автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Оптимальное проектирование конструкций опор высоковольтных линий электропередачи

КЖВСЬКИЙ НАЩОНАЛЬНИЙ УНШЕРСИТЕТ БУДШНИЩВАI АРХ1ТЕКТУРИ

ШЕВЧЕНКО €ВГЕН ВОЛОДИМИРОВИЧ

УДК 624.014

ОПТИМАЛЬНЕ ПРОЕКТУВАЯНЯ КОНСТРУКЦШ ОПОР ВИСОКОВОЛЬТНИХ Л1Н1Й ЕЛЕКТРОПЕРЕДАЧ1

05.23.01 - Буд1вельш конструкцп, буд1вл1 таспоруди

АВТОРЕФЕРАТ дисертаци на здобутгя паукового ступепп доктора техшчних наук

Кшв - 2000

Робота виконана в Кшвському нащональному ушверситетч буд1вництва I архтектури (КНУБА) Мппстерства осв'гги 1 науки УкраТни.

Наукоеий консультант - доктор техшчних наук, професор

Пермяков Володимир Олександрович, КНУБА, завщувач кафедри металевих та дерев'яних конструкцш.

Оф'чйши опоненти;

- доктор техшчних наук, професор Шимановський Олександр Вггалшович, ВАТ "УкрНДГпроектстальконструкщя", голова правлшня;

- дою'ор техшчних наук, професор ГНчупн Серий Федорович, Полтавський державний техшчний ушверситет 1меш Юр1я Кондратюка, завщувач кафедри конструкщй ¡з металу,дерева та пластмас;

- доктор техшчних наук, професор Шебанш Вячеслав Сергжович, МиколаГвська державна аграрна академ1я, проректор з науковоТ роботи.

Пров1дпа установи - Харювський державний техшчний университет

зиас , , , . „ мь-

пому ушверситет1 буд1еництва / архтектури за адресом: 03037, Кшв-37, ЛоЫтрофлотський пр., 31.

3 дисертащею можна ознакомитесь у б1блютещ Кшвського нацюнального ушверситету буд'шництва 1 арх'1тектури за адресою: 03037, КиТв-37, Пов1трофлотський пр., 31.

Автореферат розкланий " П -2000 року.

буд!вництва та архп:ектури, кафедра металевих та дерев'яних конструкцш, Мпистерство освгти 1 науки Украши, м. Харив.

на

Вчений секретар спешшпзованоТ вченоТ ради, к.т.н., ст.н.с.

В.Г. Коб1ев

3АГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. В енергосистемах Украши у тепершгаШ час експлуатуегься приблизно 40 тис. км псжтряних лшш електропередач! на металевих опорах, загальна маса яких досягае 600 тис. тон. Численний характер зведення опор ПЛ (псдатряш лшн електропередач1) особливо гостро порушуе питания пщвшцення ефективност1 енергетичного буд1вництва, у зв'язку з чим пошук шлях1в додатковоТ економп cтaлi при буд1впицтв1 високовольтних лшш i перегляд ¡снуючих типових проекта становить важливу проблему.

Пщвищення ¡УПжнародного енергетичною KOMiciero вимог до надшност! електричноТ частини ПЛ i навантаження buj ыиматичних вплив1в зробило ниш дшчу ушфжацио, розроблену 25 роюв тому за нормативами колишнього СРСР, практично непридатною. Розроблення ново!' сучасноТ ушфкашТ конструкцш електромережного буд1вництва потребуе створення таких конструктивних тил1в опор високовольтних лшш, на виготовлення яких буде витрачено м!шмальна кшьгасть стал! при безумовному 36epiraHHi i'xnix експлуатацшних якостей.

Удосконалення опор ПЛ можливо здшснити шляхом проектування з використанням чисельних метод!в, включаючи ошттащю Yxiiix конструктивних форм з урахуванням вимог економ1чност1 i технолопчносп, створення розрахунково'1 модели ПЛ, як единоТ мереж1, уточнения навантажень вщ проводив i TpociB при i'x сшльнш робоп з конструкциями опор. Рацюнальний виб'п мятер1алу конструкцш, геометричннх розм!р1в елемент!в, к!льксст1 Tnnopo3MipiB, po3MipiB зусиль попереднього напруження в1дтяжок дозволяе ¡стотно полшшити техшко-економ!чш показники (ТЕП) опор.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася та коригувалася у вщповщносп до галузево1 програми Мшенерго УкраТни ВН.09.065 "Розробка i впровадження вузькобазових опор 35, 110, 150 кВ для прських та мкьких умов" (№ держреестрацп 01970001146), а також держбюджетноГ теми Г-2-1-86 "Провести дослщження та розробити методи, алгоритми та програми для ЕОМ з визначення оптимальних параметр1в перспективних конструкций, а також конструкцш, яю треба шдсилювати у зв'язку 3i змшою умов експлуатащ'Г (№ держреестрацп 01860049133), яка виконувалася за дорученням Мшвузу УРСР. У зазначених темах автору належить постановка та чисельна реал1защя розв'язання задач! моделювання конструктивних форм i розробка економгпшх опор ПЛ.

Мета i задач» дослщжения. Мета дисерташйноУ роботи - це створення оптимальних конструктивних форм опор високовольтних лпйй електропередач1 в систем! автоматизованого проектування на основ1

комплексного урахування спшьно! роботи конструктивних елементсв ПЛ, вимог економГчносп1 технологичность

Поставлена мета досягаеться вирппенням таких завдань: а) створення розрахунковоТ модел1 високовольтно! лиш електропередач1 при урахуванш спшьно! роботи п конструктивних елеменив; б) анализ напружено-деформованого стану окремих елеменив мереж!: провод1в, трос1в, прлянд ¡золятор1в, металоконструкцш опор, фундамента; в) розробка методики розрахунку з метою визначеыня напружень 1 деформаций конструкцш опор ПЛ на вщтяжках на велику ыльгасть завантажень за деформованою схемою;

г) створення нових тишв вузл1в, яга е технолопчними у виготовлснш 1 монтажц

д) розробка методики й алгоритму опттапзацп конструктивно! форми опор на велику ылыисть завантажень з урахуванням вимог економ1чносп та технолопчносп; е) визначення навантажень аваршних режимш на опори ПЛ з урахуванням пщтримуваючого впливу провод1в I троав; е) створення системи одностадшного автоматизованого проектування конструкцш опор ПЛ; ж) створення, теоретичне й експериментальне дослщження нових оптимальних опор ПЛ з урахуванням вимог м1жнародних норматив1в.

Лопчна схема виршення поставленоТ проблеми надаеться на рисунку 1.

Об'екти достдженъ - опори високовольтних лшш електропередач! з напругою 35-1150 кВ, що споруджуються за двома основними схемами -баштового типу (вузькобаз1 1 з розвиненим стовбуром) \ на вщтяжках. Опори баштового типу застосовують у розподшьних мережах з напругою 35-330 кВ, мапстральш пов1тряш лиш 500-1150 кВ споруджуються головним чином на опорах з вщтяжками. Отримаш результата можна поширити 1 на шли опори ПЛ, баштов11 щоглов1 конструкци.

Предметом дослгдження е оптимальне проектування конструкцш опор високовольтних лшш слектропередач!.

Методы досл1джень. В основу розроблених метод1в розрахунку 1 проектування покладено експериментальш методи [ методи класично! мехашки.

Наукова новизна одержаних результате полягае в тому, що розроблено розрахункову модель високовольтно! лшп електропередач! як едино!' системи, що враховуе сшльну роботу ус!х конструктивних елемеигпв мережп (струмоведучих проведав, грозозахисних трос1в, 1золятор1в, опор 1 фундаменпв); запропоновано чисельно-анаштичний метод визначення напружень I деформацш у струмоведучих проводах, грозозахисних тросах 1 опорах ПЛ у склад1 едино! мережу розроблений метод оптим1зацц геометричних параметргв 1 тополоп! опор ПЛ з урахуванням конструктивних обмежень, вимог економ1Ч!шсп 1 технолопчност1, який е ушверсальним 1 може бути застосований для шших стержневих конструкций; виявлено взаемозв'язок

Анагиз факгорш, яга иштаютъ т ДДС та ТЕП коисгрукцш опор ПЛ

Конструктивна форма Технолога Ш1ППООЛСННЯ та монтажу Проф1ть траси ПЛ Навантаягшш ва проводе г:1 л [хх"1в Атмосфер! ю- клпсгпгии ВПЛИВН

Удоскоиалення конструкпгошк рццснь

РЬзробка ношктшив вузлш

Розрахунок за деформованою схемою

ПРОЕКТУВАННЯ

Розробкз методики вшначен-

ня труаомкт-косптавэрто-сп на стали проектування

Розробка розрахункпвопмоде.'и ПЛ як здшкн пере-,«

Нормальный реяаич Авзришип режим Вн!»ОП!ДО проектування

Урахувашш вп"-ровнх, отследит навантажень

У В1ДПОВ1ДН0СП

з вгоюгам! мсн-нараипк норм

Спюренняо^кктаашшТагстелман^апоовшюп) проектування

Завдздшя, но внр^шуються

1. Урахувашш стлыисп аефорлоцш коиструктавтп елеммшо ПЛ

2. Огггтязашя конструктивно! форми

3. Моделккетшя конструкциопорн впзтуралыгу величину

Рис. 1. - Лопчна схема проведених дослщжень удосконалення опор ПЛ у систем! автоматизованого проектування та виробництва

геометричних рстпр1в вщтяжок (виноав уздовж 1 впоперек ПЛ) 1 розрахункових режим ¡в для опор з вщтяжками м1шмальноТ маси; розраховано обгрунтоваш коефщкнти натягу аваршних режтпв для опор у склад1 едино!" мереж! з урахуванням профшю траси, що удв1ч[ нижче за нормативна виявлено законом1рност1 змши головних розм!рщ ПЛ - прольоту 1 висоти - в залежносп вщ напруги лшп 1 навантажень з урахуванням вимог економ1чносп, технолопчносп у виготовленш 1 монтаж!. Створен] модел! конструкцш високовольтноТ Л1ни еяектропередач1 з урахуванням спшьноТ робота п конструктивних елеменлв та розроблений на шй основ! метод оптимпацп е ушверсальними, 1х можна буде застосовувати при проектуванш будь-яких баштових та щоглових конструкцш.

Практнчне значения одержаних результата! полягае в тому, що розроблений автором метод дозволив запропонувати нов! площинш конструктивы форми опор ПЛ, запроектоваш з урахуванням шдтримуваючого впливу провод1в { тросж. Окргм того, розглянутий ш'дх!д дозволяв вибрати оптимальш геометричш розр>при конструкцш з урахуванням вимог до Тх економ!чност1 1 технолопчносп. Створено систему одностадшного автоматизованого проектування опор ПЛ, що дозволяе розробляти мшмальш за масою опори при скороченш термппв проектування 1 високоГ якост1 роб ¡т.

Запропоноваш нов1 геометричш схеми опор ПЛ передан! до включения у каталог розроблюваних репоналыгах конструкцш енергетичного буд!вництва для Украши. При розрахунку 1 проектуванш конструкцш запропоноваш значения оптимальних параметров геометричноТ схеми 1 попереднього напруження, що враховують сшльну роботу ПЛ, конструктивш обмеження, вимоги до виготовлення 1 монтажу.

Впровадження результате робота дозволяе створити оптимальш конструктив}!! форми опор ПЛ з високими техшко-еконошчними показниками, як1 е технолопчними у виготовленш I монтаж1 та конкурентоспроможними на свпговому ринку.

Результати дослдакень реал1зовано:

- при створенш нових регюнальних конструкцш енергетичного буд^вництва для Украши разом ¡з ДШ1 НД1 "Укренергомережпроект";

- при розробщ1 виготовленш оптимальних геометричних схем опор ПЛ 330 кВ з урахуванням технолопчност1 на ВАТ "Донецький завод високовольтних опор"; економ1чний ефект склав 1890 тис. грн.;

- при дослщженш нерозб1рних секщй металевих опор (Вказ1вка Мшктерства енергетики й електрифкацй" Украши вщ 13.07.94 № К-бб, п. 2.2 ) 1 розробленш рекомендацш щодо застосування болтових опор ПЛ;

- при оцшщ техшчного стану ПЛ 330 кВ "Чайкшо-Макпвська" Харцизьких електричних мереж 1 розробленш рекомендаций щодо 'п подальшо'1 експлуатацп;

-при розробш методичних вказ1вок МВ 34-70-177-87 "Методичш вказ1вки щодо оцшювання техшчного стану металевих опор пов1тряних лшш електропередач11 порташв вщкритих розподшьних пристрпв з напругою 35 кВ 1 вище" для проектних, спещалвованих 1 науково-дослщних оргатзащй, що займаються проектуванням I експлуатащею електричних мереж (Москва, СВО "Союзтехэнерго", 1987);

- при розробш "Рекомендаций щодо проектування завод1в металоконструкшй", призначених для проектування завод1в по виготовленнго стал ев их конструкцш опор ПЛ (Москва, "ЦНДТПроектстальконструкгия", 1982).

Особистнн внесок здобувача. Особисто автору належать:

а) постановка 1 розв'язання проблеми створення оптимальних конструк-тивних форм опор ПЛ; б) модель 1 алгоритм розрахунку ПЛ як едино! системи;

в) результати теоретичних I експериментальних дослщжень нових тишв вузл1в;

г) нов1 конструктивы) ршення оптимальних опор ПЛ; д) одностадшна система автоматизованого оптимального проектування.

Апробащя результатов дисертаци. Основа! положения дисертаци викладалися на Украшських республканських конференциях по металевих конструкщях (м.Житомир, 1984 р.; м. Симферополь, 1988 р.; м. КиТв, 1992 р.), на М!Жнародно?*у симпоз!ум! по рекснструкцн 1 шдсилетшю сталеспх конструкцш (м. Братислава, 1985 р.), на Всесоюзному семшар! "1ндустр!альш техшчш ранения для реконструкци буд!вель 1 споруд промислових шдприемств" (м. Макпвка, 1986 р.), на 53-й науково-практичнш конференцн професорсько-викладацького складу, асшранпв 1 студегтв КДТУБА (м. Кшв, 1992 р.), на асощацн кафедр металевих конструкцш СНД (м. Липецьк, 1994 р.), на М'гжнародному конгрес'1 по просторових копструкшях (м.Москва, 1998 р.), на щор1чних науково-техшчних конференщях ДонДАБА, на 2-й европейськш конференцп 31 стальних конструкцш (м. Прага, 1999 р.).

У повному обсяз1 дисертацшна робота доповщалась на кафедр1 металевих та дерев'яних конструкций КНУБА (м. Кшв, 1999 р.), на науковому семшар1 при спещатзованш вченш рад1 Д 26.056.04 КНУБА (м. Кшв, 2000 р.).

Публ1кащ1. За темою дисертаци опублшовано 38 робот. Основш результати дослщжень опублпсоваш в однш однооабнш монографп, двох брошурах, 23 статтях у наукових журналах та зб1рниках, а також в 12 матер1алах та тезах конференции

Структура й обсяг роботн. Дисертащя складаеться з вступу, шести роздшв, списку використаних джерел та додатюв.

Загальний обсяг роботи 391 сторшка, у тому числ! 224 сторонки основного тексту, 45 таблиць (32 сторшки), 98 рисунюв (88 сторшок), 285 найменувань лггератури на 29 сторшках, два додатки на 18 сторшках.

ОСТНОВШ1Й ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш обгрунтовано актуальлп'сть теми, визначено роль автоматизованого проектування у вирппенш проблеми ефективного використання матергальних 1 трудових ресурав в енергетичному буд!вництв1, сформульовано мету роботи I задач1 дослщження, наукову новизну 1 практичне значения одержаних результата.

Структуру дисертацн означено необхщшстю викладення у взаемозв'язку особливостей роботи конструктивних елеменпв Г1Л як едино!" мерена, необхщшстю урахування при оптимальному проектуванш конструктивних вимог, технолопчносп й еконолпчност!, а також впровадження запропоновано! системи оптимального автоматизованого проектування. Вона мктить низку необхщних 1 взаемо пов'язаних напрямив дослщжень, а саме: анал13 стану проблеми й обгрунтовування методики дослщження (роздш 1), розробку розрахунковсц модел1 ПЛ як единоУ системи з урахуванням спшьносп деформацш конструктивних елеменпв й алгоритму и розрахунку (роздш 2), розгляд особливостей наиружено-деформованого стану металоконструкцш ПЛ (роздш 3), створення методики оптимального проектування опор ПЛ з урахуванням вимог до Тх економ1чност1 I технолопчносп (роздш 4), опис системи автоматизованого проектування конструкций ПЛ (роздш 5), пошук оптимальних конструктивних ршень у систем! автоматизованого проектування 1 техшко-економ1чно1 ефективностт запропонованих рияень (роздш 6).

Перший роздш присвячено загальним питаниям рацюнального проектування металоконструкцш опор ПЛ. У ньому розглянуто стан ! перспективи пщвищення ефективносп металевих конструкцш електричпих мереж, надано аналв конструктивних ршень опор, сучасних робгг в галуз! автоматизованого й оптимального проектування буд1велышх конструкцш, типових конструкцш 1 каталопв типових конструкцш.

Об'ектом дослщжень були сталев1 опори ПЛ з напругою 35-1150 кВ баштового типу 1 на вщтяжках, виконаш з окремих елеменпв на болтових з'еднаннях: одностояков1 та У-образш пром1жш опори на вщтяжках, пром(жш й анкерно-кутов! опори баштового типу (рисунок 2).

У робой проанатзовано основш теоретичш й експериментальш дослщження з проблеми автоматизованого й оптимального проектування металевих сталевих конструкцш, виконаш В.А. Баженовим, В. Б. Барським,

G.I. Беленьой, В. В. Б1рюльовим, А. В. Геммерлщгом, В. В. Горевим, Г. А. Геммерлшгом, G. М. Герасимовим, В. М. Гордеевим, G. В. Гороховим, М. Л. Гринбергом, В. М. Диденко, M. М. Жербшим, А. А. Зевшим, К. П. Крюковим, А. I. Курносовим, Я. М. Л^хтарш'ковим, М. П. Мельшковим, Б. П. Новгороддевим, Я. I. Ольковим, А. В. Перельмутером, В. О. Пермяковим, С. Ф. ГНчугшим, Ю. М. Почтманом, M. I. Рейгманом, А. В. Сшьвестровим, M. М. Складневим, М. Д. Сергеевим, М. С. Стрелецьким, Ю. В. Соболевим, В. В. Троф1мовичем, В. I. Трофимовым, I. С. Холоповим, А. А. 4ipacoM, В. С. Шебаншим, В. М. Шимановським, О. В. Шимановським,

Г. Я. Эпельцвейгом та in.

Рис. 2. - Опори високовольтних лшш електропередач1

а - одностоякова пром1жна опора на вщтяжках ПЛ 110-330 кВ; б - У-образна пром1Жна опора на вщтяжках ПЛ 750-1150 кВ; в - пром1жна вузькобаза опора баштового типу ПЛ 35-220 кВ; г - анкерно-кутова вузькобаза опора баштового типу ПЛ 35-

б)

220 кВ

Розглянуто шляхи економа сталевого прокату в опорах ПЛ. Насамперед це пошук, розробка й впровадження нових оптимальних ршень опор ПЛ з використанням САПР, це комплексний шдхщ до проектування мереж) на шдстав! бшьш суворого урахування фактор!в, що впливають на роботу конструкцш ПЛ; це застосування в опорах сталей шдвшцено? мщносп та збшылення середньо? пропускно? здатносп ПЛ, особливо 110-220 кВ.

Наведено анал1з ниш прийнято? методики розрахунку опор ПЛ, що не враховуе шдтримуваючого впливу провод1в 1 троав у склад1 едино? мереж!. Опори розглядаються як окрем! конструктивы! елементи.

У другому роздШ обгрунтовано розрахункову модель високовольтно? лиш електропередач!, представлено? у вигляд! едино? мереж!, з урахуванням стльно? роботи складових конструктивних елемент^в 1 запропоновано алгоритм П розрахунку. На цьому грунт! розроблено методику оптимЬащ1 опор ПЛ (див. роздш 4), а також дослщжено навантаження в!д струмоведучих провод1в \ грозозахисних трос!в пов!тряних лшш електропередач!, що е виршальними при розрахунку опор ПЛ.

Осюльки !снуе велика кшьгасть можливих сполучень навантажень на опори ПЛ вщповщно до "Правил улаштування електроустановок" (ПУЕ), установлено нормальн! й авар!йш режими роботи л!н!й, що регламентують ц! сполучення.

Проведено анал!з ниш чинних техшчних умов проектування ПЛ (ПУЕ 1976 р.), у яких мехашчний розрахунок провод!в ! трос!в для авар!йного режиму провадиться незалежно в!д розм(ру деформац!й опори ! вщхилення г!рлянд !золятор!в, що виникають шд д!ею навантажень при обрив! проводу або троса, тод! як зазначен! деформащ? призводять до ¡стотного попущения проводу. Навантаження нормальних режим!в при необ1рваних проводах ! тросах необхщно визначати в залежност! вщ рельефу мкцевосп, осыльки на вертикальш навантаження ¡стотно впливають р1вш точок шдвшування провод1в на опорах. У проектах же типових опор профшь траси враховуеться приблизно тим, що ваговий пролп прийнято на 25 % бшыпе за габаритний.

Таким чином, прийнята у тепершнш час розрахункова модель мереж1 високовольтно? лш? електропередач! розглядае кожний елемент окремо. 3 метою усунення вщзначених вище хиб !снуючо? модел! пропонуеться нова модель ПЛ як едина конструктивна система.

За модель приймаегься частина лШ1? електропередач!: анкерована дшянка - вщстань М1Ж сум!жними анкерними опорами. Для прикладу - розгля немо продемонстровану на рисунку 3 одноланцюгову високовольтну лшио, що складаеться з двох анкерних опор ! розташовано? М1ж ними п-\ кшькост] пром1жних опор, до яких шдвшено три струмоведуч! проводи та один грозозахисний трос. Провода ! троси жорстко прикреплен! до анкерних опор !

схилын до натягу, а до пром1жних опор провода тдв1шують вшьно через пром1жний елемент - прлянду ¡золятор1в. Прийнято таю припущення: матер1ал працюе пружно; грозозахисш троси кршляться до вершин опор нерухомо, а прлянди ¡золятор!в, на яких шдвшено струмоведуч1 проводи, вщхиляючись, залишаються прямолшшними; робота провод1в \ троав при знаходженш в них напружень ототожнюеться з роботою положистих ниток; при визначенш згиналъних деформацш стовбур опори представляеться як пружяозатиснута консоль (стутнчатоТ або постшноГ жорсткост! вщповщно для широкобазих та вузькобазих опор), кут закручування стояка опори визначасться за формулою Мора.

N6

Рис. 3. - Розрахункова модель ГШ електропередач!

1 - грозозахисний трос; 2 - струмоведучий провщ; 3 - прлянда 1золятор1в; 4 - анкерна опора; 5 - пром1жна опора

В аварийному режим! на опори д!е зосереджена сила, що утворилася при обрив! проводу, 1 р1вном!рно розподшене навантаження в!д ваги проводш 1 троав. Пшля завантаження р1вновага системи в деформованому стан! настане тод1, коли деформащ! провод!в \ трос!в будуть дор1внювати деформац!ям конструкций опор.

Дослщження ново!" модел! здшснюеться за етапами. Перший етап: розрахунок провод!в ! трос!в з урахуванням деформац!й гнучких ! жорстких елеменпв з метою як розрахунку самих провод!в ! трос!в, так ! визначення уточнених навантажень на пром1жш опори. Другий етап: розрахунок конструкщТ опори з урахуванням просторово*1 модел! й уточнених розм!р1в навантажень ввд провод!в I трос!в.

Записуючи умови спшыгосп деформаций у точках кршлення провод!в ! троав до опор, одержуемо систему з 19-ти р1внянь типу (4).

Якщо врахувати, що на анкернш опор! перем!щення тонок кршлення провод1в! троса дор!внюють нулю, то одержимо три додатков! умови:

Н1=НЬ, (I)

де ] =1,11,III,IV - номер ланцюга,

//¿5 - початковий натяг у прольот! №5.

Решта 16 р1внянь розбиваються на 4 групи р'шнянь по опорах, кожна з груп мае загальну структуру.

Структура р1внянь така: Л1ва частина позначаеться через ^(Н'), а права частина являе собою лшшш функци в!д перемщень:

Т,=А-Щг (2)

де ЛЯ, = {ДЯ,',АН",АН"',АН[у} ;

я„ а,2 а|3 аи

й„ в„ в,, а

24

°31 Я32 «33 "34 а» а42 аА4 .

Тут ал- перемщення]-го ланцюга в!д к-го навантаження (АН- ), /=2,3,4,5 - номер опори.

Тепер система 4-х р!внянь записуеться у такому вигляд1 (передбачаеться, що обрив вщбувся у 1-му ланцюз! п'ятого прольоту, див. рис. 3):

ад,ДЯ1Ч)=Л-ЛЯ,. (3)

.Шва частина шеУ р!вност! е функшао одн¡е! змшноТ, а права частина -функщею 4-х змшних. Тому, якщо заф!ксувати 3 змшних, що не входять у лшу частину, то кожне з 4-х р!внянь е р1внянням щодо одше!' змшноТ.

Розглянемо випадок обриву проводу в другому прольо-п вщ анкерноТ опори (рисунок 4). Дшсш навантаження аваршних режим1В визначено в залежност! вщ редукованого натягу, виявленого в уцшлому провод1 за рахунок вщхилення прлянди ¡золятор^в. Зв'язок М1ж в1дхиленням опори 1 прлянди 13олятор1в! шуканим натягом Н, описуеться вщомим виразом:

/

Е-А

•(Я0-Я) +

„2 ,1 Ра •'

24

_1_ 'н1

де Н0 - натяг до обриву,

р0 - маса погонного метра проводу, к - коефвдент гнучкосп опори.

(4)

н=о

Рис. 4. - Схема обриву проводу в дрзтсму прольот1 вщ анкерно!" опори

Розв'язання р5вняння (4) у загальному вигляд! ускладнюеться тим, що в правш частиш нев1Доме Н входить шд знак радикала, через що р1вняння зводиться до алгебраГчного р1вняння 8-го степеня щодо Н. Широкий д1апазон параметр1в, що входять у р!вняння, ще бшыл ускладнюе його розв'язання. Тому дониш тшьки для перехщних опор у практищ электромережевого проектування викорисговуеться граф1чний спойб розв'язання цього ршняння, якнй дуже трудомюткий I для чисельних розрахунгав неприйнятний.

Запропоноване розв'язання зводиться до того, що для вс1Х можливих значень параметр1в, що входять у р1вняння, шляхом ¡золящ!" та вщдшення корешв визначено ¡снування околу, у межах якого знаходиться один коршь, що мае фпичний змют. Дагн для знаходження шуканого кореня використовуеться швидкозб1жний чиселышй метод Ньютона.

Розв'язання задач1 для випадку обриву проводу в будь-якому прольоп зводиться до розв'язання системи з двох р!внянь 1 поапвдовного знаходження величин Нг, Я3, ... , #„. Розглянуп приклади показали, що редуковий натяг в

прольет, сушжному з аваршним, буде тим больше, ним дал! вщ анкерно!" опори в1дбувся обрив проводу. Коли кшьмсть таких пролышв б!льше шж п'ять або ишеть, помшгого збшьшення редукованого натягу не утворюеться, процес згасае.

Розроблено алгоритм знаходження напружень для ВС1Х режимов робота провод1в, що регламентуються нормами, 1 необхдао! кшькост! прольота ПЛ, яку ор1ентовано на застосування ЕОМ з використанням розробленого пакета програм.

Для нових вузькобазих конструкций опор ПЛ 110 кВ, як1 розробляються для Украши, отримано коефвдент натягу (вщношення напруження у провод1 при обрив! до допустимого напруження проводу) застосовуваного проводу АС 240/32, який дор1вшое ОД замкть кнуючого нормативного коефщкнта, равного 0,4. У даному випадку виявлено, що ¡снуюча методика, вщповщно до яко! умовш навантаження аваршних режимов визначаються поза залежшетю вщ натягу у проводах, призводить до Ухнього завишення вдв1чь

Для розрахунку провод1в великих переход1в (бшьш за 500 м), а також для прських лшш з великими перепадами висот, у нормальних режимах робота лшх електропередач! неприйнятш наближеш залежносп, я и прийнято при розрахунках провод!В, й обгрунтовано на замш ланцюгово!" лши параболою. Досл1дження дозволили встановити, що при розрахунках напружень у проводах ПЛ на р!внш мкцевосп похибка не перевищуе 3 %, I можна користуватися наближеною методикою, прийнятою в тснуючш проектнш практищ, проте при визначенш стрш провкання та габарипв наближення проводу до рангоут с уд ¡в або до земл!, нею нехтувати не можна. Розрахунки напружень у проводах при пох!ш ПЛ до 25 % можна робити за наближеною формулою (4), а стрши провисания визначати по ланцюговш лиш.

На другому еташ розгляду розрахунковоТ модел1 у третьему роздал! досл!Джусться напружено-деформований стан металоконструкцш опор ПЛ баштового типу й опор на вщтяжках, що широко застосовуються в електромережевому буд1в1шцтв1, з метою як !"хньо!" подальшо!" оптимпац'ц, так 1 створення системи автоматизованого проектування, а також розробки рекомендаций для проектування.

Елементи широкобазих опор, застосовних як анкерно-кутов! на ПЛ високоТ напруги в!д 500 кВ \ вище, являють собою просторов!' системи, навантажеш силами, також розташованими у простор!. В сучаснш практищ розрахунок зводиться до розрахунку плоских ферм шд д!ею системи сил, що лежать у площиш ферми. Розглянемо застосування розроблено!" автором програми на основ! методу сынченних елеменив для просторових шартрно-стержневих систем, якими е конструкцп опор ПЛ.

3 метою уточнения розрахунковоё схеми баштових широкобазих опор дослшкено плоский випадок, просторовий ¡з жорсткими опорами 1 шддатливими фундаментами. Анал13 результата пщтверджус положения про те, що шд д!ею навантажения в одшй з площин симетр11 опори до робота шдключаються розкоси граней, яю розташоват у площинах, перпендикулярних цьому навантаженню, а це при жорстких фундаментах розвантажуе пояси конструкт/. При тддатливих фундаментах, якими е зб1рш ушфшоваш зал1Эобетонн1 фундаменти, таке розвантаження е меншим, \ розм1ри зусиль займають пром1жне положения м!ж плоским випадком I просторовим з жорсткими опорами.

На вщм1ну в'щ опор, що стоять вшьно, стояки яких спрацьовують на поперечний згин I крутшня, в опорах на вщтяжках стшки працюють в основному на стиск, що дозволяе створювати бгльш легга конструкц1'1. Економ1я металу, що досягаеться при цьому, особливо суттева для лшш високоТ напруги вщ 330 кВ I вище 1 складае 20-25 %. До найпоширешших схем таких опор варто вщнести У-образш й одностояков1 опори. У сучаснш практищ проектування стовбури 1 вщтяжки розглядаються як жорстю елементи з одноб!чними в'язами.

Розроблено методики, алгоритми 1 програми розрахунку напружено-деформованого стану зазначених опор з урахуванням гнучкост1 стовбура 1

в1дтяж0к.

Проведено оцёнку точносп прийнятоё в кнуючш практищ проектування розрахунковоГ схеми одностояковоё опори з п'ятьма вщтяжками (рисунки 2,5). Шляхом замши змшних нелшшна система з 12 р'шнянь, що описують умови р1Вноваги 1 деформацш стовбура 1 вщтяжок, зведена до системи трьох нелЫйних р!внянь, для анал!зу яко'1 застосований чисельно-аналкичний метод. Записано матрицю в частинних похщних, для якоТ обчислено визначник (Якоб1ан системи). Визначено умови, при яких визначник вироджений 1 система мае ршення. Результата теоретичних дослщжень виявили збш 13 даними натурного експерименту, виконаного на стенд! ОРГРЕС (м. Москва), при цьому нижш траверси працюють як жорстю балки, шаршрно прикршлеш до стовбура, до 30 % зменшуеться горизонтальна реакщя в опорному шаршр1 стовбура в пор1внянш з прийнятою методикою розрахунку. Розрахунок вщтяжок як гнуч ких ниток призводить до збшылення натягу у В1дтяжках за рахунок ланцюгових зусиль на 20 %, при цьому перемещения стовбура зростае, що пояснюеться тддатливктю гнучких в'язёв. Здшснеш розрахунки дозволяють рекомендувати враховувати гнучюсть вёдтяжок не тшьки для анкерно-кутових опор, але 1 для пром!жних, у тому чиам в нормальних режимах роботи ПЛ.

Для опор ПЛ застосовуються три основш типи вузла: кршлення на один або два болти I через фасонку. Вщ типу кршлення залежить коефвдент умов

Рис. 5. - Одностоякова опора з двома розщепленими та одшею одиночною вщтяжками

а - схема вихщних перемщень опори гад д]ею навантажень; б - розрахункова схема

роботи 1 коефщкнт розрахунково!" довжини розкосу. Найбшьш економ1чгаш е вузол кршлення розкосу на два болтн без роздентрування на пояс-!. У випадку, коли неможливо використати традицшне решения, пропонуеться змщати обидва. болти шодо геометричноУ ос) розкосу 1 застосовувати дв1 риски: одну для розрахунку, другу для конструювання.

Новий тип вузла пропонуеться застосовувати для потужних опор, у яких зусилля в розкосах досягають 10-40т, багатоланцюгових, застосовуваних за кордоном, 1 анкерно-кутових для ПЛ надвисокоГ напруги.

Запропонований тип вузла дозволяе збшьшити В1дстань м!Ж рисками отвор1в у розкои вдв1Ч1, при цьому розширюються меж! застосування безфасоночних вузл!в ¡з кршленням розкосу до поясу на двох болтах. Застосований при проектувант башт для випробувалыюго по л ¡гону Донбасько!' державно!' академп буд1вництва та архкектури, при цьому зниження маси фасонок склало 30 % при одночасному значному тдвищенш технолопчносп конструкций у виготовленш 1 монтажа

Теоретичш доатдження з рацюнального застосування нового типу вузлових сполучень пщтверджено експериментально для вщску опори в натуральний розм1р.

Анализ величин нормальних сил 1 згинаючих моментов у поясах та розкосах, а також здшснеш вщповщно до нормативних документ!в розрахунки, св^дчать про те, що експериментальш значения згинальних моменпв е нижними вщ розрахункових на 5-14 %, у прогинщ вони нижче на 10 %, а у поздовжшх сил нижче на 3-15 %. Це пояснюеться тим, иго в дШсносп вузяов! сполучсння б!лыл жорстю, шж це передбачаеться в розрахунках. Згинакга момента у розкосах для нового типу вузла е менигими до 25 %, шж при традицшному розв'язанш. Компаюгне розташування болт!в дозволило вщмовитися в!д фасонок у таких вузлах.

Четвертин роздш присвячено розробщ засоб1в оптилпзашТ опор ПЛ на основ1 розрахункових моделей, розроблених у розд. 2, 3.

Огляд дослщжень з оптимального проектування буд^вельних конструкцш дозволяе сформулювати задачу дослщжень, обумовлену сучасними дослщженнями в обласй оптим!зацн конструкцш ! потребами практики.

Параметри конструкций високовольтних лнпй електропередач! визначаються великою юльгастю р!зномаштних вимог: дотримання електричних габарипв м1ж проводами, тросами й опорою, урахування чинника ушфжаш!', стушнчаста змша розмф1в сортаменту прокату.

Задача оптимального проектування ПЛ формулюеться так: вдаиукати геометричш параметри мереж! з варшванням координат системи ! тополог!!'

при заданих перер1зах з мшЬпзащею маси або вартост! при виконанш нормативних вимог I конструктивних обмежень.

Необхщшсть комбшованого пошуку мнимуму за кшькома методами диктувалася тим, що жодний з використовуваних метод ¡в не дав результату при оптим1заца стовбура опори з фксованою базою. Проведеш дослщження дозволили запропонувати таку методику застосування р1зномаштних математичних метоД1В 1 !хньо! послщовностк спочатку визначався оптимальний тип реинтки, пот1м здшснювалася оптим1защя геометричних параметров за нижчевикладеними методами з коригуванням типу репнтки комбшаторним алгоритмом. Автором запропоновано алгоритм пошуку напрямку спуску для ютотно нелшшних дискретних задач при визначенш оптимальних геометричних параметр1в. Задасться початковий багатогранник, що мае форму регулярного симплекса в я-\прному простора Суть алгоритму полягае в тому, що вершина, в якш щльова функщя е максимальною, переноситься певним чином через вершину, в якш щльова функщя е мшмальною. Напрямок пошуку вважався вдалим, яйцо нове значения цшьово! функцп виявлялося меншим за максимальне у вихадному багатограннику. У цьому випадку максимальна вершина замгаяеться на по л ¡пшену вершину, напрямний вектор при цьому стискуеться вщповщко до заданого коефвдента. При виход! за межу облает! допустимих значень иеремшних за полшшеку точку береться точка на меж1 обмежень, що лежить на вектор! напрямку перенесения "покращувано!" вершишь Якщо ж отримане значения цшьово! функцп перевищувало максимальне або дор!внювало йому, то напрямок пошуку вважався невдалим I пошук продовжувався до необхщноТ вершини, в яий щльова функщя була б максимальною без урахування максимально! вершини. Якщо й у цьому випадку не досягаеться полшшення, то вектор перенесения спрямовуеться послщовно з вершин у порядку спадання в них цшьово! функцп.

Якщо не визначався вдалий напрямок, то вектор перенесения спрямовувався вщ .шшмальних вершин до максимальних. Таке комбшоване перебирання ус>х можливих напрямгав за визначеною схемою 1 з варцованим кроком перенесения дозволяе визначити, в остаточному шдсумку, напрямок спуску. Для досягнення мети можливим е формування багатогранника з новими вершинами. Результата проведених числових дослщжень свдаать про те, що вдалий напрямок визначаеться на перших ¿теращях. Пошук продовжуеться доти, поки крок перенесения не стае меншим за наперед задану точшсть. Оптимальне значения цшьово! функцн було вихдаим значениям при переход! до наступного методу опттшаци.

Над ал 1 пошук оптимального значения цшьово! функцп проводився вщомими методами: спочатку методом деформ!вного багатогранника, ПОТ1М

прямим пошуком за Хуком [ Дживсом. При цьому в метод деформ1вного багатогранника введено обмеження на меж1 змши вар!юваних змшних, а геометричний центр ваги замшено на ф1зичний. Метод прямого пошуку за Хуком 1 Дживсом грунтуеться на !де!" координатного спуску.

Одним ¡з напрямюн удосконалення конструкцш баштових сталевих опор ПЛ е застосування схем ¡з розвиненим стовбуром, чого рекомендусться досягти за рахунок установления шпренгел1в. Таи конструктивна схеми екоыом!чш з точки зору зниження маси. У зв'язку з цим постала проблема, яка вщноситься до задач синтезу схем ¡з функщональних елеменпв.

Для бьтьшоеп комбшаторних задач не ¡снуе ефективного шляху пошуку оптимального розв'язку. Потр1бний алгоритм, що прискорюе час пошуку I зменшус витрати машинного часу. Задача доопджусться за методом полшшеного вичерпного пошуку. Розроблений алгоритм обгрунтовано на принцип! першого полшшення (випдна змша фксуеться вщразу ж, як тшьки вона знайдена), що робить необов'язковою перев1рку заф1Ксованих полшшених змш. Стосовно до дано!" задач! варшеться тип шпренгельно!" решетки першо!' знизу панел1, пойм друго! \ т. д. Алгоритм застосований 1 для вар1ювання марки стал!, юлькосп болтав у вузлах сполучення регштки з поясом.

Алгоритм визначення мдамуму щльовоТ функцп реал1зуеться за ушверсальною програмою, яка дозволяе розв'язувати задач! оптимального проектування р1зномаштних тишв опор ПЛ, опор в1троагрегат1в, антенних опор 1 шших баштових 1 щоглових конструкцш.

Анал!з результата оптим!заци дозволяе дшти висновку про те, що при однакових навантаженчях та габаритах опори «снуе об'ективний результат маси конструкцп, якого можна досягти з р!зних початкових проегспв, що вадр1зняються типами реиитки, диафрагмами, вузловими з'еднаннями, перер!зами елеменпв. При цьому навпь початкова схема регштки не впливае на кшцевий результат.

Результати оптимЬацшних розрахунюв р!зномаштних тишв опор ПЛ, антенних опор [ опор впроагрегат, що значно покращують вихщний проект, переконують у дошльност! прийнятого шдходу до оптим!заци опор

П'ятий роздш присвячено опису розроблено!' протягом 1975-1997 рр. одностадшно!" системи автоматизованого оптимального проектування конструкцш опор ПЛ на основ! методик попередшх розд!л!в.

До складу програмного комплексу входять: шдсистема розрахунку проводив, троив ! збирання навантажень на опори; шдсистема розрахунку й оптимиацн несучих металоконструкц!й опор; шдсистема техшко-еконо\«чного анал1зу конструкщй ПЛ; д!алогова шдсистема автоматизованого конструювання металоконструкцш опор ПЛ. Вш складаеться з окремих об'ектнозор!ентованих програмних блок!в, що працюють у д!алоговому

режимё. Бшышсть ¡з розроблених програм застосовуеться при розрахунку конструкцш. 1шш програми служать для власне проектування або конструювання.

Комплекс здшснюе тага розрахунки:

- розрахуыок статичних силових I температурних вплив!в струмоведучих провод1в, грозозахисних троав пов^тряних лшш електропередач1 з урахуванням багатьох завантажень, конструктивних обмежень 1 вимог Правил улаштування електроустановок;

- збирання навантажень на опору взд провод1в 1 троав, вщ дп в [тру 1 власно? ваги металоконструкцш;

- статичний розрахунок просторових ферм на велику кшькють навантажень з використанням лшшно-пружних скшченноелементних моделей;

- статичний розрахунок вантово-стержневих систем за деформованою схемою на велику кшьысть завантажень з гнучкими ввдтяжками;

- побудова обвщних егаор згинаючих моменйв 1 епюр поперечних сил для стовбура 1 траверс опор з вщтяжками;

- обчислення розрахункових зусиль в елементах вантово-стержневих конструкцш;

- визначення напружень 1 несучоУ здатносп елеменпв;

- розрахунок вузл1в, елемент(в 1 допом!жних конструкцш;

- розрахунок техн1ко-економ1чних показниюв металоконструкцш опор

ПЛ;

- оптишзаццо параметра геометричноТ схеми, типу реплтки 1 попереднього напруження опор лшш електропередачл;

- розробку робочих креслень на стад!1 КМД з урахуванням конструктивних обмежень 1 вимог технологи заводського виготовлення.

Комплекс охоплюе так! розрахунков! модел! буд1вельних конструкцш опор ПЛ:

- пролйжш опори баштового типу одно-1 дволанцюгових ПЛ;

- анкерш прям! й анкерно-кутов1 опори баштового типу одно- 1 дволанцюгових ПЛ;

- одностояков! та У-образш опори на ввдтяжках;

- перехщш опори баштового типу 1 на В1дтяжках.

Розташування провод!в на опор1 може бути горизонтальним, вертикальним \ змшаним.

Модульшсть пакета прикладних програм забезпечуе застосування взаемозамшних блоюв, а також доповнення 1'х складових шшими про:грамами. Тому розроблений пакет може бути використаний як для розв'язання, так I для нових ставлень прикладних задач.

Алгоритм розрахунку провод1в \ трос! в реал!зуе визначення навантажень на опори ГШ з урахуванням спшьност! деформацш конструктивних елеменпв ГШ, атмосферних умов 1 проф'шю траси для необхщно!' юлькост! режимов роботи. Початковими даними е: юлыасть ланщопв лшп електропередач!; номер анкерованоГ дшянки, довжини 1 кшыасть прольотсв; швидмсний натр виру; товщина стшки ожелед! на проводах 1 тросах; електричш габарити вщ струмоведучих частин до земл1 1 конструкций опори; ф1зико-мехаштпп характеристики \ припустим! напруження провод!в I троав; мдамальна, середньоексплуатацшна 1 максимальна температури; кшьюсть провод1в у фаз1; для кожно! опори вказуються: а номер, висота фундаменту, висота вщ земт до траверс 1 тросостояка, довжини прлянд ¡золятор1в, висотна позначка земл!, коефппент гнучкосп, кут повороту траси. Дозволяе, за.\псть типових прив'язок опор, обчислювати навантаження при шдив!дуальному проектуванш лшШ електропередач1 для заданих атмосферно-юпматичних умов 1 профшо траси. На вщмшу вщ традицшного розрахунку, навантаження аваршних режимов для анкерно-кутових опор визначаються не тшьки в режим! ожелед!, але \ при мпамальшй ! середньоексплуатацшнш температурах. Розглядаеться обрив по черз! ус!х фаз провод1в! трос!в у сум!жних прольотах.

В шдсистем! е два режими. Перший них застосовуеться при проектуванш ПЛ ¡з заданим розмвденням опор по профтю траси. Другий оптгопзувальний режим використовуеться як складова частина програми при визначент оптимальних головних розм!р1в ПЛ.

Пщсистема розрахунку й оптим1зацп несучих металоконструкцш опор призначена для визначення внутрпппзх зусиль або напружень в елементах конструкций, перем!щень Тхшх характерних точок. Окр1м цих функц!й, и!дсистема мютитъ у соб1 програмш засоби для знаходження оптимальних параметр!в опор лшш електропередач!. Визначення перем!щень ! внутр!шн!х зусиль у деформ!вних елементах баштових опор провалиться за' методом скшченного елемента, зусиль у вщтяжках ! внутр!нлпх зусиль у жорстких елементах опор на вщтяжках зд!йснюеться за деформованою схемою вщповщно до методики роздшу 3 при сп!льному деформуванш провод1в, трос!в 1 конструкцш опор. Для кожно!' опори лшп визначаються дшсш навантаження нормальних ! аваршних режим! в за методикою, викладеною в роздш 2. Для стержневих деформ!вних елемент1В здшснюеться доб!р перер!з!в, що компонуються з заданих профинв, мжмальних за площею ! таких, що задовольняють вимогам норм проектування по мщносп, стшкост1, гнучкост!.

При оптим!зацшному розрахунку виконусться оптимальний виб1р за критерием загальноТ маси або вартост! "у дш" параметр1в компонування ПЛ, геометричних розм!р1в опори, типу реилтки I попереднього напруження в1Дтяжок. Система обмежень формуеться автоматично у вигля;п перев!рок

цшьово! функцп. Вщображення результата розрахунку й опттшаца здшснюеться в графншому вигляд! на екраш дисплея ПЕОМ. Результата розрахунку вихщно! й оптимально!' конструкцш видаються у форм! стандартних розрахункових лиспв, прийнятш в проекций практиш.

ГБдсистема техшк0-ек0Н0М)ЧН0Г0 анагпзу конструкций ПЛ використовуе таку сукупн1сть критернв якоста маса конструкцн (у тому числ1 масг. деталей, стержтв i вщправних марок); витрати на матер!али для виготовлення; трудом icTKicTb заводського виготовлення (визначаеться по окремих операциях i сумарно); технологична cooiBapxicTb заводського виготовлення; заводська cooiBapiicTb; варт!сть транспортування; трудом icTKicTb монтажу; технолопчна co6iBapTicTb монтажу; варлсть "у д!л1"; вартють опор з урахуванням експлуатацшних витрат. Розглядувана шдсистема реал!зуе метод розрахунку техн!ко-економ!чних показшшв на основ1 аналтхчних моделей, що зв'язують показники якосп проектного рииення з його параметрами й оргашзацшно-техшчними умовами виробництва й експлуатаци.

Д^алогова гад система автоматизованого конструювання металоконст-рукшй опор ПЛ розробляе документацию на стада КМД в автоматичному режим! на персональному комп'ютер! типу IBM PC i3 використанням граф!чного редактора Автокад eepci! не нижче 10 ! мови програмування Автолисп. Креслення складаються з прим!тив!в в автоматичному режим!, також припускаеться ручна доробка. Шдсистема вюпочае моделювання в натуральний розм!р, граф|чний редактор, 'шггацпо контрольного складання.

Двостад!йна система проектування, що ¡сдувала до TenepiuiHboro часу, не вщповщае вимогам !ноземних замовниюв за строками. Другою хибою е вдорвашсть проекту в!д технолога виготовлення i монтажу. Розроблено методики й алгоритми автоматизованого проектування з вибором ращонального типу решетки й вузлових сполучень при урахуванн! вимог БНШ, конструктивних i технолопчних обмежень. Результати дослщження тип!в вузл!в i отримаш залежност! типу вузла в1д проф!лю металопрокату дозволили перейти на одностадшну систему проектування шд технолопю заводу-виготовлювача.

В!ропдшсть робота пакета прикладних програм проанал!зовано при перерахунку типових опор ПЛ, при оптим!зацн з р!зних стартових точок i досягненш того ж самого оптимального проекту, при автоматизованому конструюванн! i виготовленш опор на ВАТ "Донецький завод високовольтних опор", а також при натурних випробуваннях иром!жних i анкерно-кутових чотириланцюгових опор ПЛ 220 кВ для Сгипту на пол i го a i ДонДАБА.

У шостому роздии на ochobi отриманих у дисертацн результатов i розроблено! системи автоматизованого проектування здшснено пошук рацшнальних конструктивних piuieHb опор ПЛ.

Навантаження вщ пр0В0Д1В 1 трос!в дослщжувалися для ПЛ 110 кВ "Кальчик-Карань", розташованоТ в Донецькш область Горизонтальш навантаження виявилися менше за макс и малый на 10-19%, вертикальш - на 19-27%. Ще бшьш значним е розрнв м!ж нормативними 1 фактичнями навантаженнями аваршних режим1в - бшын Н1ж удв1Ч1.

Дослщжено застосування р!зних марок стали У У-образнш опор1 в найбшыи навантажених елементах економною е сталь 14Г2АФ, у баштових анкерно-кутових опорах - сталь марки 09Г2. Решггка проектуеться з маловуглецево!' стат.

Надано оцшку р1зних форм поперечного перер1зу профипв прокату. 3 анашзу сортаментних кривих встановлено, що найбшыц економ1чним е спещалышй кутниковий профшь з вщгинами, по-пм - гнутий р1внополочний кутник.

Оштизацшш розрахунки одностоякових опор на вщтяжках (див. рисунок 2, а) показали, що винесення вщтяжок мають тенденщю до значного збшыиення. Збшыиення виношв уздовж лши припустимо, а в поперек -обмежено великою вартютю вщчужуваноТ земл! 1 нормованими вщстанями вщ струмоведучих частин до конструкщ!" опори. Тому на цей параметр було накладено обмеження.

Зниження маси для анал1зованого типу одностояковоТ опори може бути отримано лише тод1, якщо збшылити виноси в!дтяжок уздовж лши з 13-14 м до 19-29 м або на 50 %. Виноси вщтяжок впоперек лши можна лишити без змши 1 навпъ без збитюв зменшити до 20 %, вщповщно збшыыивши виноси уздсиж л!пп, внаслщок чого зменшуеться кшьмсть земл1, вщчужувано!" 13 альськогосподарського користування.

Змша виноав вщтяжок уздовж 1 впоперек лши по-р1зному позначаеться на економ!чност1 проектного ршення. У зв'язку з цим було дослщжено попередне напруження у вщтяжках 1 перем!щення опори шд навантаженням при р1зних завантаженнях. Збшьшення попереднього напруження у вщтяжках шдвшцуе жорстшсть конструкцп до певко1 границ, за якою шдвищення натягу стае шюдливим, тому що зусилля у вщтяжках зростають, завантажуючи елементи опори. По кожному навантаженшо ця границя мае свое значения: для поясгв стовбура одностояково'! опори небезпечними е два режими - нормальний (в1тер без ожелед1 або при ожелед!) 1 аваршний (як правило, обрив верхнього проводу). Винесення вщтяжок залежать вщ сшввщиошення навантажень у нормальному й аваршному режимах: для напруги 220 кВ натяг верхнього проводу при обрив! е меншим, шж для 330 кВ, тому вплив нормального режиму ! винесення впоперек лши тут значно сильшше. У У-образнш опор! вир!шальне значения мають розм1ри винесень в!дтяжок впоперек лши, що обмежеш нормованими значениями вщстаней вщ струмоведучих частин до

вщтяжок. Розрахунки свщчать проте, що реальна економ!Я для У-образно1 опори може бути досягнута за рахунок вар1ювання прольоту \ висоти.

У дослщженш, що виконувалось за розпорядженням Мшенерго Украши, ¡з використанням розроблено! методики техшко-економЬшого анал1зу, розглянуто дощльшсть виконання секцш опор ГШ у болтовому 1 зварному вар1антах. Для основних тишв опор зроблено розгорнутий аналЬ конструктивних ршень з урахуванням трудомкггкост1 I вартосп матер1алу, виготовлення, транспортування, монтажу й експлуатацп. Комплексний анализ варт!сних витрат показав, що застосування болтових опор веде до зниження загально!' вартосп на 7-н20 % пор1Вняно зварними опорами.

Автором, разом п головним щститутом по проектуванню опор ПЛ "Укренергомережлроект" (м. Харыв), виконано роботи з дослщженяя нових тишв опор ПЛ для УкраТни.

Необхщшсть розробки нових утфкованих опор ПЛ для Укра'/ни викликана, у першу чергу, значним скороченням, у пор^внянт з колишшм СРСР, юлькоси кл1матичних районов I, як слщство, границь змши навантажень, а також змшою м!жиародних нормативов щодо навантаження вщ кл!матичних вплив1в (у напрямку шдвшдення вимог), необхшпстю забезпечити умови переходу до виготовлення опор ПЛ на потокових лш1ях шляхом збтьшення сершност!1 спрощення конструктивних форм.

Водночас необхщний перехщ на вузькобаз1 опори (див. рисунок 2, в, г), тому що 1хне застосування для ПЛ 35-110 кВ, як виявило дослщження, дозволяе одержати економно стал1 в межах 3,5-13,5 %, зменшити витрату зашзобетону на 22,5-г43 % 1 в чотири рази скоротити обсяг земляних робп при улаштуванш котлован'т.

Розглянуто ш1сть одностоякових опор баштового типу (П-35-1, АУ-35-1, П-35-2, АУ-35-2, П-110-1, АУ-110-1) I п'ять опор портального типу (ПАУ-35-1, ПП-35-2, ПАУ-35-2, ПП-110-1, ПАУ-110-1) з пщкршлюючими диагоналями \ розшрками 1 без них.

Схеми й основ1п габаритш розм1ри дослщжуваних опор показано на рисунку 7.

Усього було дослщжено 26 опор. За результатами виконаних дослщжень можна дшти таких висновктв: маси всгх баштових опор виявилися менше за маси взаемозамшних портальних опор; отримаш результата е законом1рними, тому що портальш опори, як рамш системи, добре працюють на навантаження, яи д^ють поперек ПЛ, 1 набагато прше як два окрем! стояки на навантаження, що дшть уздовж ПЛ; вщзначеш вище результата дозволяють вивести, що в анкерно-кутових опорах, де навантаження уздовж ПЛ е значними, ращональним буде застосування баштових опор. Застосування портальних схем, як свщчать пробш розрахунки, може виявитися ращональним у пром1ж-

П-35-! О АУ- С 35-1

со

о' О

"Sf

О о 0

1 u 2.7 I Ц1 2.8

1 14.8

0.56 1.4

11-35-2

L

ü

2.7

0.65

АУ-35-2

£

2.a

1.4

П-И0-1

АУ-110-1

со vi ° т о

о j 2.3 о 4.4 1 0 1 3.3 о 4.5 j

i : 24.3 2.2

7Ш,

ПАУ-35-1

ПП-35-2

ПАУ-35-2

ПП-110-1

ПАУ-110-1

0.65

гт|

0.56

6.0 I

0.65

2.1

0.65

4.2

0.65

Рис. 6

- Схеми нових опор для Украши

них опорах, при розрахунку опор з урахуванням шдтримуваючого впливу проводив.

Ушверсальшсть розробленоТ методики обгрунтована i шдтверджена оптим 1зац1 йним и розрахунками ¡нших конструкций - антенних опор радюрелейного зв'язку та опор в'ггроагрептпв.

Антенна опора АО-45 призначена для радюрелейного зв'язку. Бона являе собою вшьностоячу опору баштового типу, прямокутну у план). Вим1рювальна база опори - 7664 мм, висота - 45000 мм.Вариовались таи параметри: розм!ри верхньоТ та нижньоТ основ, тип репнтки, разбивания опори на панел1, типи шпренгельних реплток та типи вузлових сполучень.

Оптим1зац!йний розрахунок виявив, що бшьш ращональною за масою е вузькобаза опора з розлмром нижньоТ основи 2440 мм. Maca опори знизилась з 7153 кг до 5424 кг, або на 24%.

Опора вггроагрегату потужшстю 220 кВт призначена для установки в1трогенератора. Бона е вшьностоячою просторовою репнтчастою опорою баштового типу, прямокугною в плаш, заввишки 28750 мм.

При оптишзацшному розрахунку варновалися tí ж параметри, що й для антенно!" опори АО-45. Maca опори знизилась з 4763 кг до 3991 кг, або на 16,2%, при заданому сортамешд металопрокату.

Результата розрахунюв опор ПЛ, антенноТ опори та опори впроагрегату показали, що запропонована методика оптимгзащйного проектування та розроблений програмний комплекс дозволяють розраховувати просторов! peuiÍT4acTÍ конструкцп pÍ3Horo призначення.

Наджшсть запроектованих опор ПЛ перев!ряеться натурними випробуваннями як шшмум одного представника з партп кожного виду опор ПЛ. Таю nepeBipKii виконуються обов'язково для опор, запроектованих на експорт.

Наведемо приклад випробувань пром1Ж1Ю1 опори для Египту, яю були здшснеш на пол i го ni ДонДАБА. Опору було запроектовано при розрахунку и за американською методикою.

Автором дисертаци було виконано розрахунок за методикою, яка прийнята в нашш краТш i вцщовщае вимогам ПУЕ. При цьому визначилися розбЬкност! в конструктивнш cxeMi й у добор1 nepepÍ3¡B окремих елемеигпв (po3KocÍB i д!афрагм). Випробування у цьому випадку зарееструвало несучу здатшсть опори на pieiti 75 % вщ розрахункового навантаження. Випробування опори шсля коригування показали Ti достатню надшшсть (опора не зруйнувалася при навантажешй, що перевищувало розрахункове на 20 %).

Оптимальне проектування, виконане за розробленими програмами на основа В1тчизняних норм, дозволило знизити масу опори на 12 % (див. рисунок 7).

Таким чином, економ!чну 1 надшну конструкш'ю опори можна одержата шляхом оптим1заци конструкци при одночасному використанш надднисп методики розрахунку 1 конструювання, а такою методикою, як засвщчшш випробування, е методика, що застосовуеться в наций краУш.

60.950

Рис. 7. - Опора ГШ 220 кВ МСЕ12. Схеми вихщноТ й оптимально'!' опор а - вихщна; б - оптимальна

ОСНОВН1 висновки

1. Виршено важливу науково-техн!чну проблему створення оптимальннх конструктивних форм опор високовольтних лшш електропередач! в систем!

автоматизованого проектування на гидстав) комплексного урахування сшльноГ роботи конструктивних елемешзв ГШ, вимог щодо '£х економшносп I технолопчность

2. За допомогою розробленого чисельно-аналшгаюго методу вперше розв'язано задачу розрахунку напружено-деформованого стану високовольтноТ л1н!1 електропередач1 як едино!" системи з урахуванням сшлыюТ роботи проводив, троав, ¡золятор!В, опор 1 фундамента. При цьому доведено, що коеф!ц!ент натягу проводу для опор ГШ 35-110 кВ може бути знижений з 0,4 до 0,2.

3. Розроблено нову методику розрахунку опор ГШ на вщтяжках, що враховуе спшьну роботу жорстких 1 гнучких елеменпв та забезпечуе пщвищення над1Йност1 проектованих опор.

4. На шдстав! теоретичних 1 експериментальних дослщжень запропоновано ( впроваджено новий тип вузлових сполучень при проектуванш башт для випробувального полшона Донбасько!" ДАБА, що дозволило знизити масу фасонок на 30% при значному пщвищенш технолопчносп конструкцш у виготовленш \ монтаж!.

5. На основ! запропонованого чисельного методу опташзацп, при якому геометричш розм!ри 1 тополопя опор, а також параметри маси, трудом!сткосп! вартосп оптимзуються водночас, додатково знижено до 20 % показники маси ! вартост! опор.

6. Розроблений метод оптим!заци мае достатню ушверсальшсть ! може бути застосований при проектуванш будь-яких баштових 1 щоглових конструкцш. Масу оптимальних антенних опор радиорелейного зв'язку й опор в!трогенератор!в знижено на 16-24%.

7. Комплексний анашз варпсних витрат дозволив д!йтп висновку про те, що застосування болтових опор веде до зниження загально!" вартост! на 7-20 % порхвняно 31 зварними опорами.

8. Створено систему одностадшного автоматизованого проектування конструкцш опор ПЛ, що включае програмний комплекс мшшсних ! оппапзацшних розрахунгав провод!в, трос!в ! металоконструкщй опор; моделювання в натуральний розм!р, граф[чний редактор, комп'ютерне контрольне складання конструкцш.

9. Натурш випробування пром!жноТ й анкерно-кутових чотириландюгових опор ПЛ 220 кВ для Египту, як! було проведено на пол1гош ДонДАБА, виявили, що проектувальники недостатню увагу придшяють визначенню розрахункових довжин елеменпв 1 постанови! д1афрагм для забезпечення незмшюваност! конструкци опори й стшкост! окремих п елеменпв. Економ!чну ! надшну конструкщю можна одержати шляхом

оптимпацГ! конструктивно!' форми при одночасному використанш надшно! методики розрахунку i конструювання.

СПИСОК ОПУБЛ1КОВАНИХ ПРАЦЬ Монография:

1. Шевченко Е.В. Совершенствование металлических конструкций опор воздушных линий электропередачи. Изд. 2-е. - Макеевка: ДонГАСА, 1999. -169 е.: ил.

Брошури:

2. Волков В.В., Попов В.М., Бенгерт А.Н., Денисенко М.П., Ладыженский Д.В., Шевченко Е.В. Рекомендации по проектированию заводов металлоконструкций. Методика расчета и нормы трудоемкости изготовления металлоконструкций промсооружений. - М.: ЦНИИпроектстальконструкция Госстроя СССР, 1982. - 30 с.

3. Серебренников И.А., Барг И.Г., Ошеров Б.Л., Диденко В.Н., Горохов Е.В., Шевченко Е.В., Королев В.П., Шаповалов С.Н., Токарь Б.Е. Методические указания по оценке технического состояния металлических опор воздушных линий электропередачи и порталов открытых распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше. - М.: СПО Союзтехэнерго, 1988. - 46 с.

Статп у фахеппх виданнях:

4. Горохов Е.В., Шевченко Е.В., Шаповалов С.Н. Оптимальное проектирование стальных конструкций опор воздушных линий электропередачи по критерию эксплуатационной надежности // Реконструкция промышленных зданий и сооружений: Передовой опыт научных исследований, проектно-конструкторских разработок, технологии и организации строительства / Под редакцией Е.В. Горохова. - М.: Стройиздат, 1988. - С. 9-11.

5. Шевченко Е.В. Автоматизированный расчет высоковольтных опор с учетом требований технологии изготовления // Совершенствование металлических конструкций / Под ред. М.М. Жербина. - К.: Наука думка, 1992. - С.191-195.

6. Шевченко Е.В. Эффективность возведения высоковольтных линий электропередачи на болтовых и сварных опорах // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. - 1995. - Вып. 1. - С. 33-40.

7. Шевченко C.B., Крутиков C.B., Жук М.Р., Сапронов Ю.В. Дослщження нових конструктивних форм опор ПЛ для Украши // "Техшка буд1вництва", 1997. - №2. - С. 43-49.

8. Шевченко C.B. Система автоматизованого проектування опор високовольтних лшш ёлектропередач! // "Бувдвництво Украши", 1998. - №2. -С. 44-45.

9. Шевченко C.B., Шевченко A.B., Сапронов Ю.В. Експериментальш дослщження нових тишв вузлових з'еднань опор ПЛ // "Буд1вництво Украши", 1998. -№3. - С. 34-38.

10. Пермяков В. А., Шевченко Е. В. Комбинаторный алгоритм поиска рациональных типов узловых сопряжений в опорах ВЛ // Вестник ДонГАСА. -Вып. 98-1 (9).-С. 148-152.

11. Шевченко Е.В. Совершенствование металлических конструкций опор воздушных линий электропередачи. Изд. 1-е. - Макеевка: ДонГАСА, 1998. -123с.: ил.

12. Шевченко C.B. Оптимальне проектування конструкцш опор високовольтних лшш електропсредач! // "Техшка будшництва", 1998. - №1. - С. 27-30.

13. Шевченко Е.В., Шевченко A.B. Система проектирования опор В Л методом моделирования // Вестник ДонГАСА. - Вып. 99-1 (15). - С. 23-26.

14. Шевченко Е.В. Выбор оптимального типа решетки, соединений, количества панелей и геометрических размеров башенных опор ВЛ, антенных опор и опор ветроагрегатов с учетом требований технологии изготовления и существующего сортамента // Вестник ДонГАСА. - Вып. 99-2 (16).

15. Пермяков В.О., Шевченко C.B. Оцшка рацюнальних буд1вельних сталей високовольтних мереж електропостачання il Шляхи шдвищення ефективност! буд1вництва в умовах формування ринкових вщносин. 36ipmiK наукових праць. - Кшв, КНУБА, 1999, - Вип. 5. - С. 126-128.

16. Шевченко Е.В. Уточнение методики и алгоритма расчета проводов и тросов и определения нагрузок на опоры электрических сетей с учетом профиля трассы II Вестник ДонГАСА. - Вып. 99-3 (17). - С. 60-67.

17. Шевченко Е.В. Методика сбора ветровых нагрузок на оперы В Л в системе автоматизированного проектирования // Вестник ДонГАСА. - Вып. 996 (20). - С. 47-48.

18. Шевченко Е.В., Глухов В.А. Метод поиска направления спуска при определении оптимальных геометрических размеров опор высоковольтных линий электропередачи // Журнал Украинской ассоциации металлоконструкций "Металлические конструкции", №1. Том 2, 1999. - С 35-38.

19. Шевченко Е.В. Оптимальное проектирование конструкций высоковольтных линий электропередачи II Сб. КНУСА, - Вып. 54. - 1999. - С. 80-81.

20. Шевченко E.B. Анализ конструктивных решений опор высоковольтных линий электропередачи и пути повышения эффективности конструкций электрических сетей. // "Буд1вництво Украши", 1999. - №5. - С. 25-29.

21. Шевченко G.B., Глухов В.О., Сапронов Ю.В., Удахш С.А. Розрахунок баштовоТ опори повпряно!' дшн електропередач1 як просторово'1 шаршрно-стержньовоУ системи // "Буд1вяицтво Украши", 2000. - №1. - С. 41-43.

22. Шевченко Е.В., Пермяков В.А. Расчетная модель высоковольтной линии электропередачи как единой конструкционной системы при аварийных ситуациях // Сб. КНУСА, - Киев, 2000 - Вып. №3 - С.127-130.

23. Шевченко Е. В. Подсистема расчета токоведущих проводов, грозозащитных тросов и сбора нагрузок на опоры BJI // Вестник ДонГАСА. -Макпвка, 2000. - Вип. 2000-1 (21). - С. 67-70.

24. Шевченко Е. В., Шевченко A.B. Одностадийная система проектирования и автоматизированное производство опор BJI // Вестник ДонГАСА. - МаюУвка, 2000. - Вип. 2000-2 (22). - С. 21-23.

25. Шевченко Е,В. Подсистема технико-экономического анализа конструкций опор BJ1 // Вкник ДонДАБА. - Вип. 2000-3 (23). - С. 136-137.

26. Шевченко Е.В., Бакаев С.Н. Технико-экономический анализ конструктивных решений опор BJI с болтовыми и сварными соединениями // Сб. ПДТУ им. Юрия Кондратюка. - Вип. 5.-2000. - С. 188-197.

Прац1 та тези конференции

27. Шевченко Е. В. Исследование и выбор оптимальных систем опор ЛЭП на оттяжках // III-я украинская научно-техническая конференция "Металлические конструкции": Тез. докл. - К. - Житомир, 1984. - С. 57-58.

28. Горохов Е.В., Чернодедова O.A., Шевченко Е.В., Югов A.M. Оптимизация усиления стержневых металлических конструкций в условиях реконструкции // Международный симпозиум по реконструкции и усилению стальных конструкций. - Братислава, 1985. - С. 21-26.

29. Горохов Е. В., Шевченко Е. В., Шаповалов С. Н. Оптимальное проектирование металлических опор ЛЭП по критерию эксплуатационной надежности // Индустриальные технические решения для реконструкции зданий и сооружений промышленных предприятий: Тез. докл. - Макеевка, 1986. - С. 90-92.

30. Шевченко Е. В. Оптимизация стальных опор высоковольтных линий электропередачи в системах автоматизированного проектирования с учетом требований экономичности и надежности // IV-я украинская научно-техническая конференция "Металлические конструкции": Тез. докл. - К.Симферополь, 1988. - С. 54.

31. Жербин М. М,, Чередник В. И., Шевченко Е. В. Оптимальное проектирование стальных башенных опор воздушных линий электропередачи // 53-я научно-практическая конференция профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов: Тез. докл. - К.: КИСИ, 1992. - С. 188.

32. Чередник В. И., Шевченко Е. В. Стальные опоры воздушных линий электропередачи минимальной массы // V-я украинская научно-техническая конференция "Металлические конструкции": Тез. докл. - К., 1992. - С. 81-82.

33. Шевченко Е.В. Оптимальное проектирование конструкций высоковольтных линий электропередачи. // VI-я украинская научно-техническая конференция "Металлические конструкции": Тез. докл. К. - Николаев, 1992. - С. 9091.

34. Шевченко Е.В. Автоматизированный расчет высоковольтной линии электропередачи как единой сети // Международная конференщи "Металлост-роительство-96" (Состояние и перспективы развития): Сб. тр. / ДонГАСА. -Донецк - Макеевка, 1996. - Т. 1. - С. 46-48.

35. Шевченко С.В. Розрахунок одностоякових опор ПЛ на вщтяжках по деформованш cxeMi // Международная конференция "Теория и практика металлических конструкций". Сб. тр. / ДонГАСА. - Донецк - Макеевка, 1997. - Т. 1.-С. 49-51.

36. Горохов Е.В., Шевченко Е.В. Совершенствование конструкций высоковольтных опор в системе автоматизированного проектирования // Международная конференция "Теория и практика металлических конструкций": Сб. тр. / ДонГАСА. - Донецк - Макеевка, 1997. - Т. 2. - С. 6-10.

37. Shevchenko E.V. Design of new power transmission structures for Ukraine with respect to conductors and wires supporting effect II Moscow international congress on spatial structures. - Moscow, 1998. - P. 803-810.

38. Shevchenko Y. The problems of overhead transmission lines towers structures' development and making of automatic optimal designing system // Proceedings of the Conference Eurosteel '99. - Prague, 1999. - P. 315-319.

У спшьних публкащях [3, 7,'9, 15, 21, 22] автору належить формулю-вання математично! моде:н та чисельна реатзащя розв'язання задачи розра-хунку повгтряно'! лит електропередач! при урахуванш стльно! роботи и кон-структивних елемегтв.

У публкащях [4, 10, 13, 18, 24, 27, 28, 29, 31, 32, 36] автору належить розробка методики та програмного комплексу опти.чщащ!' конструктивно'! форми опор ПЛ на велику кшьюсть завантажень з урахуванням вимог економь 4Hocxi татехнолопчноеп.

У публкащях [2, 26] автору належить розробка методики та алгоритму розрахунку трудомкткостГ виготовлення металевих конструкций промислових споруд.

31

АНОТАЩЯ

Шевченко С.В. Оптимальне проектування конструкщй опор високо-вольтних лшш електропередач!. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття паукового ступеня доктора техшчних наук з1 спе-Ц1аль!юст1 05.23.01 - "Буд1велып конструкшТ, буд^вл! та споруди". Кшвський нацюнальний утверситет буд!вництва \ архлектури, Кшв, 2000.

Захищаеться новий тдхщ у вириденш науково-техшчноГ проблем« ство-рення оптимальних конструктивнпх форм опор високовольтних лшй електропередач! в систем! автоматизованого проектування. Цей шдоид базуеться на основ! розроблено'1 розрахунково! модел! лшн електропередач! як единоТ системи, а також нового алгоритму оптимпацп опор ПЛ. При цьому урахован! сгплыга робота конструктивних елемент!в ПЛ, вимоги економгчност! та технолопчнос-т!.

Здшснено впровадження розробленого автором методу та автоматизова-но1 системи проектування при створенш нових репональних конструкд!й енер-гетичного буд!вництва для УкраТни, спшьно з шститутом Укренергомереж-проект (м. Харьмв). Впровадження також зд!йснено при розробщ та виготов-ленн! оптимальних геометричних схем опор на ВАТ "Донецьий завод високовольтних опор", при оцшюванш техшчного стану електричних мереж, що екс-плуатуються.

Клточов! слова: опори високовольтних лшш електропередач!, розрахун-ков1 модел!, напружений стан, алгоритми, система автоматизованого проектування, оптимальна конструктивна форма.

АННОТАЦИЯ

Шевченко Е.В. Оптимальное проектирование конструкций опор высоковольтных линий электропередачи. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.23.01 - "Строительные конструкции, здания и сооружения". Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, 2000.

Защищается новый подход в решении научно-технической проблемы создания оптимальных конструктивных форм опор высоковольтных линий электропередачи в системе автоматизированного проектирования. Этот подход базируется на основе разработанной расчетной модели линии электропередачи как единой системы, а также нового алгоритма оптимизации опор ВЛ. При

этом учтены совместная работа конструктивных элементов ВЛ, требования экономичности и технологичности.

Содержание диссертации. Во введении обоснованы актуальность, научная новизна и практическая значимость работы, дана ее общая характеристика.

В разделе 1 приведен обзор используемых литературных источников, рассмотрены состояние и перспективы повышения эффективности металлических конструкций электрических сетей.

В разделе 2 изложен анализ существующих подходов к решению задачи расчета высоковольтной линии электропередачи. Показано, что ныне действующие технические условия рассматривают каждый элемент линии в отдельности, вместе с тем деформации опор и отклонения гирлянд изоляторов приводят к существенному ослаблению токоведущих проводов и грозозащитных тросов. Обоснована расчетная модель ВЛ, представленной в виде единой сети, с учетом совместной работы составляющих конструктивных элементов, и предложен алгоритм ее расчета. На этой основе разработана методика оптимизации опор, а также исследованы нагрузки от проводов и тросов, которые являются решающими при расчете опор высоковольтных линий электропередачи.

В разделе 3 исследовано напряженно-деформированное состояние металлических конструкций опор ВЛ башенного типа и опор на оттяжках, которые широко применяются в электросетевом строительстве, с целью как их дальнейшей оптимизации, так и создания системы автоматизированного проектирования, а также разработки рекомендаций для проектирования. Разработаны методики и алгоритмы расчета башенных опор ВЛ на основе метода конечных элементов, а также расчета опор на оттяжках с учетом гибкости ствола и оттяжек. Предложен и экспериментально обоснован новый тип узловых сопряжений, позволяющий расширить границы применения бесфасоночных узлов.

В разделе 4 изложена постановка задачи оптимального проектирования высоковольтной линии электропередачи, обусловленная современным состоянием в области оптимизации конструкций и запросами практики. Необходимость комбинированного поиска минимума несколькими методами диктовалась тем, что ни один из используемых методов не дал результата. Описан разработанный специальный алгоритм поиска оптимальных геометрических параметров для существенно нелинейных дискретных задач. Анализ результатов оптимизации позволяет сделать вывод, что при одинаковых нагрузках и габаритах опоры существует объективный результат массы конструкции, который может быть достигнут из разных начальных проектов, отличающихся типами решетки, диафрагмами, узловыми соединениями, сечениями.

Раздел 5 посвящен описанию разработанной одностадийной системы автоматизированного оптимального проектирования конструкций опор ВЛ, про-

цедуры задания и контроля входной информации и других элементов пользовательского интерфейса. Достоверность получаемых решений на основе разработанной методики и вычислительного программного комплекса подтверждена при перерасчете типовых опор BJI, оптимизации из разных стартовых точек и достижении одного и того же оптимального проекта, автоматизированном конструировании и изготовлении опор, а также при натурных испытаниях опор для Египта.

В разделе 6 на основе полученных в диссертации результатов и разработанной системы автоматизированного проектирования осуществлен поиск оптимальных конструктивных решений опор BJI. Исследованы нагрузки от проводов и тросов, применение различных марок стали, профилей поперечных сечений несущих элементов. Описаны предложенные автором новые типы опор для Украины. Универсальность разработанного подхода обоснована и подтверждена оптимизационными расчетами других конструкций - антенных опор радиорелейной связи и опор ветроагрегатов.

В выводах приведены достигнутые в работе результаты, отражающие научную новизну и решение научно-технической проблемы.

Осуществлено внедрение разработанного автором метода и автоматизированной системы проектирования при создании новых региональных конструкций энергетического строительства для Украины совместно с институтом Укрэнергосетьпроект (г. Харьков). Внедрение также осуществлено при разработке и изготовлении оптимальных геометрических схем опор на ОАО "Донецкий завод высоковольтных опор", при оценке технического состояния эксплуатируемых электрических сетей.

Ключевые слова: опоры высоковольтных линий электропередачи, расчетные модели, напряженное состояние, алгоритмы, система автоматизированного проектирования, оптимальная конструктивная форма.

ABSTRACT

Shevchenko E.V. Optimum design constructions of high-voltage power lines' supports. - Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the Doctor of Technical Science on a speciality 05.23.01 - "Building constructions, buildings and structures". The Kyiv National University of construction and Architecture, Kyiv, 2000.

A new approach for solution of scientific and technical problem for creation of optimum support structures of high-voltage lines in the CAD-system is defended. This approach based on elaborated design model for high-voltage line as a unified system and a new algorithm of optimization for these structures also. Mutual behav-

ior of all elements and the demands of economics and technology are taken into consideration.

Elaborated authors' method and CAD-system for new regional structures of power support structures for Ukraine are realized together with scientific and research Institute Ukrenergosetproject (Kharkov). Application of the achievements also put into practice during designing and fabrication of optimum supports on Joint-stock enterprise "Donetsk High-Voltage Supports Plant" during examination of operated electrical lines.

Keywords: supports of high-voltage power lines, design schemes, stress-strain condition, algorithms, CAD-system, optimum structure.