Опыт изготовления металлоконструкций на МГС.

Пути развития рынка МГС в России

 

Генеральный директор

ЗАО ДЗМК «МЕТАКО»

Гершкович М.Б.

 

Зам.ген.директора

ЗАО ДЗМК «МЕТАКО»

Гершкович Б.М.

 

Технический директор

ЗАО ВНПО «РОСЛЭП»

Белозерцев В.Т.

 

*****

Домодедовский Завод Металлоконструкций - один из старейших и крупнейший в России завод по производству опор линий электропередач. Завод основан в 1934 году и расположен в центре России в 18 километрах от Москвы в городе Домодедово. Предприятие создавалось в годы становления экономики Советской России с целью реализации планов электрификации.
    Первоначально продукцией завода были сварные опоры линий электропередач с антикоррозийным лакокрасочным покрытием. В течении всего времени своего существования завод постоянно наращивал мощности и совершенствовал производство. В 1964г был начат выпуск оцинкованных на собственной установке опор ВЛ. В 1973 году произошёл переход с производства сварных опор на конструкции в болтовом соединении. В тоже время завод приобрёл статус опытного и принял участие в разработках всех без исключения опор ВЛ от 220кВ до 1500кВ.

Начиная с конца 80х годов прошлого столетия, в Советском Союзе произошло резко снижение темпов и объёмов энергетического строительства. Тогда же завод был взят коллективом в аренду, и в последствии обрёл статус акционерного общества закрытого типа. В начале 90х годов предприятие начало осваивать новые, несвойственные ему ранее виды продукции. Было запущенно производство дорожных ограждений, и за короткое время МЕТАКО стало одним из лидеров на этом рынке. Начиная с 2002 г. Совместно с РосдорНИИ и СоюздорНИИ начата серия испытаний на полигоне НИЦИАМТ (г. Дмитров) ограждений дорожной и мостовой групп с удерживающей способностью от 300 до 600 кДж, соответствующих российским стандартам, а так же европейским – EN 1317. На сегодняшний день предприятие провело более 60 краш-тестов.

Тогда же было приобретено и пущено в эксплуатацию оборудование для производства многогранных и круглых конических опор. Поставлена автоматическая линия плазменной резки с американским плазмотроном Thermal Dynamix MERLIN 6000.

2003 г. Поставлена автоматическая линия сварки многогранных и круглых конических опор. Установлена вторая автоматическая линия обработки листовых деталей FICEP. Для отработки технологии изготовления многогранных и круглых конических опор приглашены технологи итальянских производителей. Закуплено оборудование для производства кульвертов (гофрированных труб большого диаметра). В этом году мы решились на рискованный шаг - полная замена ванны цинкования на более современную установку глубиной 3м.
    В год семидесятилетия завода, в 2004 г. запущено в эксплуатацию дополнительное оборудование для производства многогранных и круглых конических опор. Установлена новая сушильная камера на производстве цинкования. Установлена четвёртая линия обработки уголка ФИЧЕП. Получены сертификаты соответствия на ограждения повышенной удерживающей способности. Проведены первые испытания многогранных опор ЛЭП и многогранных силовых опор на полигоне ОРГРЭС в г. Хотьково.

В настоящее время МЕТАКО имеет полный замкнут цикл производства опор для ЛЭП в решётчатом и многогранном исполнении. В производстве задействованы 7 автоматических установок FICEP, тандем листогибов длиной 13м с возможностью обработки листа δ=12мм, 2 автоматические сварки для м/опор, линия раскроя рулонного листового проката, линия диагонального механического реза для изготовления трапеций, линия горячего цинкования с ванной длиной 13м, шириной 1,8м и глубиной 3м. Несмотря на кризисную ситуацию, Домодедовский завод металлоконструкций, проработав вопрос европейского финансирования, намерен продолжить модернизацию основного производства и нарастить потенциал производства многогранных опор, для чего собирается инвестировать в оборудование во втором полугодии 2009г около 3,5млн евро.

Домодедовский завод имеет лицензии НТЦ Электроэнергетики на производство многогранных опор ВЛ220кВ, а так же производит опоры 110кВ по проекту РОСЭП и собственной разработки.

Сегодня МЕТАКО совместно с новосибирской компанией РОСЛЭП, которая является официальным партнёром завода, разрабатывает полный альбом опор 110кВ для нормальных и сложных климатических условий. Выход альбома планируется в конце 2009г. Так же, совместно с РОСЛЭП в начале 2009г был выпущен типовой альбом на опоры 6-10кВ и разработаны опоры ВЛ 35кВ.

Кроме опор для энергетического строительства МЕТАКО производит прожекторные мачты для спортивного и промышленного освещения высотой до 50м, молниеотводы - до 85м, опоры с мобильной короной - до 50м, радиомачты высотой – до 55м, складывающиеся опоры - до 20м, а так же опоры уличного освещения и для контактной сети троллейбусных и трамвайных линий.

На предприятии функционирует и сертифицирована Система Управления Качества на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО 9000-2000

 

*****

Производство многогранных гнутых стоек становится все более актуальным в связи с активным развитием электрических систем России.

В энергетике России распределительные электрические сети напряжением 6-10 кВ являются наиболее протяженными. Их общая длина оценивается более чем в 2 млн. км. Подавляющая часть воздушных линий электропередач 6-10 кВ выполнена на железобетонных опорах.

В настоящее время по оценкам различных специалистов около 600 тыс. км воздушных линий 6-10 кВ находятся в крайне неудовлетворительном техническом состоянии и требуют реконструкции.

В последнее время в больших объемах ведется и новое строительство линий этого класса напряжения, в том числе и вдоль новых газо и нефтепроводов.

Поэтому вопрос на каких опорах вести реконструкцию и строительство новых ВЛ 6-10 кВ – металлических или железобетонных, в настоящее время является актуальным.

Разработанные рядом организаций металлические опоры этого класса напряжения имеют более высокие механические характеристики и существенно превосходят железобетонные опоры по надежности и сроку службы.

Более высокая несущая способность многогранных металлических опор по сравнению с железобетонными опорами позволяет повысить высоту подвески проводов и увеличить максимальные напряжения в проводах. Данные факторы позволяют увеличить длины габаритных пролетов, что приводит к уменьшению количества опор, арматуры и изоляторов, стоимости транспортных расходов по доставке опор от завода-изготовителя до пикета, стоимости монтажа и сокращению сроков строительства. Однако это только капитальные первоначальные вложения. Увеличенные междуфазные расстояния на металлических опорах позволяют уменьшить вероятность схлестывания и пережигания проводов. Подвесная изоляция более надежна, чем штыревая, при которой достаточно часто происходит обрыв вязок. Более высокая надежность и срок службы многогранных оцинкованных металлических опор приводит к снижению и эксплуатационных расходов. Т.к. в этом случае снижается количество аварийного запаса опор и объем работ ремонтных бригад. К тому же, оцинкованные многогранные опоры возможно применять повторно, после демонтажа.

Очевидные преимущества металлических опор привели к тому, что в 90-х годах были разработаны и начали применяться при строительстве ВЛ металлические опоры ВЛ 6-10 кВ ЗАО ВНПО "ЭЛСИ".

В начале этого века металлические опоры этого класса напряжения по заданию ДОАО "Электрогаз" ОАО "Газпром" были разработаны ЗАО ВНПО "РОСЛЭП".

В последние четыре года Домодедовский завод металлоконструкций "МЕТАКО" и ОАО "Опытный завод "Гидромонтаж" начали активно продвигать на рынок многогранные оцинкованные металлические опоры, в том числе и опоры ВЛ 6-10 кВ.

Универсальная технология изготовления на МЕТАКО многогранных оцинкованных опор из рулонов листа, так называемая штрипсовая технология, на линиях роспуска, раскроя трапеций, гибки на синхронизированном тандеме листогибов, автоматической сваркой секций длиной 12 м и последующей оцинковкой на собственной линии горячего цинкования, позволили заводу выпускать многогранные опоры для освещения улиц городов и дорог, прожекторные мачты для спортивного и промышленного освещения до 50 м, высокомачтовые опоры с мобильной короной до 45 м, опоры связи до 60 м, и молниеотводы до 80 м, а так же опоры ВЛ различных напряжений, в том числе 6-10 кВ.

Номенклатура выпускаемых "МЕТАКО" опор: промежуточные (рис. 1а), анкерно-угловые (рис. 1б), ответвительные (рис. 1в), переходные (рис. 1г), повышенные, опоры для установки различного электрооборудования, одноцепные, двухцепные, а для некоторых типов проводов трех и четырехцепные, опоры совместной подвески и ряд других типов опор. В настоящее время специалисты МЕТАКО проектируют анкерно-угловые двухцепные опоры ВЛ 6кВ высотой 45 м с подвеской СИП-3 для перехода через эстакаду с углом поворота 90°.

Тип проводов: АС сечением 50-120 мм2, СИП-3 (SAX) сечением 50-150 мм2, "Торсада" сечением 50-240 мм2.

Изоляция – подвесная, штыревая.

Все опоры разработаны и испытаны как свободностоящие, как промежуточные, так и анкерно-угловые и концевые опоры без подкосов. В ряде случаев, например, в стесненных условиях это обстоятельство является определяющим.

Многогранные опоры могут быть установлены в грунт или на фундаменты.

Применение подкосов иногда бывает целесообразно по условиям закрепления опор в грунте. Так при проектировании ВЛ в Горном Алтае, где глубина поверхностного слоя земли не превышала 2 м, что недостаточно по условиям закрепления фундамента анкерно-угловых опор, а разработка неразборной скалы технически достаточно сложна, применение подкосов экономически оправдано (рис. 1в).

При слабых грунтах для анкерно-угловых и переходных опор разработана подставка, которая устанавливается на четыре сваи или трубы. Такой тип фундамента применяется в различных регионах, когда поверхностный слой торфа составляет от 4 до 8 м. Кроме того, применение подставки позволяет повысить габарит.

Фундаменты опор: труба Ǿ219х8 или Ø245х6 мм для промежуточных опор и Ǿ530 мм для анкерно-угловых. Возможно применение многогранных труб, изготавливаемых на предприятии производителя многогранных опор. Соединение труб фундамента с опорой цанговое, фланцевое или телескопическое. Следует отметить, что многогранные опоры на фланце возможно устанавливать на искусственные сооружения при помощи химических анкеров HILTI.

Указания по применению этих опор приведены в альбоме «МЕТАКО» и "РОСЛЭП" ДМ-148/25-08 для проводов АС и СИП-3 (SAX). На строительство ВЛ 6 (10) кВ разработаны технологические карты, в том числе и технологическая карта на монтаж СИП-3. На конструкцию траверс опор подана заявка на патент на полезную модель.

Несмотря на имеющийся выбор металлических опор, широкое применение до сегодняшнего дня железобетонных опор вызвано их относительно низкой стоимостью. И априори считается, что применение стальных многогранных опор этого класса напряжения экономически оправдано лишь в районах с большими гололедно-ветровыми нагрузками, в районах со сложными грунтовыми условиями и в труднодоступных местностях. Однако данное устойчивое мнение не всегда оправдано.

Более высокая несущая способность многогранных металлических опор по сравнению с железобетонными опорами позволяет:

- повысить высоту подвески проводов;

- увеличить максимальные напряжения в проводах.

Данные факторы позволяют увеличить длины габаритных пролетов, что приводит:

- к уменьшению количества опор;

- к уменьшению количества арматуры и изоляторов;

- к уменьшению стоимости транспортных расходов по доставке опор от завода- изготовителя до пикета;

- к уменьшению стоимости монтажа;

- к сокращению сроков строительства.

 

*****

Как отмечалось выше, металлические опоры основных производителей имеют примерно равные технические характеристики, поэтому сравнение железобетонных опор выполним с многогранными опорами «МЕТАКО». Хотя примерно такие же данные могут быть получены и для металлических опор других производителей.

Большинство ВЛ 6-10 кВ выполнено с применением вибрированных стоек СВ105. Сравнение проведем для металлических опор из гнутого профиля СМ10П и СМ10АУ (альбом ДМ-148/25-08), разработанных ЗАО ДЗМК «МЕТАКО» совместно с ЗАО ВНПО "РОСЛЭП" с железобетонными опорами П10-1, П10-2 и УА10-1, выполненными на базе стойки СВ105. Выбор габаритных пролетов для металлических и железобетонных опор определялся на основе систематического расчета провода с учетом изменений ПУЭ седьмого издания с помощью одной и той же программы и указаний альбома серии 3.407.1-143, разработанного "Сельэнергопроект".

Технические характеристики промежуточных опор приведены в таблице 1. Заглубление опор в грунте принималось равным 3,0 м. Местность населенная. Величины допустимых напряжений в проводах приведены в таблице 2 (допустимые напряжения в проводах при среднегодовой температуре для всех типов опор и проводов – 40 МПа). Технические характеристики анкерно-угловых опор в таблице 3.

 

Таблица 1. Технические характеристики промежуточных опор

 

Тип опор

Опора "МЕТАКО"

СМ10П

Железобетон-ные опоры

П10-1, П10-2

Район по ветру (допустимое ветровое давление, Па)

I-V (1000)

I-IV (800)

Район по гололеду (допустимая стенка гололеда, мм)

I-V (10-30)

I-III (10-20)

Максимально допустимый тип провода

АС120/19

АС95/16

Междуфазное расстояние, м

2

1,4

Тип изоляции

Подвесная, штыревая

штыревая

Высота опоры с фундаментом, м

15,5

10,5

Высота подвеса нижнего провода, м

9,8

7,75

Допустимый изгибающий момент, кНм

86,8

35

Масса опоры, кг

354

1180

Масса фундамента, кг (заглубление 3,0 м, труба Ǿ245х6)

132

-

Масса опоры с фундаментом, кг

486

1180

 

 

Таблица 2. Максимально допустимые величины напряжений в проводах

 

Марка и сечение провода

АС 95/16

АС 70/11

АС 50/8

Максимальные напряжения в проводах при наибольшей нагрузке или низшей температуре, МПа

Опоры

"МЕТАКО"

84

114

116

Железобетонные опоры

64

90

116

 

Благодаря более высокой несущей способности металлических опор, у них, как это следует из приведенных таблиц, существенно выше высота подвеса нижнего провода и выше допустимые напряжения в проводах при наибольшей нагрузке. Из таблицы 1 видно, что высота промежуточной металлической опоры "МЕТАКО" вместе с фундаментом составляет 12,0 м, а железобетонной стойки СВ105 - 10,5 м. Т.е. высота металлической опоры с фундаментом больше высоты железобетонной опоры на 1,5 м. Выше у металлических опор и максимально допустимые напряжения в проводах (табл. 2). А эти два фактора и определяют габаритные пролеты, которые для промежуточных опор приведены в таблице 4, для анкерно-угловых опор в таблице 5.

На основании приведенных данных проведем анализ стоимости строительства ВЛ на металлических и железобетонных опорах.

Стоимость строительства ВЛ складывается из стоимости опор, провода, изоляции, арматуры, доставки вышеперечисленного на пикет и стоимости монтажа.

Стоимость железобетонной стойки СВ105 у различных поставщиков в настоящее время колеблется от 7 до 10 тыс. руб. за 1 шт. Дополнительно ~ 1 тыс. руб. стоимость металлоконструкций. Примем стоимость 1 железобетонной стойки с металлоконструкциями равной 10 тыс. руб.

 

Таблица 3. Технические характеристики анкерно-угловых опор

 

Тип опор

Опора

"МЕТАКО"

СМ10АУ

Железобетонная опора

УА10-1

Район по ветру (допустимое ветровое давление, Па)

I-V (1000)

I-IV (800)

Район по гололеду (допустимая стенка гололеда, мм)

I-V (10-30)

I-III (10-20)

Максимально допустимый тип провода

АС120/19

АС95/16

Высота подвеса нижнего провода, м

8,5

7,1

Междуфазное расстояние, м

1,5

0,75

Допустимый изгибающий момент, кНм

452

-

Масса опоры, кг

655

2580

Масса фундамента, кг (заглубление 3,5 м, труба Ǿ530х8)

361

-

Масса опоры с фундаментом, кг

1016

2580

 

Таблица 4. Величины габаритных пролетов, количество промежуточных опор и их вес с фундаментами на 1 км ВЛ (местность населенная, заглубление фундамента м/опор 3,0 м)

 

Марка и сечение провода

Тип опор

 

Толщина стенки гололеда, мм

10

15

20

25

АС 95/16

опора "МЕТАКО"

СМ10П

Величина габаритного пролета, м

95

95

80

70

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

11

11

13

14

Вес опор с фундаментами на 1 км ВЛ, т

5,35

5,35

6,32

6,8

ж/б опора П10-1, П10-2

Величина габаритного пролета, м

45

45

40

30

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

22,2

22,2

25

33,3

Вес опор на 1 км ВЛ, т

26,2

26,2

29,5

39,3

АС 70/11

опора "МЕТАКО"

СМ10П

Величина габаритного пролета, м

110

100

85

65

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

9

10

12

16

Вес опор с фундаментами на 1 км ВЛ, т

4,37

4,86

5,83

7,78

ж/б опора П10-1, П10-2

Величина габаритного пролета, м

45

45

40

35

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

22,2

22,2

25

28,6

Вес опор на 1 км ВЛ, т

26,2

26,2

29,5

33,7

АС 50/8

опора "МЕТАКО"

СМ10П

Величина габаритного пролета, м

105

90

65

55

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

10

11

16

18

Вес опор с фундаментами на 1 км ВЛ, т

4,86

5,35

7,78

8,75

ж/б опора П10-1, П10-2

Величина габаритного пролета, м

45

40

40

35

Количество опор на 1 км ВЛ, шт.

22,2

25

25

28,6

Вес опор на 1 км ВЛ, т

26,2

29,5

29,5

33,7

 

 

Таблица 5. Величины габаритных пролетов для анкерно-угловых опор

 

Тип опор

Провод АС95/16

Толщина стенки гололеда

10

15

20

25

опора "МЕТАКО"

СМ10П

Величина габаритного пролета, м

110

100

85

75

Железобетонная опора УА10-1

Величина габаритного пролета, м

45

45

45

-

 

Стоимость одной металлической промежуточной опоры СМ10П вместе с фундаментом оценим в 30 тыс. руб.(по состоянию на февраль 2009г)

Количество многогранных промежуточных металлических опор на 1 км ВЛ в 1,5-2,0 раза меньше железобетонных (табл. 4). Примем не самый лучший вариант для металлических опор, когда это соотношение равно 1,6. Исходя из этого стоимость металлических опор на 1 км ВЛ выше стоимости железобетонных опор в 2 раза.

где,

- стоимость металлических опор на 1 км ВЛ;

- стоимость железобетонных опор на 1 км ВЛ;

- стоимость 1 металлической опоры;

- стоимость 1 железобетонной опоры.

Стоимость изоляции и арматуры 1 км ВЛ на многогранных металлических опорах (Ижб) меньше в 1,6 раза стоимости изоляции и арматуры на железобетонных опорах.

Вес многогранных металлических опор на 1 км в 4,5 раза меньше веса железобетонных, таким образом, и транспортные расходы железобетонных опор (Тжб ) во столько же раз больше транспортных расходов металлических опор. Уменьшение транспортных расходов на доставку изоляции и арматуры учитывать не будем.

Стоимость монтажа 1 км ВЛ на железобетонных опорах Мжб (земляные работы, установка опор, крепление арматуры и провода) примем равной в 1, 5 раза больше стоимости монтажа на металлических опорах, исходя из того, что количество металлических опор в 1, 6 раза меньше чем железобетонных.

Стоимость провода (П) для обоих вариантов одинакова.

Стоимость строительства 1 км ВЛ на железобетонных опорах равна:

Стоимость строительства 1 км ВЛ на металлических опорах:

Условие равенства стоимости строительства на железобетонных и металлических опорах:

Примем стоимость изоляции и арматуры на 1 км ВЛ равной 3% от общей стоимости строительства ВЛ (Ижб=0,03·Сжб), стоимость транспортных расходов – 6% от общей стоимости строительства ВЛ (Тжб=0,06·Сжб), стоимость монтажа 1 км ВЛ – 50% от общей стоимости строительства ВЛ (Мжб=0,5·Сжб). Подставляя эти значения в последнее неравенство получим условие, при котором стоимость строительства ВЛ на металлических опорах равна стоимости строительства ВЛ на железобетонных опорах:

Из этого неравенства следует, что чем меньшую часть в общей стоимости строительства ВЛ составляет стоимость железобетонных опор, а это возникает при увеличении доли стоимости монтажа и транспортных расходов, тем меньше разница между стоимостью строительства ВЛ на металлических и железобетонных опорах.

Принимая стоимость 1 железобетонной опоры равной 10 тыс. руб. и количество их на 1 км ВЛ равным 22,2 получим стоимость железобетонных опор на 1 км Ожб=10·22,2=222 тыс. руб.

Подставляя это значение в неравенство получим значение стоимости строительства 1 км ВЛ при котором стоимость строительства ВЛ на многогранных металлических и железобетонных опорах равны:

тыс. руб.

Т.е. при условии, когда стоимость строительства 1 км ВЛ на железобетонных опорах больше 1 млн. 480 тыс. руб., экономически целесообразно применение многогранных металлических опор даже по условию минимума капитальных первичных вложений.

При этом увеличивается надежность линии, сокращаются сроки монтажа и уменьшаются затраты на эксплуатацию.

Следует отметить, что в расчетах принимался не лучший вариант для многогранных металлических опор по соотношению их количества на 1 км ВЛ к железобетонным.

Регион строительства ВЛ принимался с нормальными грунтами. В районах со слабыми грунтами и в болотистой местности, где необходимо более глубокое заземление опор, разница между стоимостью железобетонных и металлических опор будет уменьшена.

Не учитывалось увеличение стоимости доставки изоляции и арматуры для ВЛ на железобетонных опорах по сравнению с металлическими опорами.

Не учитывалось, что во время транспортировки железобетонных опор возможно появление трещин и отбраковка опор на пикете приведет к еще большему количеству железобетонных опор на 1 км ВЛ.

Не учитывалось уменьшение сроков строительства ВЛ на металлических опорах по сравнению с железобетонными, что также приводит к определенной экономии первоначальных капиталовложений и более быстрому сроку окупаемости затраченных средств.

Естественно, что для разных конкретных условий коэффициент в приведенном выше неравенстве может принимать различные значения. Рассматривался вариант прохождения ВЛ в населенной местности, для которой количество многогранных промежуточных металлических опор на 1 км ВЛ для разных РКУ в 1,5-2,0 раза меньше железобетонных. Для ненаселенной местности это соотношение лежит в пределах 1,3-1,8. В этом случае повысится и стоимость строительства ВЛ, при котором равны капитальные первоначальные вложения для ВЛ на металлических и железобетонных опорах.

Важно, что применение многогранных металлических опор может быть экономически оправдано и в районах с нормальными районно-климатическими условиями и нельзя считать априори, что стоимость строительства ВЛ на железобетонных опорах всегда меньше стоимости строительства ВЛ на многогранных металлических опорах. Каждый конкретный случай при проектировании ВЛ требует проработки обоих вариантов.

Стоит отметить, что применение универсальных металлических оцинкованных многогранных опор позволяет решать самые сложные задачи, и находить решения для строго индивидуальных проектов. Преимущества многогранных опор именно в их универсальности: различные типы фундаментов, практически неограниченная возможность увеличения высоты, а так же эстетические свойства, позволяющие совмещать опоры для ЛЭП с уличным освещением в населённых пунктах.