. - число полояительных непрерывных переменных Xj .

В связи с трансформацией задача мнэгопараматрической оптимизации в задачу одномерного поиска обобщенное выражение (19) трансформируется для затрат ресурсов ^ . на ПО в степенной двучл»н вида (3 ] ■

где / - длина пролета, км.

Целевая функция затрат i -го ресурса на ОИ (в теоретическом предположении полного использования длины пролета) может быть представлена следующим образом:

о^Г'цЛ".

Прп малых выборках каждая лишняя овязь заметно оназываетоя 1Ш точности приближенной регрессии. Поэтому здесь аалательно уменьшать число неопределенных коэффициентов. Учитывая это, а также результаты, полученные при практическом использовании [3] , принимаем для затрат ресурсов 2, нелинейную рагрессию, выражающуюся уравнением (20).

КоэиСлцяеиты такой регрессия для основных ресурсов я некоторых сочетаний входных йакторов (нормальные грунты, горизонтальная подвеска проводов на ШИ) приведены в табл.4.

Таблица 4

РКУ

Провода Коэалциенты регрессии (20)

параметр МЧ 4 **

500/10 АС 60, АС 70 . 0,3179 1910,83 4,20

Бетон 500/20 АС 50, АС 70 0,3116' 18048,46 4,32

тяжелый, мЗ 650/30 АС 70, АС 95 0,2967 6153,80 ' 3,44

Сталь на 500/10 АС 53, АС 70 39,25 52,82 2,61

опоры, кг

Сталь на 500/10 АС 50, АС 70 5,42 28,95 2,81

траверсы, кг

Трудозатраты 503/10 АС 50, АС 70 2,46 10785,96 4,05

(правая ветвь),

• чел.-ч.

Длина стойки, м 50и/Ю АС 50, АС 70 7,33 127,55 1,59

Раочетный 500/10 АС 50, АС 70 18,19 16877,79 2,83

момент стойки, кН.м

Коэффициенты регрессии находили, используя численные методы анализа. Силу найденных связей оценивали с помощью корреляционного отношения, наименьшее значение которого, для приведенных в табл. 4 регрессий составило 0,996.

Размеры поперечных сечений железобетонных стоек рассматриваемого типоразмерного ряда весьма шло изменяются о изменением длины пролета. Поэтому затраты земли (м2), отводимой под промежуточные опоры ОК, достаточно хорошо аппроксимируются гиперболой вида (для РКУ 5С0/10 я проводов АС 50, АС 70)

З0>3 - 5.И4//

или же (<унвдявй - суммой линейной и гиперболической зависимостей 3„, = 27,995+145,050 / +6,425// . 122)'

V »о ,

Регрессии по уравнениям (20), (21) л (22) графически представлены на рис.О,9 и 10.

м*

ио

0,6

0,2

) 1 /

/ у /

У /

1* ©

(2

1О

20 I 60 02

т м

5)

¿о

ео

100

т п

а)

Рис.8. Кривив зависимостей затрат <?ог бетона тяжелого на ПО (а) а затрат батона на ОИ (б) от длины пролета: I ф - РКУ 50иД0, нор-

мальные грунты^ горизонтальная подвеска проводов на шй ; 2

- оптимальные точки.

то же, но ДЛЯ

0 УМ.-У. г

(00 - Г - 0,5

кн-п мР Ф ®

©

, ю - Гб Т / -

п Л.

© с/я

со - (Н . 6 - 0,3

<¡0 - а ■ 5 ■ 0,2

10 ■ 13 • & 0,1

о f J 0

01 ' 02

Ряо.У. Кривые зависимостей затрат £ на ПО (I ф-сталь на траверсу;'2 ф-оталь на вси опору; 3© - трудозатраты) н параметров стойки (4 ® - длина ;

'Ь © - расчетный нзга-бзюэдй момент М ) от длины пролета: РКУ ¿00/10 ; нормальный грун- • ты; горизонтальная подвес-ч ка проводов на ЩИ.■

60

т

м п

Рис.10. Кривые зависимостей затрат ресурсов 113 Oil (I © » спала на траверси ; 2 ф - сталь на все промежуточные онори | 3 (D-трудозатраты ; 4 © - земля под опоры) а общей длины отобк (5 (Н) ) всех промежуточных опор, размещенных па I км от длшш пролита: РКУ 500/10 ; нормальные грунты I горизонтальная нодвеока проводов на Ш ; lQi - оптимальная точка во I» му ltpntepea ( t 1,2,3).

Из рис.8,б я 10 аднно. что целевые дункцви (21) действительно являются ундмодолышма. Унимодальность функций затрат Зг бетона, стали, трудозатрат позволяет Находить единственные-оптимальные точки, в которых достигается мииймум соответствующего кретярня.

Функции затрат зешш в рассматриваемом диапазоне язиенония ПМЧ М 10 кВ ,по является унймздалыюй. Поэтому при необходимости она монет бнть отнесена к ограничивающему критерию п включаться в оостав комплексных критериев иибора, например, (2). ,

4.4. Бибор ааялушаей системы параметров по нескольким

критериям ■

В предполоаоши непрерывности всех ПМЧ (з том числе а площади сечения траверсы) теоршческое оптимальное значен-о длены пролета находим [ 3 ] s оГЫОКйвая млнпмум соответствующей левой функции затрат i

Подставляя значение в . можно определить оптимальное значение рассматриваемой целевой функции : •

При отклонении пролета от его оптимального значения 10{ , относительное увеличение А затрат соответствующего реоурса на ОИ

а-ц1 , (ад

где: •

Выражение (25) можно записать в вида:

. (26)

Уравнение 126) позволяет определять предельные значения 0С£. ара различных допустимых значениях ^ , т.е. определять интв{. вал практического оптимума (ШО). Опрвделаниа МО даот возмокяост учитывать двократнооть отдельных ПМЧ, неопределенность исходной информации, ограничиваюа®е критерии, находить практический оптимя по нескольким критериям выбора. ' '

Золя ШО определять значением «1,05 , то по критериям затрат бетона и трудозатрат для оочатаний входных факторов, ооот-ветотвуюадах рво.8,6 я 10, наилучшей оладует признать оиотвму ПМЧ, отвечающую значению Мр=бО кН.м. С нею будет конкурировать по расходу бетона при определении ИШ) значением /5 =1,10 оиотвма Илч, отвечающая значению М_=35 кН.м, а по трудозатратам - оиотвма о Мр«74 кН.м прр Д «1,17. Следовательно, предложенная модель ОИ по этим критериям выбора.позволяет достаточно достоверно определять наилучшую оиогвму ИМЧ Ш 10 кВ,

.. На рис.10 видно, что оптимальные точке по критериям затрат стали ( ) лакат за пределами раосматривеамой оаствмы

ПМЧ. В'ошш с'этим можно предположить, что затраты отала не являются доминирующим критерием выбора..

5. Оптимальная координация параметров по комплексное критерию

В качестве комплексного поотропм аддитивный критерий (2) стоимостной оценки МЧ промежуточных опор ОЙ. Для этого нужно определить стоимостные оценки С. ¿-го ресурса: железобетона стоек, отели на траверсы, трудозатрат, отводимой под опоры земли.

Статистической обработкой сметной документации, ооотавлвнной в ценах Прейскуранта на строительство воздушных линий электропередачи напряжением до 35 кВ (ПЭСС-1-84) для проектов ВД 10 кВ Центральной зоны, получены оценки C^ , приведенные,в табл.5. (Цря принятом объеме выборки доверительные оценки С( получены с аог>-ргшносты) до 5% при доверительной вероятности 0,95). Оценке про-'Л1х затрат дана по отношению к раоходу железобетона. Там же дана структура (¿¡гипсовых затрат, приходящихся на каждый вид реоурса в общей стоимостной оценке ОК. ■ ... •

Таблица- 5

Ресурс

Структура затрат, . Оцата С{ единица измерения значение

64 руб./м^, 124,89

17 руб./т 371,43 '

8 3 чуб./чел.-ч. руб./м2 0,89 0,60

8 руб./м3 ,, 15,11 ,

Железобетон

Сталь на траверсы

Трудозатраты

Земля под опоры

Прочие (эксплуатация машин, :материалы)

В табл.5 ресуроы, затраты которых иопользуются в качеотве критериев выбора и ограничивающего критерия, расположены строго п порядке последовательного доминирования (в смысле отруктуры затрат).' Отовда можно заключить, что затраты стали действительно но являютоя доминирующим частным критерием выбора.' Они уступают суммарной оценке затрат бетона я трудозатрат в 4,2 раза.

Используя оценки частных критериев из варианта критериального пространства, отвечающего рио.Ю, и оценки C¿ из табл.5,-полечены оценки по комплексному критерию (2) каадой сиотемы ПМЧ. Эти оценки оведены в табл.6, roe . C£yj означает оценку для свертки о использована ем всех пяте частных крагериав, а С£(г)- с использованием только

первого и третьего критерия из табл.5.

Таблица 6

Оценка, руб.

Система параметров, отвечавшая значению ¡л„, __кН.м_£_

25

35

50

74

107

"s(ü> ОцСЮШ

982,70 J 883,48 856,47 1059,54 1399,75 738,18 1 630,34 599,74 691,40 9U2.77

'z(r) а ^х(г) Достаточно хорошо аппроксимируются функцией (21). lio найденным коэффициентам регрессии определила оптимальные' точки и минимальные значения соответствующего комплексного критерия. Аппрокоямярующае функции и оценки систем. ШлЧ но рассматриваемым критериям показана на рис.11,

тис. руб.

С? V

с,г

/

km

N J ¿

уЧ t

Ряс.XI. Кривые зависимостей огоимостных оценок Сг механической часта I км ЗЛ ÍÜ кВ (в ценах UXC-I-Í34) от длины пролета: РКУ аСЮ/ДО; нормальные грунты ; горизонтальная подвеска проводов на Ш ; (а, -оптимальные точка.

. Водя ШО по'оОоам крй*вр«ям оярвделять вначенлви р «1,03, jg авялучшвй следует аразнать спотвыу ИМЧ, соответствующую значена»

» 00 кН.м. С нею может конкурировать при fi -1,10 ово?ема о М « -35 kU.ii. , Р

Как вадим, наилучшая системы ПМЧ ВЛ 10 кВ как по частным критериям затрат бетона и трудозатрат, так а по комплексным стоимостным критериям полностью совпадают. Это позволяет выбирать наилучшие системы ШЧ для других сочетаний входных факторов по доминирующему частному критерию затрат бетона ; выбранная система будет наилучшей и по-критерию трудозатрат. .

6. Обоснование наилучшей системы параметров ВД 10 кВ о повышенной надежностью механической чаоти

Рассмотрим выбор параметров ВЛ о повышенной надежностью МЧ по доминирующему частному критерию затрат бетона. 1

Из завиоимоотей на рис.7 следует, что для рассматриваемых сочетаний входных факторов при значениях Кцн «1,0...1,6 наилучшей является система Ш5Ч с Мр =50 к11.м. ПряуА» 1,10 о нею может конкурировать система о Мр =35 кН.м.

Ограничениям по затратам бетона на промежуточные опоры, размещенные на I км ВД, равным, например, 10 м3, и по надежное те о Кпн, не меньшему 1,3, по рио.7,а отвечают только две системы о РИМ 50 и 35 кН.м. Иопользуя другие (сопряженные) части критериального пространства, ЛДР мояет найти оценки этих систем до другим критериям, построить (при необходимости) комплексный критерий выбора в принять окончательное решение о наилучшей для него оистеме ПУЧ ВЛ 10 кВ.

Анализ зависимостей на рве.7 показывает также нецелесообразность конструктивного исполнения ВЛ 10 кВ на стойках с другими расчетными моментами (при принятой конструкции стоек). Это можно объяснить двумя основными причинами. ,

Во-первых, непуототные вабрированние стойки "меют большую масоу и сравнительно большой расход бетона на единицу расчетного момента. Цдименылт та&вм раоходом обладают стойки с ЙШ 50 кН.м.

Во-вторых, сравнительно болыпяе массы и ветровые алощадв стоек обусловливают довольно значительную долю оуммы моментов от веоо-вой и ветровой нагрузок стойки (пассивной частя Ыр) в РШ отойкв. Например, в одном из расчетов получено, что наименьшей пассивной частью в обладают стойки о моментом 50 кН.м. У стоек, же о иомен-том 25 кЫ.м паоеввная часть больше в 1,4 раза, а о моментом 107 ; кН.м - в 2,5 раза. Порядок такого соотношения характерен я для, других оочетаний воздействующих факторов.

Поэтому актуальной является разработка для ВЛ 10 кВ о повышенной надежностью ЙЧ железобетонных центрифугированных стоек кольцевого сечения. Такие стойки широко используютоя в Германии в воздушных сетях среднего напряжения.-

7. Общий анализ критериального пространства

По доминирующему частному критерию затрат бетона для всех сочетаний входных факторов и вариантов подвески проводов наилучшими являютоя системы ПМЧ ВЛ 10 кВ, оонованные на отойках о РИМ 50 кН.м.

При допустимом превышении затрат бетона (по сравнению о оптимальным значением) на 10$ конкурентноспособными при подвеске проводов на ШИ являются отойки с моментом 35 кН.м, а при подвеоных изоляторах - стойки о моментом 74 кН.м для БД с ироводом АС 95 в I—1У РКУ по гололеду и о проводами АС 70 а АС 95 в особых РКУ.

С повышением РКУ по гололеду рациональные длины стоек и пролетов снижаются. При подвеске проводов на ШИ рациональными (с учетом унификации и по длине) являются отойки (о моментом 50 кН.м) длиной 11,5 м в 1-Я РКУ по гололеду и 10,5 м в Ш - особых РКУ. При применении подвесных изоляторов целесообразно использовать стойки о моментом 74 кН.м (о горизонтальным расположением проводов и зигзагообразной подвеской ореднего провода) длиной 13 м в 141 РКУ и 12 м в Ш - оообых РКУ по гололеду. Последнее конструктивное исполнение Ш1 10 кВ (о подвесной изоляцией на 35 кВ) позволят без труда переводить их^овышенное напряжение, оправдывая тем самым увеличение первоначальных затрат по оравнению со отойками на момент 50 кН.м.

1 Рациональные длины пролетов ВЛ 10 кВ изменяются (в рассмотренных РКУ) от 145 до 45 м для линий на стойках о моментом 50 кН.м и от 160 до 65 м - для отоек о моментом 74 кН.м. Эти длины пролетов соответствуют обычной (нормативной) надежности МЧ»

Для олабых грунтов целесообразнее использовать отойки той же длина, что и для нормальных грунтов, но о сокращением длины пролета по условиям соблюдения габарита ВЛ и прочности закрепления отойки. В населенной местности экономичнее отсйки большей длины.

С ростом длины пролета отановятоя значительными затраты стали на траверсы опор. Для снижения металлоемкости (что особенно важно . в уоловиях дефицитности и дороговизны стал*) целесообразно применять на ВД 10 кВ специальные изолированные провода, позволяющие су-

щественно уменьшить длину и сечение траверсы.

8. Выводы

8.1. В работе решена актуальная проблема обеспечения требуемой надежности сельскохозяйственных ВЛ 10 кВ и экономного расходования ресурсов на их сооружение, реконструкцию и эксплуатацию путем оптимальной координации параметров механической части этих линий. Оптимизационная задача поставлена как многопараметрическая и многокритериальная. .

Для учета неопределенности внешней среды предложена система входов оптимизационных моделей и использован метод оценки оптимальности технических-систем по абсолютным показателям расхода основных ресурсов, затрачиваемых на их создание,

В качестве объекта исследования рассмотрен^ система промежуточных опор, устанавливаемых на одном километре БД, с учетом неровностей рельефа трассы и некратности анкерных и расчетных пролетов.

8.2. Построены математические модели объекта исследования, содержащие все ограничивающие условия. Благодаря методу оптимальной координации параметров задача многопараметрической оптимизации сведена к одномерному поиску с учетом унификации пролетов' ВЛ.

Для выбора наилучших параметров предложена система Критера ев (критериальное пространство) и использован метод доминирующих факторов. Систему критериев составляют показатели расхода на объект исследования бетона, стали, трудозатрат и земли, отводимой под опоры. Эта система позволяет лицу, принимающему решение, сформировать комплексный критерий и по нему выбрать 'единственное оптимальное решение. '

8.3,.-Зависимости материальных, трудовых и финансовых затрат на механическую часть I км ВЛ 10 кВ от длины пролета хорошо аппроксимируются степенными Двучленами. Используя эха. зависимости, получено уравнение для нахоздения интервала практического оптимума. Этот интервал позволяет учитывать дискретность отдельных параметров, ^определенность исходной информации, ограничивающие яря терм, находить7 практический оптимум по нескольким критериям выбора.

8.4. В полученной стоимостной оценке затраты на железобетон' (64;?) доминируют затраты стали-на траверсы (17$). Это позволяет выбграть наилучшие параметры механической части ВД 10 кВ по Крите-

ряю затрат батона.

8.5. Усовершенствован аналитический метод определения габарит», ного пролета ВД ; дано решение atGi» задачи для пролета, ограничиваемого опорами с разными высотами точек подвеса провода. Предложен графоаналитический расчет пересечений Ш, имеющих устройства плавки гололеда.

Разработан новый метод механического расчета проводов, реализованный на персональной ЭШ класса ШЛ PC/AT в среде табличного процессора SuperCaic *t .

8.6. Программирование алгоритма оптимизации параметров механической части ВД на основе математических моделей и нового метода механического расчета проводов осуществлено для указанной ЭШ з той же среде.

• В результате выполненных расчетов построено 36 вариантов критериального пространства, учитывающих все многообразие воздействий на объект исследования внешней ореды.

8.7. На примера Центральной зоны обоснованы рациональные системы параметров механической части сельскохозяйственных ЗД 10 кВ.

При применении штыревых изоляторов рационально использовать стойки с расчетным изгибающим моментом 50 кН.м длиной 11,5 м в 1-Л РКУ по гололеду и 10,5 м в Ш - особых РКУ.

При применении подвесных изоляторов целесообразно использовать стойки с моментом 74 кН.м длиной 13 м в I-Л РКУ л 12 м в Ш-оообых РКУ по гололеду.

На ВД 10 кВ о повышенной надежностью механической части рационально примеклть стойки о моментом 50 кН.м и выбором по соответствующей чести критериального пространства допустимой длины пролета для заданного значения коэффициента повышения надежности.

8.8. Выявлена целесообразность применения специальных изолированных проводов для снижения металлоемкости ВД 10 кВ и разработки для линий о повышенной надежностью механической частя железобетонных центрифугированных стоек кольцевого сеченая.

8.9. Использование метода оптимальной координации параметров механической части ВД 10 кЗ обеопечивает снижение абсолютных пока-: зателей раохода на I км линий основных ресурсов в ореднам:

железобетона - на 2,3# ;

трудозатрат - на ;

земля, отводимой под опоры - на 3,7$ ;

капитальных вложений - на 1,4%' .

Сшщеняз капиталовложений в механическую часть М 10 кЗ на 1% позволяет на кавдом километра этих линий экономить овыше 0,2 млн. руб. Св ценах 1995 года).

Результатами эксплуатация линий АО "Оаратовэнерго" подтверждена эффективность технических решений по уменьшению или ликвидации вырывающей нагрузки на М 10 кВ с штыревыми изоляторами.

Новый метод механичгского расчета проводов снижает на Ъ% затраты машинного времени Э£М и рабочего времени проектировщиков на разработку механической части ВЛ 10 кВ.

Ооновные, опубликованные работы :

1. Сочетание автоматического секционирования я сетевого резервирования в сгльскях сетях // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1971. й II. С.43,44.

2. Оптимизация длены пролета воздушных линий 10 кВ // Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. И.л. № 44-79.

3. Оптимизация длины пролета воздушных линий 10 кВ // Электричество. 1979. № 5. С.64,65.

4. Способ механического расчета проводов воздушных линий электропередачи // Энергетическое строительство. 1994. л 10. С.60,61.

5. Об унификации пролетов сельских воздушных линий 6-10 кВ

в Среднем и Нижнем Поволжье // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1952. й 2. С.24-27.

6. По доводу статьи А.П.Коршунова "Оптимизация расчетного срока реконструкции для сельских электрических сетей" // Электрические станции.1982. Я> 3. С.74-76.

7. Аналитический способ определения габаритного пролета воздушных линий электропередачи // Энергетическое строительство.1971. я 2. С.67,68.

8. Графоаналитический расчет пересечений ВД, имеющих устройства плавки гололеда // Электрические станции. 1973. й 2. С.59-61.

9. Номограммы для механического расчета алюминиевых я отале-алюминиевых проводов в пролете ВЛ при отсутствии внешних нагрузок// Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. И.л. lè 482-76.

10. Номографический метод расчета монтажных напряжений и напряжений при температуре 70°С // Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. И.л.

№ 300-73.

11. Проварка подвески провода па штыревых изоляторах на воздействие вырывающей нагрузки // Электрические станции. IS87. Л 3. С .57-60.

12. Уменьшение и ликвидация вырывающей нагрузки для подвески провода на штыревых изоляторах // Саратовский межотраслевой территориальный центр научно-технической информации и пропаганды. И.л. № 313-87.

13. Рекомендации по проверке подвески" провода па штыравих изоляторах воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 хЗ на воздействие вырывающей нагрузка // Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельокого хозяйства. М. Сельэнергопроект. 1986. Октябрь.С.20-39.

Подписано в печать - 21.II.95. Формат 60x90/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Уч.-изд.л 2,0. Заказ 2053. Тираж 100.

Подразделение оперативной полиграфия Саратовохого ¡ДНИ, 410600, г.Саратов, ул.Вавилова, 1/7.