Несоблюдение правил эксплуатации стальных конструкций, отсутствие необходимого технико-экономического обоснования противокоррозионных мероприятий и недостаточное организационно-техническое их обеспечение приводит к значительным коррозионным потерям, является причиной коррозионных повреждений опор ВЛ и порталов ОРУ. Коррозионное разрушение стальных конструкций происходит в результате взаимодействия агрессивной среды с поверхностным слоем металла на дефектных участках с покрытием, исчерпавшим защитные свойства. Коррозионный износ элементов металлоконструкций опор зависит от вида и скорости протекания коррозионных процессов и определяется изменением геометрических характеристик сечения элементов и механических свойств материала.
В процессе экспериментального исследования коррозионного износа металлоконструкций опор ВЛ и порталов ОРУ проводился анализ количественных показателей коррозионного износа в условиях длительной эксплуатации, устанавливался характер коррозионных повреждений.
При проведении натурного освидетельствования коррозионного состояния использованы визуальные и инструментальные методы оценки.
Осмотр конструкций опор ВЛ и порталов ОРУ позволил установить, что основными видами коррозионного разрушения являются равномерная, местная и щелевая коррозия. Равномерная коррозия является наиболее типичным видом поражения элементов конструкции выше отметки 1,5—2 м. Конструктивные элементы ниже этой отметки наиболее подвержены местной коррозии. Щелевая коррозия характеризуется наличием значительных коррозионных поражений в щелях и зазорах и накоплением в них уплотненных продуктов коррозии. Этому виду коррозии подвергаются сварные узлы, выполненные внахлестку (рис. 3). Известны случаи, когда отрыв элементов опор в результате распирающего действия продуктов коррозии приводил к нарушению энергоснабжения важнейших потребителей, например обесточивание Мариупольского промузла в результате падения траверс опор ВЛ 110 кВ п/с Ильич — ГПП «Азовсталь» (1985г.).
Для надежности и долговечности опор ВЛ и порталов ОРУ значимым является фактор конструктивного выполнения элементов и узлов. Неправильное в коррозионном отношении конструктивное решение существенно повышает интенсивность коррозионного процесса. На рис. 4 показан пример неудачной компоновки опорного узла портальной опоры на оттяжках П-330-9, установленной на ВЛ 330 кВ Устово-Аджалык в Центральном ПЭС Одессэнерго. Такая конструкция узла способствует развитию коррозионных повреждений и снижает надежность и долговечность конструкций.
Рис. 3. Узлы опор ВЛ и порталов ОРУ, наиболее подверженные действию щелевой коррозии:
а — узел соединения элементов решетки с поясом; б, е, г—узлы крепления гирлянд изоляторов; д — соединение элементов пояса с помощью накладки; е — соединение элементов решетки с помощью накладки; ж — опорный узел стойки под оборудование; з — узел соединения траверсы со стойкой; и — узел опирания опоры ВЛ на фундамент
Узлы опоры ВЛ, в которых сходятся больше трех деталей, образуют труднодоступные для очистки пространства, ограниченные с пяти сторон. Предусматриваемые проектом отверстия для отвода воды в реальных условиях эксплуатации забиваются песком, землей, остатками растительности, осыпающейся ржавчиной.
Рис. 4. Опорный узел портальной опоры ВЛ на оттяжках
К неудачным конструктивным решениям относятся узлы опирания башенных опор на фундаменты (см. рис. 3). Ускоряет процессы коррозии скопление в узле фазовой влаги, грунта, продуктов коррозии.
Состояние контактирующих поверхностей болтовых соединений и самих болтов анализировалось при разработке узлов демонтированных и эксплуатируемых конструкций. Следует заметить, что в болтовых соединениях с сильно нагруженными элементами наблюдалось разрушение соединений с отрывом головок и разрывом стержней болтов.
На этапе предварительного осмотра конструкций основной задачей является обоснованный выбор объектов и планов наблюдений для получения показателей коррозионного износа с заданной точностью и достоверностью. Планы наблюдений устанавливают число объектов наблюдений, порядок проведения наблюдений и критерии их прекращения.
Количественный учет коррозионных потерь элементов конструкций осуществляют по результатам натурных инструментальных измерений или с помощью расчетного метода.
Коррозионный процесс вызывает на поверхности строительных конструкций неравномерности, которые носят хаотический характер и поэтому могут быть описаны только статистически. Предложения по статистическому описанию шероховатости нерегулярных поверхностей с помощью стационарного нормального процесса было сделано в 1954 г. в работе Ю. В. Линника и А. П. Хусу. Важнейшие предположения заключаются в том, что случайный процесс является стационарным, нормальным и может быть адекватно описан с помощью младших моментов распределения вероятностей, к которым относятся среднее значение и дисперсия отклонения точек от средней линии. Эти две величины полностью описывают функцию распределения геометрических размеров элементов конструкции.
Инструментальная оценка коррозионного состояния стальных опор ВЛ и порталов ОРУ выполнена в различных типах атмосферы. Линии и подстанции были выбраны с различными сроками эксплуатации (от 20 до 50 лет), с различной периодичностью окраски опор (1 раз в 4—10 лет). Для замеров толщины сечения элементов конструкции применялись штангенциркули, микрометры, индикаторные глубиномеры. В условиях одностороннего доступа к металлической поверхности для измерений использовался ультразвуковой толщиномер типа УТ-31МЦ.
Для каждого характерного типа стержней конструкции количество инструментальных замеров поверхностей одинаковой пространственной ориентации определялось в соответствии с ГОСТ 27.502—83. Исходными данными для расчета минимального объема измерений служат дополнительная вероятность Р = 0,95, предельная относительная ошибка <5 = 0,05...0,10, предполагаемый коэффициент вариации v — 1,10...0,20. К характерному типу относятся стержни одинакового профиля и с одинаковым углом наклона к горизонтали; различали стержни с углом наклона 0—30° и 30—90°. Материалы исследований систематизировались и заносились в дефектную ведомость. В качестве показателя коррозионного износа принималось среднее уменьшение толщины сечения элемента d (мм) с доверительной вероятностью 0,95. Неравномерность поверхностного разрушения (местная коррозия) учитывалась в зависимости от пространственной ориентации поверхности по формулам:
(1)
(2)
где dx, d2 — средние уменьшения толщин соответственно вертикального и горизонтального элементов, мм; <50 — начальная толщина элемента с допуском на толщину по нормам, м; <5^ 62 — измеренные средние толщины элементов без учета местной коррозии, мм; Д1, Д2, Д3 — средние глубины коррозионных язв (каверн) соответственно для вертикальной, горизонтальной и потолочной поверхностей полок элементов, мм.
При статистической обработке результатов натурного обследования получены доверительные интервалы для математического ожидания показателя коррозионного износа элементов опор ВЛ и порталов ОРУ в различных агрессивных средах из аналитического выражения
где ta — критерий Стьюдента для заданного уровня значимости, определяемый по таблицам математической статистики [34 J; S(d) — оценка среднеквадратичного отклонения результатов наблюдений.
Результаты оценки показателя коррозионного износа d обследованных стальных конструкций опор и порталов приведены ниже:
Тип атмосферы d, мм/год
Приморская ....................................................................................... 0,011—0,018
Городская.................................................................................................. 0,009—0,021
Промышленная ......................................................................................... 0,015—0,039
Зона промышленных предприятий .......................................................... 0,034—0,055
Представленные данные отражают общую картину изменения скорости коррозии без учета конструктивных особенностей элементов, долговечности защитных покрытий, возможных отклонений от нормальных условий эксплуатации.
В процессе обследования, как правило, трудно получить достоверные и сопоставимые результаты, отражающие закономерности электрохимического разрушения материала конструкций. Поэтому для детального изучения коррозионного износа стальных опор ВЛ и порталов ОРУ в различных условиях эксплуатации выполнены натурные стендовые испытания.
