Оптимизация расстановки опор при проектировании воздушных линий электропередачи на пересеченной и горной местности

Актуальность работы. В основных направлениях социального и экономического развития СССР на I981−1985 г. г. и на период до 1990 г. с целью повышения надежности и качества электроснабжения народного хозяйства предусматривается дальнейшее развитие единой энергетической системы Советского Союза /I/. В одиннадцатой пятилетке намечается сооружение линий электропередачи порядка 188 тыс. км напряжением 35 кВ и выше / 2 /. Поэтому вопросы, связанные с повышением эффективности электросетевого строительства, приобретают все большее значение, так как сооружение современных линий передач требует больших материальных и трудовых затрат.

Вопросы поиска неиспользованных резервов, нахождение экономически рациональных и технически целесообразных решений для воздушных линий электропередач (BJI) приобретают особо важное значение в связи с увеличением масштабов их строительства, особенно в сложных природно-географических условиях.

Большие резервы экономии средств и материалов залажены в совершенствовании проектных решений и в оптимизации расстановки опор на пересеченной и горной местности.

В настоящее время экономика расстановки опор в основном связана с выбором оптимального количества опор одинаковой высоты на анкерованном участке. Расстановка опор по профилю осуществляется, как правило, исполнителем вручную, при помощи разбивочного шаблона, кривые которого построены с применением опоры одной стандартной высоты, с одной несущей способностью (прочностью). Но при сложных трассах с большим количеством пересечений, а также проходящих по пересеченной и горной местности, возможности этого т.н. графоаналитического метода ограничены и тем самым теряется возможность экономии материалов и капитальных затрат, которая заложена в использовании рельефа местности, путем установки опор разной высоты и разной несущей способности. Особенно это сказывается в сложных условиях трассы — средне-, сильнопересеченной и горной местности. При этом, по сравнению с применением опор одинаковой высоты и одной несущей способности, существенно расширяется множество допустимых решений и появляется возможность выбора наиболее эффективного варианта. Однако, оценка экономии материалов и капитальных затрат возможна только с помощью многовариантных расчетов, что невозможно с применением разбивочных шаблонов.

Именно это обстоятельство привело к необходимости автоматизации процесса расстановки опор с помощью математического моделирования и ЭВМ.

Разработка методики оптимальной расстановки опор разной высоты и разной несущей способности связана не только с вопросом улучшения (удешевления) проекта ВЛ, но и с постановкой вопроса о целесообразности изменения самого принципа массового применения опор одинаковой высоты.

Кроме того, разработанная методика дает возможность проанализировать эффективность унификации, дать предложения по наиболее рациональной градации опор как по высоте (опоры разной высоты), так и по их несущей способности (опоры разной несущей способности).

Целью работы является удешевление воздушных линий для пересеченных и горных районов, путем применения опор разной высоты и разной несущей способности.

В соответствии с этим предстояло решить следующие задачи: — разработать методику, алгоритм и программу расстановки опор ВЛ по продольному профилю трассы с учетом особенностей пересеченных и горных районов;

— провести технико-экономический анализ целесообразности широкого применения в указанных районах опор разной высоты и разной несущей способности (на основе обработки реальных трасс), с разработкой соответствующих рекомендаций для получения оптимального числа модификаций опор как по высоте, так и по несущей способности.

Научная новизна. В диссертации предложена новая методика и определена ее экономическая эффективность для реальных трасс (с учетом особенностей прохождения линий по пересеченной и горной местности).

По сравнению с известными работами, решены следующие задачи:

1. Предложена схема рациональной обработки продольного профиля трассы линии электропередачи при расстановке опор с помощью ЭВМ. В целях автоматизации процесса обработки исходной информации о трассе линии разработаны алгоритмы и соответствующие программы ее подготовки, учета особенностей трассы и схема перемещения ин№ формации о трассе.

2. Разработана методика для определения точки касания габаритной кривой с поверхностью земли при решении задачи расстановки опор на ЭВМ.

3. Разработаны алгоритмы (программы): учета особенностей проверки промежуточных опор на механические нагрузки, на «вырывание» и недопустимое приближение проводов к опоре при поперечном ветре, для контроля тяжения провода в пролете.

4. Предложены схемы (алгоритмы и программы) формирования вариантов расстановки опор и ее оптимизации при наличии фиксированных точек для анкерных опор.

5. Разработаны алгоритм и соответствующая программа, позволяющие получить окончательные результаты в виде результирующей таблицы.

Методы исследования. Исследование осуществлялось по единому плану, включающему теоретическую постановку задачи, выбор и обоснование метода решения, разработку алгоритма и программы с проведением последующих расчетов на ЭВМ и технико-экономическим анализом результатов. Для анализа результатов применяется метод многовариантных расчетов с последующей экспертной оценкой.

Работа относится к классу задач дискретного программирования большой размерности, для решения которой разработан алгоритм с применением принципов комбинаторного метода дискретного нелинейного программирования.

При этом учитываются особенности расстановки опор на пересеченной и горной трассе ВД.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика позволяет получить: I) экономически и технически обоснованную расстановку опор ВЛ с применением опор разной высоты и разной несущей способности, при сложных природно-ге (c)графических условиях района сооружения линии электропередачи- 2) экономическую оценку оптимальных вариантов унификации опор и целесообразности применения конструкций опор разной высоты и разной несущей способности.

Предлагаемая методика реализована в виде комплекса алгоритмов и программ, т. е. доведена до конкретной практической реализации. Сервисная часть программы позволяет получать результаты по формам, наиболее удобным для проектной практики.

Апробация работы. Основное содержание диссертации отражено в 3-х печатных работах. Отдельные положения работы и результаты исследований докладывались и обсуждались на Первой научно-технической конференции аспирантов и молодых научных сотрудников района им. Ордаоникидзе (Тбилиси, 1970 г.), на XX Республиканской научно-технической конференции ШИ им. В. И. Ленина (Тбилиси, 1976 г.), на Всесоюзном научно-техническом совещании по проектированию и строительству ЛЭП в условиях высокогорья (г.Фрунзе, 1976 г.).

Реализация работы. Материалы проведенной работы вошли в 5 научно-технических отчетов ГрузШИЭГС.

Результаты исследования вопроса оптимизации расстановки опор использованы Отделением дальних передач (ОДП) Всесоюзного проект-но-изыскательского и научно-исследоЕательского института «Энерго-сетьпроект» для оценки целесообразности и области применения опор разной высоты, как с модификацией опор по несущей способности, так и без нее.

Конкретная реализация комплекса программ оптимальной расстановки опор рекомендуется:

— при проектировании ВЛ в горных или пересеченных районах с применением опор с модификацией по высоте и по несущей способности (при этом экономия строительных материалов достигает примерно 9% от общего расхода материалов на опоры и фундаменты);

— при выборе экономической унификации опор ВЛ.

I. ЗАДАМ РАССТАНОВКИ ОПОР.

Достижения последних лет в освоении новых отдаленных районов, общий рост потребления электроэнергии и, в связи с этим, необходимость увеличения генерирующих мощностей, развитие строительства крупных энергетических узлов в горных условиях, необходимость охраны окружающей среды и централизованного электроснабжения потребителей приводят к увеличению потоков мощностей по линиям электропередачи и к необходимости транспортировки электроэнергии на большие расстояния, что ведет к необходимости повышения номинального напряжения воздушных линий.

Как правило, с увеличением номинального напряжения линии, в зависимости от сложности условия на трассе, капиталовложения на ВЛ увеличиваются. Этим объясняется то, что на сегодняшний день транспортировка больших количеств электроэнергии на большие расстояния является одной из важных проблем": энергетики /3/. В связи с этим, становится необходимым выявление неиспользованных резервов. К настоящему Бремени большое значение приобретают работы, повышающие качество и эффективность проектных решений ВЛ. К ним относятся исследования выбора номенклатуры сечении проводов высоковольтных линий /4/, совершенствования конструктивных схем элементов линии /5−8/, сокращения трудоемкости, стоимости и продолжительности сооружения ВЛ /9,10/.

Как отметили выше, увеличение напряжения и длины линии обусловлены потребностями современности. Естественно, что вопросы проектирования (планирования) и строительство ВЛ сегодня и в будущем должны решаться с применением новейших средств. Для обеспечения требуемого уровня важны исследования, основанные на использовании тех возможностей, которые открывают прогрессивные методы и достижения в математической теории для прикладных целей и которые позволяют перейти на автоматизированное оптимальное проектирование. Имеются работы, посвященные вопросам автоматизированного проектирования ВЛ с помощью ЭВМ и с разработкой общей программы автоматизации процесса проектирования ВЛ /11−17/. Разработаны программы на ЭВМ для автоматизации процесса переработки информации, изыскания трассы /18,19/ и получения чертежа профиля с помощью графопостроителя /20/.

Особого внимания заслуживают работы, связанные со строительством ВЛ на пересеченных и горных районах, в которых подняты и обоснованы вопросы касающиеся целесообразности применения принципов стандартного проектирования для ВЛ в сложных природно-ге (c)графических условиях /14−17, 24−25/.

Предлагается дифференцированный подход к учету специфических особенностей местности сооружения ВЛ, что означает при необходимости переход от типовых на индивидуальные проектные решения / 24, 25 /.

Как правило, сегодня широко применяется типовое проектирование, по принципу которого для проектирования ВЛ применяются опоры одной стандартной высоты — опоры другой высоты применяются лишь в крайних случаях, когда местными условиями на трассе невозможна установка опоры данной стандартной высоты.

С широким применением стандартизации упрощается производство строительных конструкций, для ВЛ — опор, фундаментов и проводов (в соответствии с напряжением).

Широкое применение опор одинаковой (стандартной) высоты обосновано выбором экономической высоты (пролета) опоры и оправдывается на прямолинейных профилях с однородными условиями района прохождения трассы.

Однако, при проектировании ВЛ на пересеченной и горной местности применение опор одинаковой высоты связано с неполным использованием высоты некоторых установленных опор, в пролетах между ними сосредоточены значительные запасы вертикального габарита и длины этих пролетов отличаются от длины экономического пролета.

Получается, что такие линии запроектированы с перерасходом строительных материалов /23/. По этой причине возник вопрос пересмотреть и по новому решить некоторые методические и конструктивные вопросы, которые до настоящего времени применяются для проектирования (планирования) и строительства ВЛ. В частности, особого внимания заслуживает конструктивное решение горных ВЛ. В связи с этим требует решения вопрос применения унифицированной серии опор для горных ВЛ, с помощью которых дается возможность широко и рационально варьировать высоту опоры в соответствии с рельефом местности /70−73/.

Влияния местных условий на стоимость строительства ВЛ проанализированы на основе фактических данных о ВЛ /26 /. Авторы считают, что для снижения стоимости строительства ВЛ необходимо внедрение автоматизированных систем проектирования (САПР).

Анализируя эти работы, следует заключить, что с целью совершенствования проектных решений назрел вопрос корректировки некоторых существующих норм, стандартов и унификаций, применяемых для ВЛ проходящих в сложных природно-географических условиях.

Разделяя целиком такой подход к проектированию ВЛ, по нашему мнению, необходимо расширить унификацию основных конструктивных элементов линии и их стандартизации. Это не означает, что вообще отказаться от унифицированных опор, наоборот, с применением унифицированных конструкций и, при необходимости, расширением их унификации можно получить оптимальные проектные решения.

С целью рационального сочетания высоты опоры применительно к рельефу местности, нами предлагается массовое применение опор разной высоты и разной несущей способности, широкое использование которых в нашей проектной практике пока не применено. Решением этого вопроса задача расстановки опор на пересеченной и горной местности становится многовариантной и дается возможность оптимизировать проектные решения линии. Сегодняшний уровень развития математического моделирования и ЭВМ позволяет автоматизировать многовариантный процесс расстановки опор разной высоты и разной несущей способности.

Опираясь, с одной стороны, на принципы традиционного метода расстановки опор /27−47/ и, с другой стороны, на достижения в области математического моделирования и ЭВМ /48,49,86−102/, нами разработана методика, позволяющая оптимизировать расстановку опор на пересеченной и горной трассе.

В настоящей главе рассматривается графоаналитический (ручной) метод (1.1.) и дан обзор литературы по расстановке опор с применением ЭВМ (1.2.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Представленная автором методика мож^г 'быть'рекоЙёндирована проектным организациямв первую очередь инстаггул^ «» ЗнерШс^тьпроект" .

2. Необходимо добиться включения в перечень унифицированных опор разной высоты и разнойнесущей способности для горных" линий электропередачи, что обеспечит определенную. экономию-средств-и материалов.

Зам.главного инженера,. треста «Кавказэлектросетьстрой^Д I (У I ^.

А. Л. 1 «игинейшвил и.