Диагностика воздушных линий. Диагностика опор и фундаментов влсовременные методы оценки
Потеря несущей способности опоры контактной сети электрифицированной железной дороги может привести к весьма тяжелой аварии с гибелью людей. Более половины опор контактной сети железных дорог в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Основой такой опоры является стойка в виде толстостенной трубы с внешним диаметром 300 - 400 мм, изготовленная методом центрифугирования. Под воздействием климатических факторов, вибрации и рабочей нагрузки бетон стойки меняет структуру, растрескивается, получает различные повреждения, и в результате стойка постепенно теряет свою несущую способность. Поэтому для определения необходимости замены стойки требуются регулярные обследования всех стоек некоторого участка дороги. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.
Возможность объективной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор базируется на уменьшении скорости распространения УЗ-колебаний в бетоне при появлении в нем дефектов. Причем в силу конструктивных особенностей стоек и характера нагрузок на них изменения свойств бетона в направлениях вдоль и поперек стойки оказываются неодинаковыми: скорость ультразвука в поперечном направлении со временем снижается быстрее, что, по-видимому, можно объяснить повышением концентрации микротрещин с преимущественно продольной ориентацией. По изменению величин скоростей распространения ультразвука вдоль и поперек стойки в процессе ее эксплуатации, а также по их отношению, можно судить о степени потери несущей способности стойки и принимать решение о ее замене.
В практике эксплуатации железных дорог в России в последние несколько лет используется достаточно простая методика оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети, основанная на измерениях скорости распространения продольных УЗ-волн в теле стойки в продольном и поперечном направлениях . Эта методика разработана в ВНИИЖТ в результате многолетних исследований прочности бетона в стойках опор и ее связи со скоростью ультразвука. В качестве основного измерительного средства при контроле опор используется УЗ-тестер УК1401 , предназначенный для измерений времени и скорости распространения продольных волн в твердых материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм. Тестер (фото 1) представляет собой малогабаритный (удерживаемый в руке) электронный блок с цифровым индикатором результатов измерений и двумя встроенными в его корпус УЗ-преобразователями с сухим акустическим контактом.
Ультразвуковой контроль опор проводится при поверхностном прозвучивании материала стойки в двух взаимно перпендикулярных направлениях (поперек и вдоль оси стойки) в одном или нескольких ее местах, в зависимости от типа и степени ее повреждения. Способ поверхностного прозвучивания позволяет вести контроль в любых местах стоек. При контроле выполняется по три измерения времени распространения ультразвука между преобразователями тестера в каждом направлении и определяются средние значения этих измерений. Использование отсчетов времени вместо скорости методически более удобно. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении («показателю П1») и по его отношению к времени распространения ультразвука в продольном направлении («показателю П2») оценивается фактическая несущая способность опоры. На основе накопленного опыта оценки состояния стоек опор различных типов установлены предельные значения показателей П1 и П2, при достижении которых опоры необходимо заменять.
На рис. 2 показаны положения прибора УК1401 при контроле стойки опоры. Точки установки преобразователей тестера при прозвучивании поперек стойки выбираются так, чтобы продольные трещины, если они есть, проходили не ближе 30 мм к любому из преобразователей, и на пути прохождения волн между преобразователями не было ни одной трещины. При продольном прозвучивании стойки в этом же месте прибор располагается между пучками продольной арматуры, чтобы максимально уменьшить ее влияние на результат измерений. Для определения положения арматуры используется электромагнитный измеритель защитного слоя бетона. Измерения проводятся, как правило, в местах, где стойка наиболее нагружена, например, со стороны пути.
Сам процесс контроля, если не учитывать осмотр стойки и выбор мест измерений, занимает несколько минут. В выбранном месте прибор в горизонтальном положении прижимается к стойке на 10-15 с, после чего результат измерения считывается с индикатора и записывается в таблицу. Эти действия повторяются дважды, причем прибор заново прикладывается к стойке. Затем получают три результата при вертикальном расположении прибора, и они также заносятся в таблицу. Рассчитываются показатели П1 и П2 и оценивается состояние стойки.
В настоящее время готовится производство модернизированного варианта УЗ-тестера (дефектоскопа) УК1401, который будет автоматически вычислять средние значения времени распространения ультразвука по нескольким измерениям, показатели П1 и П2 и сравнивать их с соответствующими предельными значениями для получения вывода о пригодности опоры к дальнейшей эксплуатации.
Добро пожаловать!
Шаровые опоры - это очень серьёзный элемент передней подвески, автомобилей ВАЗ классика это касается особенно. Там шаровых опор присутствует вдвое больше, чем в переднеприводных автомобилях (4 штуки), за счёт чего автомобиль становится более опасным. Ведь если не уследить и ездить на автомобиле, на котором шаровые опоры вышли из строя, то колесо может просто завалиться на бок. Если Вы будете ехать в это время, то машина сразу же потеряет управление и остановить её будет очень и очень трудно. Яркий пример мы Вам хотим продемонстрировать на видеоролике ниже, где шаровая опора выходит из строя, а правое колесо у автомобиля просто заваливается на бок.
Примечание!
Чтобы осуществить диагностику шаровых опор, Вам потребуются монтировка либо монтажная лопатка, либо лом; кроме того, очень тоненькая палочка нужна будет либо металлическая, либо просто веточка, но, что очень важно, палочка должна быть ровная, без изгибов и тому подобного. (Лучше всего использовать металлическую палочку длиной 5,6 см). И кроме этого всего, будет нужна ещё линейка и небольшой ножичек. Или вместо палочки, линейки и ножа возьмите хороший штангенциркуль, который эти все инструменты заменит!
Всё зависит от местности, где автомобиль эксплуатируется. Если же он эксплуатируется у Вас в очень крупных городах (такие, как Москва), в самом центре города, в основном на идеальных дорогах, либо же в Санкт-Петербурге, где дороги явно не уступают, то с диагностикой подвески можете даже не заморачиваться. Просто раз в год или каждые 100 000 км поглядывайте туда, всё проверяйте и ездите дальше. Но, в основном, автомобили марки «жигули» эксплуатируются в небольших городах, сёлах и тому подобных местах, где дороги, как говорится, оставляют желать лучшего. В таком случае диагностику всей подвески в целом, а также диагностику шаровых опор нужно производить как можно чаще, примерно раз в 20 000 км. Или же после хорошего наезда в глубокую яму на скорости. Таким образом Вы всегда будете уверены в своём автомобиле и не побоитесь эксплуатировать его, так как после тщательной проверки будете с высокой точностью знать о том, что подвеска полностью исправна.
Примечание!
Мало кто придерживается этого, ведь каждые 20 000 км заглядывать в подвеску авто довольно накладно людям, которые чуть ли не каждый день ездят, а эти 20 000 км накатают за очень короткий период. В таком случае диагностику шаровых опор можно производить сразу же после появления глухого стука в передней части авто или при наезде на яму. Обычно такой звук и появляется, когда одна из опор выходит из строя, но пока этот звук не услышишь, не поймёшь, правильно ли работают шаровые опоры или же нет. Возможно, эти стуки даже могут померещиться. Поэтому, чтобы такого не произошло и просто так Вы не лезли в подвеску автомобиля, взгляните внимательно на ролик ниже, в котором демонстрируется автомобиль с неисправной и шумящей шаровой опорой.
Как продиагностировать шаровые опоры на ВАЗ 2101-ВАЗ 2107?
Примечание!
Диагностируются шаровые опоры несколькими способами, самым правильным из которых является последний (третий) способ. Если действовать согласно ему, то Вы сразу же поймёте, нуждается ли опора в замене или пока ещё нет. Но есть большой минус в этом способе, ведь чтобы осуществить его, нужно будет снять шаровые опоры с автомобиля, а для этого нужно время. Поэтому таким способом мало кто шаровые опоры проверяет на исправность. С другой стороны, если правильно выполнять другие два способа проверки, то они тоже дадут свой результат. И если шаровые опоры будут очень сильно повреждены, то, проверив их такими способами, можно будет тоже понять, что они неисправны и подлежат замене.
Способ первый (вывешивание автомобиля и нагружение передней подвески):
- Сперва сорвите все гайки крепления колеса к автомобилю, после чего приподнимите автомобиль с помощью домкрата. Как только он будет висеть в воздухе, полностью раскрутите гайки и снимите нужное колесо с автомобиля (читайте статью « »). После проделанной операции подложите под рычаг нижней подвески дощечки (указаны красной стрелкой) и опустите автомобиль на них. После этого у Вас должно будет получиться так, что автомобиль лёг полностью на подвеску, а если быть точнее, то на пружину. Та часть, на которую одевается колесо (указана синей стрелкой), должна будет повиснуть в воздухе. На этом всё, приступайте к проверке.
- Для осуществления проверки шаровых опор на автомобиле, посредством вывешивания автомобиля, проделайте следующее. Для начала возьмите в руки монтировку (как вариант, лом или монтажную лопатку), после чего вставьте её так, как показано на фотографиях ниже. На большом фото показывается то, как нужно фиксировать монтажную лопатку при проверке верхней шаровой опоры, на маленьком фото – то, как нужно фиксировать её при проверке нижней шаровой опоры. На маленьком фото мало что видно и трудно понять, куда монтажную лопатку нужно вставлять. Но когда будете вживую работать с автомобилем, то сразу всё поймёте и, использовав лопатку как рычаг, поперемещайте её то вниз, то вверх, то вниз, то вверх и т.д. Во время осуществления этой процедуры не повредите пыльник, будьте аккуратны. В том случае, если опора сильно повредится, то подвеска будет сильно гулять и от небольшого усилия уже перемещаться. В таком случае шаровые опоры подлежат замене.
Примечание!
Данным способом лучше всего проверять только верхние шаровые опоры, потому что нижние опоры проверяются чуть-чуть по-другому. Более подробно о том, как это сделать, читайте в способе 2 ниже!
Способ второй (проверка нижних шаровых опор с помощью штангенциркуля):
Начнём сперва с того, что не у всех автолюбителей присутствуют штангенциркули. Если и Вы в оказались в этом числе, тогда возьмите нож, тоненькую проволочку и линейки и также приступайте к проверке. Вначале нужно будет воспользоваться гаечным ключом размером «на 7 мм» (или накидным) и выкрутить полностью с их помощью нижнюю пробку шаровой опоры (указана красной стрелкой). Затем в отверстие засуньте штангенциркуль (на некоторых штангенциркулях специальная тонкая часть есть) и замеряйте расстояние, на которое он войдёт. Если же не получается штангенциркуль засунуть (он упирается в землю например, а домкрата нет) или если его нет, то берите тоненькую проволочку, засовывайте её в отверстие до упора, делайте ножом надрез вровень с торцом шаровой опоры и вынимайте её. Потом измерьте расстояние от конца проволоки и до этого надреза при помощи линейки. Если это расстояние больше, чем 11,8 мм, то шаровая опора подлежит замене.
Способ третий (снятие шаровых опор и визуальных их осмотр):
Это самый долгий способ, но зато Вы будете точно знать, исправны ли шаровые опоры или уже есть в них люфт и они уже все разбиты. Для того, чтобы этот способ осуществить, снимите нужные для Вас шаровые опоры с автомобиля (Как это сделать, читайте в статье « »), после чего осмотрите внимательно пыльник шаровых опор. На нём не должны будут присутствовать трещины, разрывы и тому подобные дефекты. Затем снимите полностью пыльник; убедитесь, что смазка в шаровой опоре есть и что вода, грязь и тому подобное в шаровой опоре отсутствует. Следом возьмитесь рукой за кончик шарового пальца (см. фото ниже) и покачайте его из стороны в сторону. Палец должен будет перемещаться от усилия руки, но тяжело. Если палец болтается и легко перемещается, или же если Вы его даже с места сдвинуть не можете, то такая шаровая опора считается неисправной и подлежит замене.
ДИАГНОСТИКА ОПОР И ФУНДАМЕНТОВ ВЛ
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОЦЕНКИ
Электросетевое строительство в России активно велось с 60-х до середины 80-х годов прошлого столетия. В настоящее время нормативные сроки службы этих объектов заканчиваются. Отсутствие необходимых и достаточных инвестиций для реконструкции объектов электроэнергетики на протяжении последних 10-15 лет привело к накоплению больших объемов «отложенного спроса». В итоге существует крайне серьезная проблема: с одной стороны – огромное число объектов, требующих незамедлительной реконструкции исходя из нормативных сроков службы; а с другой стороны – отсутствие финансовых возможностей для ее выполнения.
Из вышесказанного следует однозначный вывод: необходимо отказаться от «тотальной реконструкции» в пользу «адресно-восстановительного ремонта» и «адресной замены» электросетевого оборудования и конструкций. Начальным этапом этой работы является диагностика конструкций ВЛ. Наряду с традиционными способами всё активнее начинают применяться современные методы диагностики, о которых рассказывают наши новосибирские авторы.
Юрий Гунгер
, к.т.н., генеральный директор
Виктор Чернев
, начальник отдела диагностики электрооборудования
Группа компаний «ЭЛСИ», г. Новосибирск
Целью диагностики является ранжирование оборудования и конструкций по их остаточным эксплуатационным характеристикам с разделением на 3 группы.
Первая из них представляет собой группу продления ресурса, которая включает объекты с нормальными остаточными эксплуатационными характеристиками, несмотря на окончание их нормативного срока службы.
Во вторую группу – «адресно-восстановительного ремонта» – входят объекты, остаточные эксплуатационные характеристики которых могут быть восстановлены в результате выполнения текущего или капитального ремонта.
Третья группа – «адресной замены» – состоит из объектов, остаточные эксплуатационные характеристики которых ниже нормируемых значений и не могут быть восстановлены в результате выполнения ремонта.
В последние годы широкое распространение получили различные методы диагностики электрических аппаратов, как наиболее дорогостоящих и ответственных элементов электрической сети. Также разработаны и внедряются в эксплуатационную практику методы диагностики электрической части воздушных линий (ВЛ) и подстанций (ПС) – проводов, контактных соединений и изоляции.
На этом фоне единственным широко распространенным способом диагностики механической части ВЛ и ПС – опор, стоек под оборудование и фундаментов остаются внешние осмотры, регламентируемые правилами эксплуатации электроустановок. К сожалению, внешние осмотры не могут рассматриваться как сколько-нибудь серьезный способ диагностики, так как такие конструкции наряду с видимыми дефектами могут иметь и скрытые . При этом, учитывая массовость этих элементов в составе любой электрической сети, вероятность возникновения аварий из-за повреждения механической части отдельных конструкций достаточна высока.
На наш взгляд, проблеме диагностики механической части ВЛ и ПС, находящихся в длительной эксплуатации, следует уделять более серьезное внимание. Опыт показывает, что диагностике должны подвергаться все железобетонные конструкции со сроком эксплуатации более 20 лет. Сейчас в России в эксплуатации находятся несколько десятков тысяч железобетонных стоек ПС и несколько сотен тысяч опор ВЛ с железобетонными фундаментами или центрифугированными стойками со сроком службы около 40 лет.
Следует отметить многопараметричность деструктивных процессов, снижающих несущую способность железобетонных фундаментов и стоек опор ВЛ в эксплуатации: это и воздействие грунтово-климатических факторов внешней среды, и влияние вибраций от действия ветровых нагрузок, и другие специфические, в том числе электрофизические, условия функционирования электросети.
В настоящее время достаточно хорошо проработаны следующие методы испытания бетонов на прочность:
Метод стандартных образцов. Образцы кубической формы испытывают через 28 суток после изготовления, для чего они устанавливаются в пресс и нагружаются до разрушения образца.
Использование кернов, выбуренных из конструкции, которые испытываются подобно стандартным образцам под прессом.
Группа методов неразрушающего контроля (НК), основанных на измерении поверхностной твердости бетона.
Первый метод неприменим в эксплуатации. Использование второго метода проблематично, поскольку он ухудшает прочностные характеристики конструкций за счет выбуривания образцов из тела конструкции, а также из-за сложной технической осуществимости такой операции в полевых условиях.
Методы неразрушающего контроля Более приемлемыми являются методы НК, такие как: | Фото 1. Дефектный железобетонный фундамент ВЛ 500 кВ
|
Не только прочность
Прочностные характеристики бетона являются очень важными, но не единственными параметрами, характеризующими надежность и работоспособность железобетонной конструкции. Появление по тем или иным причинам трещин в бетоне может вызывать коррозию арматуры и ослабление несущей способности конструкции изнутри. Оценка коррозионного состояния арматуры проводится электрохимическими методами путем ее поляризации от внешнего источника тока . Сопротивления анодной и катодной поляризации арматуры в неповрежденном и поврежденном бетоне имеют существенные различия, которые и несут информацию о коррозионном состоянии арматуры.
А вот обобщенную оценку состояния всей железобетонной конструкции целиком (фундамента или стойки опоры) можно получить, используя только вибрационные методы диагностики, основаннные на анализе декрементов затухания механических колебаний низкой и высокой частоты, искусственно возбуждаемых в железобетонной конструкции. Между этими параметрами и состоянием бетона, арматуры и их сцеплением между собой существует определенная зависимость . С появлением трещин на бетоне или коррозии арматуры их взаимодействие нарушается, что приводит к снижению несущей способности конструкции.
Наиболее эффективным современным средством контроля технического и коррозионного состояния железобетонных конструкций ПС и ВЛ является комплекс испытаний, использующий ультразвуковые и вибрационные методы оценки механических свойств, а также электрохимические методы определения коррозионного состояния арматуры и металлоконструкций ВЛ.
Для железобетонных конструкций, не имеющих видимых дефектов, комплексные и традиционные обследования имеют примерно одинаковые результаты и временные затраты. В случае, когда имеется скрытый дефект, традиционный способ его определить не может, даже в случае откопки конструкции из земли.
Несмотря на то, что комплексная диагностика является более детальной, при работе с конструкцией, находящейся в нормальном состоянии, она имеет сравнительно небольшие временные затраты (~7 минут). При диагностировании дефектной или даже аварийной конструкции временные затраты увеличиваются в два раза за счет повышенного объема виброконтроля (~14 минут). Традиционный способ при обследовании конструкции в нормальном состоянии с помощью склерометра позволяет уложиться в одну минуту. Однако в случае обследования дефектного фундамента или стойки опоры требуется их откопка (на глубину от 0,5 до 1,5 метров), что увеличивает временные затраты в три-пять раз (по сравнению с комплексной диагностикой).
Обследование фундаментов и опор ВЛ
Группой компаний ЭЛСИ совместно с НПП «Электрокорр» выполнены комплексные обследования фундаментов ВЛ 500 кВ в «Иркутскэнерго» и железобетонных опор ВЛ 110 кВ в «Новосибирскэнерго». В «Иркутскэнерго» по результатам обследований распределение фундаментов по группам выглядит следующим образом:
- в группе продления ресурса фундаментов – 38%;
- группа «адресно-восстановительного ремонта» содержит 62%, из них дефектных фундаментов, требующих срочного ремонта в течение 2006 года, – 19%, фундаментов, ремонт которых может быть выполнен в последующие годы, – 43%;
- аварийных фундаментов обнаружено не было, поэтому в группе «адресной замены» фундаментов – 0%.
- группа продления ресурса содержит 84% стоек;
- группа «адресно-восстановительного ремонта» составляет 8%;
- группа «адресной замены» – 8%.
Основные дефекты
Причинами дефектов железобетонных фундаментов металлических опор являются:
- активное вымывание цементного камня под действием кислой ржавой воды, образующейся из дождевой воды в сочетании с продуктами коррозии стальных стоек опор;
- осыпание и отслаивание бетона и наполнителя, приводящие к оголению арматуры, что в дальнейшем ведёт к коррозии арматуры и потере прочности фундамента;
- незащищенность «оголовника» фундамента от действия процессов «замораживания–оттаивания» влаги.
На фото 1 показано техническое состояние дефектного железобетонного фундамента ВЛ 500 кВ, а на фото 2 – ранее ремонтированного дефектного фундамента.
Причинами дефектов центрифугированных железобетонных стоек являются:
- неплотно прижатые края опалубки, допущенные при изготовлении центрифугированных стоек, следствием чего явилось быстрое разрушение швов полуформ в эксплуатации. Этот дефект зачастую приводит к образованию больших сквозных дыр, оголению арматуры и образованию значительных трещин вдоль швов полуформ (фото 3);
- повреждения, сколы, полученные при транспортировке и установке опор;
- влияние на стойки опор грунтово-климатических факторов (образование на стойке опоры мелких и крупных трещин). Эти дефекты за время эксплуатации также способствовали снижению несущей способности конструкций, что подтверждается данными вибродиагностики.
1. Необходимо вместо «тотальной реконструкции» вменить в практику планирования ремонта электросетевого оборудования локальный «адресно-восстановительный ремонт» и «адресную замену» дефектных элементов и конструкций. Этот подход позволит в рамках ограниченных финансовых и технологических ресурсов обеспечить экономически целесообразный уровень надежности электроснабжения потребителей.
2. Экономический эффект от предлагаемого метода получается за счет исключения из объемов тех опор и фундаментов, ремонт которых может быть обоснованно перенесен на поздние сроки.
3. Главным условием эффективного решения задачи минимизации затрат на ремонты являются достоверные оценки эксплуатационного состояния всех элементов и узлов линий электропередачи, полученные с необходимой точностью в результате применения современного диагностического инструментария.
4. Традиционные методы оценки технического состояния железобетонных электросетевых конструкций, использующиеся в настоящее время, не обеспечивают выявление дефектов в бетоне на ранней стадии их возникновения и не позволяют получить количественные оценки развития этих дефектов во времени из-за большой погрешности получаемого результата.
5. Наиболее исчерпывающую информацию об остаточном эксплуатационном ресурсе железобетонных и металлических стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи дают оценки, полученные с помощью ультразвуковой, вибрационной и электрохимической диагностики состояния.
1. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации / Мин-во топлива и энергетики РФ, РАО «ЕЭС России», РД 34.20.501 – 95. – 15-е изд., перераб. и доп. – М.: СПО ОРГРЭС, 1996. – 160 с.
2. Штенгель В.Г. О методах и средствах неразрушающего контроля для обследования эксплуатируемых железобетонных конструкций // В мире НК. – 2002. – № 2(16). – С.12–15.
3. Ботин Г.П., Попонин С.А., Тарасов А.Г. Ультразвуковой контроль состояния железобетонных стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи / Материалы Первой международной научно-практической конференции «Линии электропередачи – 2004: Опыт эксплуатации и научно-технический прогресс». – Новосибирск, 20–24 сентября 2004.
4. Гунгер Ю.Р., Тарасов А.Г., Чернев В.Т. Ультразвуковой и вибрационный контроль состояния железобетонных стоек опор и фундаментов воздушных линий электропередачи // Электроинфо. – 2005. – № 11. – С. 40–43.
5. Розенталь Н.К. Электрохимический метод исследования коррозии стали в бетоне по поляризационному сопротивлению // Электроснабжение железных дорог / ЗИ: ЦНИИ ТЭИ МПС. – 1993. – № 2. – С. 14–19.
6. Гуков А.И., Чадин А.Б. Аппаратура диагностики опор. Вибрационный и электрохимический методы // Электрическая и тепловозная тяга. – 1981. – № 4. – С. 38–40.
Данная информация может быть примером для составления отчетов по обследованию опор.
Пояснительная записка
к отчету по результатам обследования состояния железобетонных опор
Основание для проведения работ
Работы проводятся в рамках Договора № 07/11 на выполнение работ по ремонту, техническому обслуживанию и диагностическому обследованию объектов электросетевого хозяйства
Общие положения.
Состав диагностических работ:
Проверка состояния железобетонных опор неразрушающим ультразвуковым экспресс - методом
Проверка положения опор
Список линий и количество железобетонных опор, подлежащих диагностике:
ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная 169 опор
ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская 466 опор
ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка 130 опор
ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка 130 опор
ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово 66 опор
Всего подлежало обследованию 961 железобетонная опора.
Результаты обследования опор ВЛ.
Всего фактически было обследовано 1036 промежуточные железобетонные опоры
ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная 165 опор
ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская 504 опор
ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка 130 опор
ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка 130 опор
ВЛ 220 кВ Л-224 Иртышская - Мынкуль 53 опор
ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово 52 опор
Состояние центрифугированных стоек
ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная (165 шт.)
В нормальном состоянии находятся 54 центрифугированные стоки (32,7 %)
В рабочем 102 шт. (61,8%)
В ухудшенном 9 шт. (5,4%)
ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская (506 шт.)
В нормальном состоянии находятся 260 центрифугированные стойки (51,4 %)
В рабочем 170 шт. (33,6%)
В ухудшенном 42 шт. (8,3%)
В предаварийном 34 шт. (6,7%)
ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка (130 шт.)
В нормальном состоянии находятся 75 центрифугированных стоек (57,7 %)
В рабочем 48 шт. (36,9%)
В ухудшенном 5 шт. (3,8%)
В предаварийном 2 шт. (1,54%)
ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка (130 шт.)
В нормальном состоянии находятся 79 центрифугированная стойка (60,7 %)
В рабочем 39 шт. (30,0%)
В ухудшенном 11 шт. (8,46%)
В предаварийном 1 шт. (0,76%)
ВЛ 220 кВ Л-224 Иртышская - Мынкуль (53 шт.)
В нормальном состоянии находятся 37 центрифугированных стоек (69,8 %)
В рабочем 11 шт. (20,8%)
В ухудшенном 2 шт. (3,8%)
В предаварийном 3 шт. (5,7%)
ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово (52 шт.)
В нормальном состоянии находятся 31 центрифугированные стойки (59,6 %)
В рабочем 18 шт. (34,6%)
В ухудшенном 1 шт. (1,9%)
В предаварийном 2 шт. (3,8%)
Заключение
Обследованные железобетонные опоры ВЛ 220 кВ Омского предприятия МЭС Сибири находятся в рабочем состоянии, с некоторыми эксплуатационными отклонениями значений контролируемых параметров отдельных элементов от нормального состояния.
Основными видимыми дефектами железобетонных конических и цилиндрических стоек СК-5, СК-7 и СН-220, из которых выполнены железобетонные опоры большинства обследованных ВЛ, выявленными в ходе их обследования является:
Локальное оголение арматуры и незначительное продольное растрескивание бетона (рабочее состояние)
Наклоны центрифугированных стоек более допустимых пределов (ухудшенное состояние)
Наличие поперечных трещин в бетоне выше допустимого размера (предаварийное состояние).
Однако в ряде случаев инструментальный контроль не подтвердил предаварийную опасность имеющихся у стоек опор поперечных трещин. В связи с этим те опоры, у которых ещё имеется достаточный расчётный ресурс по несущей способности бетона и арматуры, и которые отнесены к предаварийному состоянию только по наличию поперечных трещин в опасном сечении стоек, в качестве ремонтно-профилактических работ были выбраны менее затратные мероприятия. Рекомендуемыми мероприятиям для некоторых таких опор вместо из замены стали: дополнительный контроль состояния 1 раз в 3 года, защита от ВОС (воздействия окружающей среды), установка временных металлических бандажей. Для проверки правильности отбраковки центрифугированных стоек железобетонных опор на основе данных инструментального контроля их состояния желательно проведение механических испытаний предельной несущей способности стоек в эксплуатации. Такие испытания уже проводились нами ранее (Приложение 1) и показали степень опасности тех или иных дефектов для несущей способности стоек.
Согласно Инструкции по эксплуатации ВЛ опоры, находящиеся в рабочем состоянии, требуют проведения косметического ремонта, а опоры, имеющие наклон выше допустимого предела (более 3,0 градусов), необходимо выправлять немедленно. Однако в некоторых случаях выправка железобетонных опор бывает нежелательной из-за её большего вреда, чем пользы. Речь идёт об изначально невертикальной установке железобетонной опоры в подготовленный котлован. Такое происходит, когда рельеф трассы ВЛ не даёт возможности получить строгую вертикальность котлована под установку железобетонной опоры, либо когда неверно установлены ригели (Рис. 1). В любом случае, если вертикальность опоры не обеспечена в период строительства ВЛ, и за время её эксплуатации не произошло существенного изменения значения первоначального наклона опоры, то приведение такой опоры в вертикальное положение, например, методом ОРГРЭС, может привести к преждевременному появлению у опоры поперечных трещин и ослаблению бетона опоры в зоне максимального изгибающего момента (Рис. 2). Правильнее в таких случаях либо организовывать наблюдение за наклонными опорами с целью определения тенденций и скоростей их наклона, либо переустанавливать опоры в новый котлован.
Рис. 1. Наклон опоры № 193 вдоль ВЛ 220 кВ Д-9 «Лузино - Называевская»
Известно, что случайные (или постоянные) эксцентриситеты от внешней нагрузки на опору воспринимаются арматурой железобетонной стойки, а сам бетон, в основном, несёт сжимающую нагрузку. Поэтому до тех пор, пока арматура железобетонной стойки способна обеспечивать предварительное напряжение бетона на уровне, существенно превышающем разрывное усилие, возникающее в бетоне из-за наклона стойки, опора способна выполнять свои рабочие функции без выправки.
Известно, также, что под слоем неповреждённого бетона коррозия арматуры невозможна из-за пассивации её поверхности под действием щелочного порового раствора бетона (водородный показатель раствора бетона рН составляет порядка 10-12).
Поэтому для поддержания долговечной работы железобетонной опоры, имеющей наклон и глубокие трещины, иногда важнее становится косметический ремонт повреждённого бетона с защитой его от воздействия окружающей среды. Например, пропиткой его поверхности и имеющихся трещин высокоадгезионными защитными материалами (типа Сибирь-ультра) и закрытием верхнего отверстия стойки от попадания внутрь неё атмосферной влаги.
Например, обследованные нами в 2010 году 274 шт. железобетонные опоры ВЛ 220 кВ «Тюмень-Тавда» (МЭС Западной Сибири), построенной в 1964 году с применением цилиндрических центрифугированных стоек СН-220, оцинкованных траверс и оцинкованных металлических крышек, закрывающих верхнее отверстие стойки, практически в полном составе сохранили свою несущую способность (рис 3). Хотя среди них были и наклонные стойки (Рис. 4).
Рис. 2. Поперечные трещины, возникшие в бетоне наклонно установленной центрифугированной стойки опоры № 875 ВЛ 225 из-за её выправки.
Рис. 3. Верх опоры № 45 ВЛ 220 кВ «Тюмень - Тавда» закрытый металлической оцинкованной крышкой с момента строительства ВЛ
Рис. 4. Виден наклон опоры № 44 ВЛ 220 кВ «Тюмень-Тавда»
Выводы
1. В каждом конкретном случае обнаружения наклона железобетонной опоры, превышающем допустимый предел, первоначально необходимо организовать за ней наблюдение с целью определения тенденций и скоростей наклона, а также развития имеющихся дефектов. В случае возникновения опасных тенденций или угроз необходимо либо переустановить опору в новый котлован, либо заменить её. Аналогичный подход может быть применён и к стойкам, имеющим ещё неразвившиеся (неопасные) поперечные трещины.
2. Предаварийное состояние некоторых стоек (менее 4,5% от обследованных) вызвано наличием поперечных трещин, появление которых связано как с выправкой опор, так и со сверхкритическими внешними воздействиями. Всего таких стоек насчитывается 42 штук, которые необходимо заменить до 2016 года. В том числе замене подлежат стойки опор № 9 на каждой ВЛ 220 кВ Д-13 и Д-14 и стойки опор № 74, 85, 120, 181 и 183 на ВЛ 220 кВ Д-1.
В течение года необходимо переустановить или заменить опору № 152 на ВЛ 220 кВ Д-9, имеющей наклон более 7 градусов, и установить на опорах № 172 и 350 этой ВЛ в зоне их интенсивного растрескивания металлические бандажи.
О диагностике железобетонных опор
Недавно Управление электрификации и электроснабжения (ЦЭ) МПС РФ совместно с ВНИИЖ-Том разработало техническое указание К-3-94, дополняющее Указания го техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети К-146-88. Оно предназначено для дистанций электроснабжения, использующих различные методы и средства диагностики железобетонных опор контактной сети.
В новом документе уточнена цель диагностики Она проводится для определения фактической несущей способности конструкций, выявления опор с недостаточной прочностью и предупреждения их падения
Снижение несущей способности опор объясняется преимущественно двумя причинами: старением бетона в надземной части, электрокоррозией арматуры в подземной части конструкций. Старение развивается во всех опорах независимо от рода тягового тока в результате природно-климатических и эксплуатационных воздействий. Оно сопровождается снижением его прочностных характеристик.
Наиболее интенсивно этот процесс протекает в опорах с низким качеством изготовления стоек в суровых климатических условиях. Агрессивная среда ускоряет старение бетона. При хорошем качестве изготовления стоек опор и в умеренных климатических условиях процесс развивается достаточно медленно.
В подземной части опор при отсутствии агрессивности грунтов и незначительном влиянии климатических факторов старение бетона практически не отмечается. Напротив, его прочность со временем даже возрастает. В агрессивных грунтах потеря бетоном своих прочностных свойств определяется видом и содержанием агрессивных веществ.
Элекгрокоррозия арматуры в подземной части опор возникает при протекании токов утечки с рельсов по арматуре при низком омическом сопротивлении опор и неисправных защитных устройствах. Наибольшая опасность электрокоррозии арматуры наблюдается в анодных и знакопеременных зонах, когда плотность стекающего тока превышает 0,6 или сопротивление опоры менее 25 Ом на каждый вольт потенциала «рельс - земля».
На участках с опорами, объединенными групповыми заземлениями опасны во всех случаях опоры, омическое сопротивление которых менее 100 Ом. Это объясняется возможностью их разрушения перетекающими оками.
В зависимости от места обследования опор и причин, вызывающих снижение их несущей способности различают диагностику надземной части и подземной части опор. Проверка надземной части позволяет оценить несущую способность опор, которая изменяется вследствие старения бетона и уменьшения его прочностных характеристик. Диагностика подземной части проводится для оценки состояния и несущей способности опор при электрокоррозионном повреждении арматуры, а также в случаях разрушения бетона агрессивными грунтами.
Вид ко: троля зависит от рода тягового тока. Так, на участках переменного тока, где нет электрокоррозионной опасности для арматуры в основном следует диагностировать надземную часть опор. В подземной части диагностику проводят в случаях, когда обнаруживают признаки повреждения опор в надземной части.
Если таких признаков нет, то подземную часть проверяют выборочно на 1 - 2 опорах из каждых 100опор раз в 6 лет На участках постоянного тока в обязательном порядке проводят оба вида диагностики.
В свою очередь, диагностика надземной части опор может быть выборочной или сплошной. Выборочная позволяет установить несущую способность опор, у которых при визуальном осмотре выявлены какие либо повреждения: трещины, выбоины, выветривание поверхностного слоя, его шелушение и т.п., а также замечены прогибы в зоне консоли.
При проведении выборочной диагностики рекомендуется проверять также состояние анкерных опор и опор в кривых малого радиуса независимо от наличия на них повреждений. Первую выборочную проверку необходимо провести не позднее 3 лет после сдачи участка в эксплуатацию. В последующем контроль осуществляют не реже 1 раза в 3 года на участках постоянного тока и 1 раз в 6 лет на участках переменного тока.
Сплошная диагностика необходима для определения фактической несущей способности всех опор. При обычных условиях эксплуатации, когда нет чрезмерной агрессивности среды и признаков ускоренного старения опор, первая сплошная диагностика осуществляется через 20 лет после ввода участка.
При сохранении тех же условий эксплуатации вторая сплошная диагностика проводится через 10 лет после первой Последующие обследования назначают индивидуально для каждого участка в зависимости от состояния опор и с учетом данных предыдущих диагностирований.
На участках с тяжелыми условиями эксплуатации, чрезвычайно агрессивной средой (в зоне промышленных предприятий побережья морей и озер) сплошную диагностику опор необходимо проводить более часто, устанавливая эти сроки, исходя из условий обеспечения безопасности движения поездов.
Надземную часть опор обследуют с помощью ме года неразрушающего контроля. Для этого необходимо использовать измеритель толщины защитного слоя бетона ИЗС-10Н ультразвуковой прибор УК-14ПМ, определяющий прочность бетона. Перед применением приборы должны быть проверены в соответствии с инструкцией по эксплуатации и находиться в работоспособном состоянии.
Рассмотрим последовательность проверки. Вначале по книге опор (форма ЭУ-87) уточняют тип конструкции (СЖБК ЖБК, СК, металлические и др.), ее нормативную несущую способность (3,5; 4,5; 60; 8" 10 те м), назначение (консольная, переходная, анкерная, фиксаторная, жестких поперечин) и срока службы (год установки) Используют также исполнительную документацию, паспорта на конструкции, сохранившуюся на стойках маркировку, результаты внешнего осмотра.
Чтобы установить тип железобетонных стоек опор при отсутствии маркировки и исполнительной документации, рекомендуется пользоваться также прибором ИЗС-10Н. Для этого указатель диаметров на его передней панели устанавливают на цифру «41», а преобразователь перемещают по окружности стойки опоры.
Если показания прибора изменяются от 3 - 4 до 10 -15 мм то данная стойка ЖБК Если стрелка прибора постоянно показывает 15 - 18 мм, то данная стойка СЖБК. Уточненные данные заносят в книгу опор или в ПЭВМ в соответствии с программой «Опоры» НТЦх«Эридан 1».
С учетом данных предыдущих обследований, проведенных в соответствии с требованиями Указаний по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети (К-146-88), выбирают опоры с повреждениями и дефектами, а также анкерные опоры и опоры в кривых малого радиуса.
На каждой из них с помощью ультразвукового прибора УК-14ПМ измеряют время распространения ультразвука в бетоне и определяют косвенные показатели, необходимые для оценки несущей способности опор. Изменения и оценка несущей способности опор осуществляется в соответствии с «Рекомендациями по оценке несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети ультразвуковым методом».
При сплошной диагностике время распространения ультразвука и несущую способность определяют для всех опор, в первую очередь для наиболее старых конструкций. Результаты анализируют и разделяют опоры на группы в зависимости от их остаточной несущей способности.
К первой группе относят все опоры, у которых измеренные показатели несущей способности не ниже минимального значения, установленного нормативно-технической документации (не менее , где - нормативная мощность стойки, 1,6-минимальный коэффициент запаса). Такие опоры продолжают эксплуатировать без ограничений, следующий срок обследования назначают в соответствии с установленной периодичностью.
Ко второй группе относят все опоры у которых несущая способность оказалась ниже уровня, установленного нормативно-технической документацией (менее ), где но превышает величину нормативного изгибающего момента (более Для таких конструкций определяют их фактическую несущую способность по таблице, указанной в рекомендациях, и вычисляют фактический изгибающий момент от внешней нагрузки в уровне условного образа фундамента (на отметке 0,5 м ниже головки рельса).
Если фактическая несущая способность опор превышает значения (фактический изгибающий момент в уровне условного обреза фундамента от суммарной внешней нагрузки), то такие опоры продолжают эксплуатировать. Однако их обязательно обследуют каждые 3 года В случаях, когда фактическая несущая способность оказывается менее , но более опоры устанавливают на оттяжки и заменяют в течение 2 - 3 лет (в первую очередь - с наиболее низкой несущей способностью).
К третьей группе относят опоры, у которых по данным измерений косвенных показателей несущая способность оказывается ниже минимально допустимого значения, требуемого для восприятия внешних нагрузок Подобные конструкции считают исчерпавшими свой ресурс и меняют. До замены опоры ставят на оттяжки и при возможности частично разгружают.
Диагностика подземной части опор на участках постоянного тока проводится для определения состояния арматуры. Ока включает следующие этапы-оценку электрокоррозионкой опасности для арматуры опор; определение фактического состояния арматуры опор находящихся в опасных в злекрозионном ом отношении зонах.
При этом следует придерживаться следующего порядка. На всех перегонах и участках измеряют потенциалы «рельс - земля» и определяют примерные границы анодных, катодных и знакопеременных участков Потенциальные диаграммы строят в соответствии с Указаниями по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактной сети. Данные измерений оформляют в виде потенциальных диаграмм участков.
В пределах каждой потенциальной зоны иэмеряют сопротивление растеканию тока каждой опоры. В первую очередь, они необходимы в анодных и знакопеременных зонах. При индивидуальных заземлениях измерения проводятся методом амперметра - вольтметра приборами М231 или с помощью измерителя сопротивлений МС07 (08).
При групповых заземлениях измерения проводят в два этапа. На первом фиксируют входное сопротивление группы. Если оно более 100 Ом, то сопротивления каждой опоры не контролируют Если входное сопротивление менее 100 Ом, то ищут низкоомные опоры в группе.
На втором этапе осуществляется их поиск Для этого либо измеряют сопротивление каждой опоры, отсоединив ее от группового заземления, либо градиент потенциала вблизи опоры с использованием дополнительного источника тока, включаемого между тросом рельсом, и приборов АДО или «Диакор» Методика поиска низкоомных опор с применением названных приборов содержится в прилагаемой к ним инструкции.
По данным потенциальных условий и измерений сопротивлений опор или входных сопротивлений групповых: заземлений оценивают электрокоррозионную опасность для арматуры. Опоры, у которых плотность тока утечки превышает 0,6 , или ток утечки превышает 40 мА, или градиент потенциала вблизи их более 0,1, или их сопротивление менее I00 Ом считаются опасными в отношении электрокоррозии и их подземная часть должна быть обследована.
В особо сложных условиях эксплуатации используют метод построения электрокоррозионных диаграмм, чтобы оценить границы электрокоррозионной опасности и установить интенсивность элекгрокоррозионных диаграмм Он основан на применении интегрирующих датчиков.
Интегрирующий датчик электрокорроэии представляет собой бетонную призму сечением 20x20 мм и длиной 150 мм. Внутри ее имеется металлический электрод, выступающий на 20 мм над одной торцовой гранью и имеющий такой же защитный слой у другой. Электроды изготавливают из проволоки такого диаметра и класса, как и применяемая для опор. Перед установкой в датчики их тщательно взвешивают с точностью до 0,01 г маркируют.
Подготовленные электроды устанавливают в формы и заливают цементирующим раствором или бетоном, состав которого подобно используемому при изготовлении опор. При отсутствии данных о составе бетона опор используют растворную или бетонную смесь с расходом цемента не менее 450 . После бетонирования датчики выдерживают в формах не менее 7 дней и затем освобождают от опалубки.
Подготовленные датчики снабжают изолированным проводником длиной 2,5 - 3 м. Место его присоединения к электроду тщательно изолируют битумной мастикой или клейкой лентой. После оборудования датчик закапывают в грунт в створе на расстоянии 2 - 3 м и подсоединяют к защитному устройству со стороны рельса. Глубина заложения датчика принимается равной примерно 0,5 м.
При индивидуальных заземлениях опор устанавливают один датчик на километр пути, при групповых - один на группу опор. В последнем случае он располагается в месте расположения защитного блока. Присоединенные к рельсу интегрирующие датчики находятся под во действием токов утечки в течение 3-6 мес, затем их извлекают из грунта.
Датчики разбивают и электроды извлекаются. Их очищают от ржавчины, изоляции и снова взвешивают с точностью до 0,01 г. По результатам начального взвешивания и взвешивания после злекгрокоррозионного воздействия определяют потери металла и рассчитывают удельный вынос металла в . для каждого датчика.
Затем на графике по горизонтали наносят в масштабе места установки датчиков и в них откладывают вертикальные отрезки, изображающие удельный вынос металла Концы отрезков соединяют линиями. Полученный график представляет собой электрокоррозионную диаграмму. Она позволяет определит участки с наибольшей электрокоррозионной опасностью, принять меры защиты опор и ограничить диагностику опор только этими участками.
Фактическое состояние арматуры опор, предрасположенных к электрокорроэии, определяют с помощью приборов АДО или «Диакор» УК 14ПМ. Используя прибор АДО, оценивают значение суммарного переходного потенциала после положительной и отрицательной поляризации внешним источником тока, прибор «Диакор» - время достижения потенциалом поляризации контрольного значении.
Если суммарный переходный потенциал арматуры оказывается более 0,75 В или время достижения значения потенциала поляризации в 0,6 В составляет менее 5 мин то считают, что арматура о юры не корродирует и находится в исправном состоянии. Когда суммарный переходный потенциал или время достижения потенциалом контрольной величины оказывается меньше отмеченных величин, обязательно о обследуют подземную часть опор.
Для этого ее откалывают. Если обнаруживают трещины отслоения бетона, выходы ржавчины, то делают вывод о коррозионном разрушении арматуры Опора с такими повреждениями заменяется. При отсутствии видимых повреждений на поверхности опоры подземную часть обследуют прибором УК-14ПМ на наличие скрытых трещин.
Когда резких отклонений показаний прибора в различных местах измерений нет, говорят, что внутренние повреждения и коррозия арматуры отсутствуют. В аком случае проверяют защитные
устройства, и опора продолжает эксплуатироваться. Если имеются признаки скрытых трещин, то опору устанавливают на оттяжки и в последующем заменяют. Воэмож ы ситуации когда приборов АДО или «Диакор» нет. Тогда состояние подзем ой части опор может быть проверено при бором УК-14ПМ. В этом случае откапывают все опоры, оцененные как опасные в электрокорро-зионном отношении.
Обследова ие подземной части опор проводят каждый раз после их длительной (3 - 4 мес) эксплуатации с неисправными защитными устройствами. При исправных защитных устройствах проверка состояния опор с электрокоррозионной опасностью должна проводиться не реже 1 раза в 3 года.
Оценивая состояние одземной части опор, необходимо анализировать величин! сопротивления одних и тех же опор в разные годы. Его снижение с течением времени может свидетельствовать о выходе иэ строя изолирующих втулок. Особую настороженность вызывают случаи, когда сопротивление опор резко повышается с низкого др высокого значения.
Подобное возможно по нескольким причинам: в результате коррозии арматура разрушена полностью и исчезла электрическая цепь через нее; после случайного разрыва контакта между арматурой и закладным болтом и образования зазора между ними, вследствие образования на арматуре продуктов коррозии без разрушения защитного слоя бетона Такие опоры особенно тщательно обследуют и после этого принимают решение о их дальнейшей эксплуатации
Подземную часть опор при повреждении бетона агрессивной средой проверяют после их отко ки на 0,7 -1 м. Методика проверки ничем не отличается от диагностики опор в надземной части При выборочной диагностике подземной части опор на участках переменного тока для контроля выбирают конструкции, находящиеся в наиболее неблагоприятных условиях. Ик откапывают и выдерживают в таком состоянии 4-5 дней. Затем проводят необходимые измерения по той же методике, что и измерения в надземной части. Так же оценивают и несущую способность конструкций.
На участках постоянного тока проверка надземной и подземной частей опор может совмещаться или проводиться раздельно Конкретна пос^едова тельность работ определяется состоянием опор. У металлических опор надземную часть диагностируют в соответствии с Инструкцией по оценке несущей способности и содержанию металлических опорных конструкций контактной сети и прожекторных мачт, а фундаментную часть в соответствии с Указаниями по техническому обслуживанию и ремонту железобетонных опорных конструкций контактно сети (К-146-88).
По результатам диагностики оценивают состояние парка опор. Анализ включает общие данные числа опор на дистанции (дороге), в том числе железобетонных и металлических, подробную характеристику парка железобетонных опор по типам и срокам службы.
В.И. ПОДОЛЬСКИЙ,
заведующий лабораторией
опор контактной сети ВНИИЖТа
Б.Ф. КОЖАНОВ,
главный технолог ЦЭ МПС
