石明書，梁龍駿（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司滁州供電公司，安徽　滁州　239000）

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試論110kV輸電線路復(fù)合材料桿塔應(yīng)用

石明書，梁龍駿（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司滁州供電公司，安徽滁州239000）

在110kV輸電線路中應(yīng)用復(fù)合材料桿塔，要對(duì)桿塔的構(gòu)件受力情況，材料的自身特性予以考慮，因此本文先對(duì)復(fù)合材料的受力特點(diǎn)、組成成分以及復(fù)合材料桿塔的成本進(jìn)行了分析。并探討了當(dāng)前110kV輸電線路中對(duì)復(fù)合材料桿塔應(yīng)用存在的問題，提出了相應(yīng)的解決措施。

桿塔；復(fù)合材料；110kV輸電線路

引言

在我國(guó)的智能電網(wǎng)改造、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造等工程中，積極引進(jìn)了復(fù)合材料，復(fù)合材料桿塔在110kV輸電線路中的應(yīng)用也越來越普遍。復(fù)合材料是一種新型材料，其具有良好的可設(shè)計(jì)性、易維護(hù)性、耐疲勞性、絕緣性，并具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特點(diǎn)，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性。在110kV輸電線路中應(yīng)該對(duì)復(fù)合材料桿塔進(jìn)行積極的應(yīng)用，并不斷提高復(fù)合材料桿塔在110kV輸電線路的應(yīng)用效果，充分發(fā)揮復(fù)合材料桿塔的作用。

1　復(fù)合材料桿塔

1.1復(fù)合材料

在110kV輸電線路中，使用的復(fù)合材料的主要成分包括增長(zhǎng)纖維和樹脂基。芳綸纖維、硼纖維、碳纖維、玻璃纖維都屬于常用的增強(qiáng)纖維。聚乙烯、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂都屬于常用的樹脂基。比較適用于制作輸電桿塔的復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂，這是由于硼纖維和芳綸纖維都具有較高的價(jià)格，而碳纖維具有較差的電絕緣性，只有玻璃纖維具有較低的彈性模量和較大的延伸率，其強(qiáng)度也基本符合制作桿塔的要求，該復(fù)合材料又被稱為玻璃鋼。與常規(guī)材料相比，玻璃鋼復(fù)合材料具有較好的受力性能。常規(guī)材料的抗拉強(qiáng)度約為310～380MPa，而玻璃鋼復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度能夠達(dá)到1670MPa。常規(guī)材料的彈性模量約為2.1×105MPa，而玻璃鋼復(fù)合材料的彈性模量能夠達(dá)到5.1×104MPa。常規(guī)材料的密度約為7850kg·m-3，而玻璃鋼復(fù)合材料的密度約為 2000kg·m-3。以上數(shù)據(jù)都說明玻璃鋼復(fù)合材料的密度遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的鋼材料，卻具有更大的抗拉強(qiáng)度。然而值得注意的是玻璃鋼復(fù)合材料具有較低的彈性模量和較差的抗壓穩(wěn)定性，這也從一定程度上對(duì)其在110kV輸電線路中的應(yīng)用造成了限制［1］。

1.2復(fù)合材料桿塔的使用成本

從全壽命成本的角度出發(fā)，復(fù)合材料桿塔具有一定的成本優(yōu)勢(shì)，這是由于其具有較長(zhǎng)的使用壽命，而且維護(hù)成本較低。但是在建設(shè)初期，復(fù)合材料桿塔需要較多的成本投入。復(fù)合材料桿塔的建設(shè)成本超過了5500元，而混凝土桿塔的建設(shè)成本不到2200元，鋼管鋼和木質(zhì)干的建設(shè)成本更是不到1600元。

2　110kV輸電線路輸電線路應(yīng)用復(fù)合材料桿塔過程中存在的問題

2.1復(fù)合材料的環(huán)保問題

盡管復(fù)合材料性能優(yōu)良，但是在應(yīng)用復(fù)合材料桿塔的過程中仍然要面臨一定的環(huán)保問題。在報(bào)廢之后如何對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行處理仍然存在一定的技術(shù)問題，當(dāng)前尚未有回收站能夠?qū)?fù)合材料進(jìn)行回收和再利用，回收之后沒有對(duì)其進(jìn)行正確的分類和處理，造成了一定的資源浪費(fèi)，不符合環(huán)保理念。

2.2復(fù)合材料具有較差的熱穩(wěn)定性

110kV輸電線路桿塔必須長(zhǎng)期暴露在空氣中，承受夏季的高溫，這就要求其復(fù)合材料必須具有較好的熱穩(wěn)定性。但是在實(shí)際應(yīng)用的過程中，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性較差的弊端逐漸暴露，在高溫下，復(fù)合材料桿塔可能會(huì)出現(xiàn)變色和變形，從而影響輸電的效果［2］。

2.3復(fù)合材料的老化問題

老化一直是110kV輸電線路復(fù)合材料桿塔應(yīng)用中的一個(gè)關(guān)鍵問題，造成復(fù)合材料桿塔老化的根本原因在于沒有對(duì)其進(jìn)行有效的維護(hù)。有效的維護(hù)對(duì)于110kV輸電線路復(fù)合材料桿塔非常重要，然而當(dāng)前的當(dāng)前對(duì)復(fù)合材料桿塔的維護(hù)沒有充分的考慮各項(xiàng)環(huán)境因素，造成維護(hù)的效率較低，不能很好地解決復(fù)合材料的老化問題。

2.4復(fù)合材料的成本問題

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，各桿塔材料中年平均成本最低的是鋼管桿，年平均成本約為88元，其次為木質(zhì)桿，年平均成本約為94元，年平均成本最高的是混凝土桿，能夠達(dá)到104元。復(fù)合材料桿塔的年平均成本降到了69元。但是110kV輸電線路的復(fù)合材料桿塔仍然具有較高的應(yīng)用成本，這是由于生產(chǎn)條件和知識(shí)技能條件的限制在應(yīng)用復(fù)合材料桿塔時(shí)需要投入很多額外的應(yīng)用成本，成本控制難度較大。而且復(fù)合材料桿塔的初期建設(shè)成本遠(yuǎn)高于其他材料桿塔，也帶來了一定的成本投入壓力［3］。

2.5復(fù)合材料的節(jié)點(diǎn)連接問題

在復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用過程中，節(jié)點(diǎn)的連接問題逐漸開始暴露出來。在架設(shè)的過程中沒有對(duì)110kV輸電線路的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的處理，而且很少對(duì)連接部位進(jìn)行檢查，這也導(dǎo)致復(fù)合材料桿塔常出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)開裂的問題，影響了輸電的穩(wěn)定性。

2.6復(fù)合材料的強(qiáng)度問題

在應(yīng)用復(fù)合材料桿塔過程中，往往沒有結(jié)合實(shí)際需要對(duì)復(fù)合材料桿塔的強(qiáng)度提出明確的標(biāo)準(zhǔn)，一旦出現(xiàn)狂風(fēng)暴雨天氣，或者受到撞擊，復(fù)合材料桿塔就可能發(fā)生斷裂，這也說明復(fù)合材料桿塔的強(qiáng)度仍然未能達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上影響了復(fù)合材料桿塔在110kV輸電線路中的應(yīng)用。

3　積極推進(jìn)110kV輸電線路復(fù)合材料桿塔應(yīng)用的具體對(duì)策

總體而言，在110kV輸電線路中應(yīng)用復(fù)合材料桿塔是大勢(shì)所趨，然而針對(duì)當(dāng)前應(yīng)用過程中復(fù)合材料桿塔暴露出的一些問題，也應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，不斷提高復(fù)合材料桿塔在110kV輸電線路中的適用性。

3.1對(duì)復(fù)合材料的引進(jìn)進(jìn)行控制

要保障復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用效果，就必須對(duì)復(fù)合材料的質(zhì)量與嚴(yán)格的控制。在引進(jìn)環(huán)節(jié)，就要對(duì)110kV輸電線路的施工標(biāo)準(zhǔn)予以嚴(yán)格的執(zhí)行，控制和管理施工過程中用到的各類復(fù)合材料桿塔，在引進(jìn)復(fù)合材料桿塔時(shí)必須嚴(yán)格依照相應(yīng)的施工標(biāo)準(zhǔn)，保障復(fù)合材料桿塔本身的質(zhì)量［4］。

3.2全面控制用成本

在保障110kV輸電線路中復(fù)合材料桿塔的質(zhì)量的前提下，還要采取相應(yīng)的措施來降低維護(hù)成本和施工成本。要積極進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，進(jìn)一步降低復(fù)合材料桿塔的生產(chǎn)成本，進(jìn)一步推進(jìn)復(fù)合材料桿塔的普及。例如為了降低復(fù)合材料桿塔的生產(chǎn)成本，可以將夾層結(jié)構(gòu)設(shè)置在下段塔上，但是為了不對(duì)整個(gè)桿塔的穩(wěn)定性和節(jié)點(diǎn)連接造成不利影響，不能在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較多的上段塔身上安裝夾層結(jié)構(gòu)。

3.3提升復(fù)合材料桿塔各方面的性能

110kV輸電線路對(duì)于輸電的安全性和穩(wěn)定性都有著較高的要求，采用復(fù)合材料桿塔之前應(yīng)該對(duì)具體的使用環(huán)境進(jìn)行考慮，并對(duì)復(fù)合材料桿塔進(jìn)行防老化處理，實(shí)現(xiàn)安全性和有效性得到提升。與此同時(shí)，還要對(duì)復(fù)合材料桿塔的熱穩(wěn)定性進(jìn)行提高，以免夏季高溫影響復(fù)合材料桿塔的穩(wěn)定性，造成桿塔變形。為了避免節(jié)點(diǎn)開裂，在架設(shè)和維護(hù)的過程中都要加強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)連接的重視，定期對(duì)節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行檢查，保障復(fù)合材料桿塔節(jié)點(diǎn)連接的穩(wěn)定性。當(dāng)前常用的桿身節(jié)點(diǎn)連接方式有三種：內(nèi)外雙套筒法蘭連接、使用結(jié)構(gòu)膠和緊固螺桿進(jìn)行插接、預(yù)埋金屬件接頭連接，具體見圖1。

圖1　復(fù)合材料桿身節(jié)點(diǎn)的連接方案

為了進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用，還要對(duì)桿塔的強(qiáng)度進(jìn)行增強(qiáng)，從而使復(fù)合材料桿塔的安全性和穩(wěn)定性得到提高，以保障110kV輸電線路的輸電質(zhì)量。

3.4擴(kuò)大復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用范圍

我國(guó)的電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，也產(chǎn)生了輸電線路的結(jié)構(gòu)以及維護(hù)問題，為了進(jìn)一步發(fā)揮復(fù)合材料桿塔的優(yōu)勢(shì)，應(yīng)該積極擴(kuò)大復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用范圍。例如在輸配電線路桿、路電桿、通信電塔、接觸網(wǎng)支座中積極應(yīng)用復(fù)合材料桿塔，充分發(fā)揮復(fù)合材料桿塔耐腐蝕性強(qiáng)、絕緣性強(qiáng)、吸收撞擊能量的能力強(qiáng)、自重小的優(yōu)點(diǎn)。例如在接觸網(wǎng)支座中應(yīng)用復(fù)合材料桿塔能夠降低通信制作的荷載，在輸配電線路桿中應(yīng)用復(fù)合材料桿塔能夠減少銹蝕，提高輸配電線路的穩(wěn)定性。

4　結(jié)語

在未來的送電線路桿塔中，積極應(yīng)用復(fù)合材料桿塔是大勢(shì)所趨。針對(duì)復(fù)合材料桿塔出現(xiàn)的材料價(jià)格較高、抗壓和抗剪性能較低、強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)等問題進(jìn)行進(jìn)一步的研究，應(yīng)該對(duì)相關(guān)工藝進(jìn)行改進(jìn)，繼續(xù)推進(jìn)復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用。

［1］丁吉林.瞄準(zhǔn)世界最前沿，遠(yuǎn)東新材料引領(lǐng)中國(guó)輸電線路服務(wù)模式新革命［J］.財(cái)經(jīng)界，2011（08）.

［2］胡 毅，劉 庭，劉 凱，鄧世聰，李漢明，胡廣生.110kV輸電線路復(fù)合材料桿塔特性試驗(yàn)研究［J］.高電壓技術(shù)，2011（04）.

［3］劉漢立.復(fù)合材料輸電桿塔的研究與應(yīng)用［J］.纖維復(fù)合材料，2011 （01）.

［4］朱富云，倪紅軍，戴相龍，汪興興.輸電線路立體智能防護(hù)系統(tǒng)技術(shù)研究［J］.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（11）.

2016-5-1

TM753

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2095-2066（2016）14-0013-02