Автор статьи
Марина Ермошина

Реализация такого масштабного проекта мирового уровня в России, да ещё и на территории Санкт-Петербурга, не могла обойтись без привлечения санкт-петербургской научной школы, и в том числе — участия специалистов компании «Стример», обладающих уникальными компетенциями в области высоковольтного оборудования, молниезащиты, строительных конструкций. По заданию генерального проектировщика «Союз-Сети», одной из опытнейших в России инженерно-строительных компаний, под руководством «Стримера» были разработаны концепции двух лабораторных комплексов: комплекса линий ультравысокого напряжения (УВН) и комплекса механических испытаний.

Руководителем разработки концепции комплекса линий УВН стал технический директор, к.т.н. Александр Дмитриевич Сиваев. Научную основу творческого коллектива образуют как сотрудники «Стримера» — д.т.н. Георгий Викторович Подпоркин, к.т.н. Владимир Евсеевич Пильщиков, Виталий Иванович Млынчик, так и ведущие специалисты в области техники высоких напряжений, имеющие многолетний опыт проведения высоковольтных исследований. В состав команды проекта вошли представители Научно-исследовательского института по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения (НИИПТ), Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого(СПбПУ), Петербургского энергетического института повышения квалификации (ПЭИПК) — Наталия Борисовна Кутузова, к.т.н. Юрий Александрович Герасимов, к.т.н. Михаил Кириллович Ярмаркин.

Разработку концепции комплекса механических испытаний возглавила Марина Сергеевна Ермошина, к.ф.-м.н., руководитель направления альтернативного проектирования. Концепция комплекса механических испытаний создавалась в соавторстве со специалистами в области испытаний и разработки новых типов конструкций опор, фундаментов, проводов и линейной арматуры, имеющими многолетний опыт ведения научно-исследовательских работ в сотрудничестве с международными компаниями: Денисом Николаевичем Смазновым, СевЗап НПЦ АрхиМет, и Сергеем Михайловичем Максимовым, НТЦ «Электросети».
Организационное руководство осуществляет Александр Валерьевич Корнух, исполнительный директор Компании. Концепции разработаны с учётом перспективного развития электроэнергетики и предполагают проведение научных и исследовательских работ, а также коммерческих испытаний с учётом потребностей развивающейся отечественной и зарубежной электросетевой инфраструктуры.

Комплекс линий ультравысокого напряжения

Комплекс УВН создаётся с целью обеспечения выполнения полного объёма испытаний и исследований при решении задач проектирования и эксплуатации воздушных линий электропередачи напряжением до 1200 кВ переменного и ±800 кВ постоянного тока. Результатом этих работ станет повышение надёжности, улучшение технико-экономических показателей и снижение вли-яния на окружающую среду проектируемых или модернизируемых линий электропередачи за счёт выбора оптимальных решений по воздушной и линейной изоляции, молниезащите ВЛ, конструкции расщепленных фаз (полюсов), заземляющих устройств, системам мониторинга состояния ВЛ, методам выполнения ремонтных работ под напряжением и др.

Известно, что за рубежом, особенно в таких странах с большой территорией, как Китай, Бразилия, Индия, США, интенсивно развивается техника передачи энергии постоянным током. Значительный успех достигнут в увеличении единичной мощности преобразователей, повышении уровня напряжения линий постоянного тока, снижении потерь при преобразовании и передаче электроэнергии.

Разработанная Минэнерго на период до 2035 года Энергетическая стратегия России среди основных задач развития электроэнергетики выделяет необходимость параллельного развития как сетей с распределённой генерацией, так и электропередач большой мощности высших классов напряжения 1150 кВ для линий переменного тока и 1500 кВ для линий передачи постоянного тока. Такие мощные связи ультравысокого напряжения в перспективе будут рассматриваться при решении проблемы объединения энергосистем Дальнего Востока, Сибири и Урала для интеграции Единой энергетической системы России, чтобы рационально использовать все природные энергетические ресурсы и обеспечить инфраструктурное развитие восточных районов страны. Для создания научной и экспериментальной базы развития сетей постоянного и переменного тока в состав ФИЦ включён комплекс линий ультравысокого напряжения.

Среди других лабораторных комплексов ФИЦ комплекс линий УВН выделяется большой территорией и открытым размещением всех испытательных площадок и значительной части оборудования. Комплекс состоит из семи площадок: двух опытных участков ВЛ высокого и ультравысокого напряжений (ВН и УВН), двух стендов длительных испытаний изоляторов ВН и УВН, многофункциональной открытой испытательной площадки, площадки для исследования характеристик заземления и стенда моделирования короны.

Уникальность комплекса заключается в его универсальности: по диапазону испытательных напряжений и токов, сочетанию переменного и постоянного тока, наличию двух опытных линий ВН и УВН. Например, будут проводиться испытания изоляторов в диапазоне напряжений от 3 кВ (применительно к изоляторам железнодорожной контактной сети) до 1200 кВ (применительно к полномасштабным изолирующим подвескам длиной более 10 м для линий УВН). Опытная ВЛ УВН будет использоваться как для прикладных целей обучения работам под напряжением или испытания датчиков контроля состояния, так и для всевозможных новаторских исследований.

Следует отметить, что оснащение комплекса позволяет проводить испытания электрических характеристик не только ВЛ традиционного исполнения любой конфигурации, но и компактных и гибридных ВЛ.
В отдельный комплекс, также включающий опытную ВЛ, выделены установки для изучения вопросов молниезащиты. Специальные стенды позволяют проводить длительные полномасштабные испытания изоляторов на старение, всепогодные измерения потерь на корону, испытывать электрическую прочность воздушных промежутков любой сложности, исследовать системы заземления и др.

Medium 23 %d0%b8%d1%8e%d0%bb%d1%8f %d0%90%d0%bb%d0%b5%d0%ba%d1%81%d0%b0%d0%bd%d0%b4%d1%80 %d0%a1%d0%b8%d0%b2%d0%b0%d0%b5%d0%b21 300x300

Александр Сиваев — руководитель разработки концепции комплекса линий УВН

Комплекс механических испытаний

Комплекс механических испытаний позволит проводить исследования и механические испытания строительных конструкций опор и фундаментов линий электропередачи, проводов и линейной арматуры, изоляторов.

Комплекс обещает быть одним из самых востребованных в ФИЦ с коммерческой точки зрения, поэтому должна быть предусмотрена возможность испытаний всей номенклатуры производимых и перспективных конструкций и элементов ВЛ. Это стальные, железобетонные, композитные и деревянные опоры ВЛ, фундаментные конструкции, изолированные и неизолированные провода и линейная арматура, грозозащитные тросы и волоконно-оптические кабели.

Комплекс состоит из стенда механических испытаний опор, универсальной силовой стенки для испытаний конструктивных узлов и фундаментных конструкций, прессового зала и лабораторного комплекса вспомогательных испытаний, включающего лабораторию исследований материалов, лабораторного комплекса испытаний проводов и линейной арматуры.

Самая масштабная составляющая комплекса — стенд механических испытаний опор. Он является визитной карточкой полигона: именно по уникальным конструктивным решениям силовых башен ведущие мировые испытательные центры становятся узнаваемыми. Разработанные концептуальные решения не уступают, а во многом и превосходят по техническим возможностям мировые аналоги. Предложенное решение конфигурации силовой башни в виде пяти секций, закрывающих угол в 45 градусов, является прогрессивным и рассчитано на перспективное развитие электросетевого комплекса и возможность проведения в рамках ФИЦ научно-исследовательских работ.

Мировая и отечественная практика демонстрирует преимущества индивидуального проектирования и разработки конструкций электросетевого строительства применительно к каждой конкретной ВЛ. В недалёком будущем конструкции ВЛ могут принять иные формы: например, пересечения ВЛ с другими ЛЭП и линиями связи будут выполняться на одной многоцепной опоре. В этом случае приложенные к конструкции усилия от тяжения проводов разных ВЛ могут быть направлены под любым углом к оси основной ВЛ. Всё чаще проектируются гибридные ВЛ, когда на одной опоре размещены две цепи разных классов напряжения переменного тока или трёхфазная цепь переменного тока дополняется биполярной. При проведении испытаний таких конструкций обеспечить приложение реальных, а не пересчитываемых усилий в различных направлениях, сможет только силовая башня аварийного режима, выполненная в виде слитной силовой стенки. Пятисекционная конфигурация силовой башни аварийного режима позволит выполнять испытания любых конфигураций опор в расчётных режимах, отличных от нормального и аварийного (например, при воздействии ветровых нагрузок под углом к оси ВЛ).

Для испытаний всей номенклатуры производимых в настоящее время российскими предприятиями опор ВЛ, решения перспективных научно-исследовательских задач, полноценного участия в международных проектах электросетевого строительства, необходимо иметь оборудование, позволяющее испытывать конструкции опор ВЛ высотой до 100 метров и выше. Для этого в составе комплекса предусмотрены силовые башни, высота которых превышает 100-метровую отметку.

В связи с предполагаемой высокой загрузкой стенда механических испытаний опор предусмотрена возможность одновременного проведения процессов монтажа и демонтажа испытываемых конструкций.

Поскольку существует вероятность повреждения конструкции силового пола при проведении исследовательских испытаний до разрушения, предусмотрено ведение ремонтных (профилактических) работ без закрытия полигона на ремонт с возможностью проведения полноценных испытаний.

Уникальным является стенд испытаний конструктивных узлов и фундаментных конструкций, представляющий собой универсальную силовую стенку. К исследуемому объекту, закреплённому на силовой стенке, может быть приложена нагрузка во всех трёх направлениях, а также изгибающие и крутящие моменты. Это позволяет испытывать даже самые сложные пространственные узлы и конструкции на реальные нагрузки.
Отдельно выделен лабораторный комплекс механических испытаний проводов и линейной арматуры, на стендах которого предусмотрены все виды испытаний, в том числе совместные, в соответствии с действующими нормативными документами, а также рекомендациями IEEE и CIGRE: на разрушающую нагрузку, на прочность заделки, разрывную прочность, стойкость к воздействию эоловой вибрации и пляске (галопированию), субколебаниям, ресурсную и усталостную стойкость, ползучесть (вытяжку), на перекатку на монтажных роликах и др. В связи с существенными габаритами некоторых испытательных стендов (до 50 метров в длину) и тем, что полное разрушение объекта испытаний, сопровождаемое резким сбросом нагрузки до нуля и возможным разлётом обломков, является штатной ситуацией, комплекс выделен в отдельное здание.

Лабораторный комплекс вспомогательных испытаний и прессовый зал также будут занимать отдельное здание. В этом комплексе расположены лаборатория исследований материалов, гидравлические прессы для испытаний конструкций, отдельных элементов и фрагментов, стенд для испытаний конструкций, в том числе сложной конфигурации, в условиях многоосного статического или медленного циклического нагружения, вспомогательные стенды. Лаборатория исследований материалов будет оснащена ультрасовременным оборудованием, включая секторы физико-механических испытаний и измерений твёрдости, инфракрасной спектроскопии и виброакустической диагностики, ультразвуковых (акустических) средств контроля, исследований триботехнических, механических и диэлектрических свойств материалов, динамического термомеханического и дифференциально-термического анализа.

Одной из основных задач разработки концепции комплекса является максимальная автоматизация всех процессов. Предусмотрено применение самых современных измерительных комплексов на основе оптических и лазерных датчиков перемещений, тензовесов и электродинамометров, передающих информацию в автоматизированную систему контроля и управления испытаниями в режиме реального времени.
ФИЦ станет первым в России испытательным центром, который будет выполнять полный объем испытаний по российским и международным стандартам, научно-исследовательские работы, перспективные разработки с учётом рекомендаций ведущих международных исследовательских организаций (IEEE, CIGRE, CIRED). ФИЦ послужит целям обеспечения энергетической независимости РФ, укрепления позиций отечественных производителей электротехнического оборудования на внутреннем и международном рынках, повышения параметров надёжности оборудования и безаварийной работы электрических сетей, значительного сокращения затрат на разработку и сроки внедрения новейших отечественных технологий.

Испытания, проводимые в ФИЦ, дадут возможность определить реальные ресурсы и эксплуатационные характеристики электротехнического оборудования. В этом заинтересованы сами компании-производители. Комплексность испытаний в ФИЦ обеспечивается за счет сочетания разноплановых лабораторий. При этом в создаваемом Федеральном испытательном центре параметры большинства лабораторий превосходят аналогичные в зарубежных центрах. Кроме того, в ФИЦ уже в ближайшее время перейдут функции аттестации и сертификации. Как будущий всероссийский международный сертификационный центр, ФИЦ будет формировать, консолидировать и учитывать отечественные и международные стандарты, чтобы укрепить позиции России на международном рынке испытаний.

Сергей Титов
Генеральный директор ПАО «ФИЦ»

Информация о Федеральном испытательном центре подготовлена совместно с ПАО «ФИЦ».