轻质复合材料电杆在山区配电网建设中的应用研究胡昊

轻质复合材料电杆在山区配电网建设中的应用研究胡昊

胡昊

（宜昌电力勘测设计院有限公司湖北宜昌443003）

摘要：本文论述了轻质复合材料电杆在山区配电网建设及抢修中的应用情况。为解决山区杆塔的运输安装困难以及减少雷击污闪故障，对复合材料杆塔的电气、机械特性作了论证研究。结果表明：电杆具有良好的绝缘性，并且整体强度满足各工况下荷载的要求。一条10kV长阳城墙堰光伏电站上网线路采用了4基复合材料电杆，已挂网运行3年，运行情况良好。

关键词：复合材料电杆；山区配电网

0引言

随着国家对农村配电网升级改造投资力度的不断加大，山区配电线路新建与改造项目不断增多。山区电杆运输困难的矛盾越来越突出，加上山洪、冰雪灾害、风灾、滑坡等地质灾害也越来越突出，对配电线路的破坏也越来越频繁。如何快速恢复被自然灾害破坏的电力设施显得尤为重要。本文介绍了一种新型电杆―复合材料电杆的应用，复合材料电杆的应用能大大降低运输、施工难度，提高施工效率，在山区配电线路的新建与抢修中的应用将十分广泛。

1复合材料电杆的特点

复合材料电杆被默认为是一种杆身采用复合材料的电杆，由聚氨酯树脂和玻璃纤维通过特殊工艺形成的电杆，杆身有高强度、耐候性、耐腐蚀性、绝缘性好、质量轻等特点。

1.1重量轻

复合材料电杆的材料主要为聚氨酯玻璃纤维。复合材料电杆的重量约为混凝土杆的1/6，高强度杆甚至可以达到1/9，这对于线路的施工是非常有利的，架空线路一般所处地形都比较复杂，大山峻岭的情况较多。以15m高强度电杆为例，常规水泥高强度电杆重量达3.1吨，高山地形施工难度非常大，特别是抢险救灾的情况，受灾后，运输道路和施工现场环境都很恶劣，数吨重的水泥电杆无法快速运达受灾现场进行复电施工。然而，复合材料电杆具有重量轻的优点，以15m电杆为例，重量仅为0.36吨，很大程度降低了运输难度、特别是人工运输的难度，使在灾后极短时间内恢复供电成为可能，从而大幅提高了施工效率，缩短停电时间，使因停电而带来的经济损失降到最低。

1.2耐腐蚀

复合材料杆的组成原料为聚氨脂，聚氨脂具有耐腐蚀性。复合材料杆的平均吸水率约为0.2%，具有较低的吸水率从而具有良好的耐腐蚀性，在潮湿多水的南方，大幅延长了电杆的使用寿命。

1.3阻燃性好

复合材料杆的氧指数较低，具有较好的阻燃性能。10kV线路分布在山上或经过林区的情况非常普遍，复合材料电杆的阻燃性能够减少由于线路故障而引起的山林火灾发生的概率。

1.4防雷害

复合材料具有很好的绝缘性。复合材料杆可以改变以往混凝土电杆输电线路中的雷电通道，应用复合材料杆的输电线路可以改善线路遭受雷击的问题。反之，采用混凝土杆的输电线路遭到直击雷、反击雷、感应雷、绝缘子闪络等情况会经常发生，从而导致发生雷击跳闸不安全事故。

1.5基本力学性能优良

根据材性试验得到的结果复合材料试样基本力学性能拉伸强度能达到949.37MPa，压缩强度为395.04MPa，弯曲强度为1080.94MPa，可见其高强度的特点。

1.6可设计性好

复合材料电杆可以根据工程实际情况进行设计：复合材料为各向异性材料，其破坏为线弹性破坏，没有屈服阶段和屈服点，其弹性模量较小，工程设计需综合考虑在线路安装运行过程中的挠度问题。

2复合材料电杆与传统水泥电杆的性能比较

新型复合材料电杆比传统水泥电杆具有更好的经济效益主要体现在两个方面：一方面是由于复合电杆重量轻，运输方便，施工简单从而可减少施工费用70%以上。另一方面，也是更重要的方面，是能够在灾后为人民群众挽回巨大的生命、财产损失。

4复合材料杆线路设计分析

2015年在10kV长阳城墙堰光伏电站上网线路中采用了4基复合材料电杆。该工程新建10kV线路长度为1.69km，新立电杆26基，其中采用复合材料电杆4基，导线选用LGJ-240/30型钢芯铝绞线，设计条件基本风速为25m/s，覆冰10mm。复合电杆全部为Ф190×15米，15m复合材料电杆承载力检验弯矩不小于193.22kNm，同时兼顾各个水平档距下电杆在各个工况下的挠度值及复合电杆的老化情况，设计人员在考虑弯矩设计值时需预留一定裕度，15m杆按80m水平档距杆进行规划设计。转角杆由于前后侧张力的影响，复合材料杆挠度较大，运行视觉感官较危险且国内尚无应用，故本工程亦不推荐使用。该10kV线路已安全运行3年，既无遭受雷击，也无遇到冰雪灾害倒杆情况。

5结语

复合材料电杆具有重量轻、耐腐蚀、阻燃性好、防雷害、基本力学性能优良、可设计性好等诸多优点。且复合材料杆的形状、尺寸与水泥杆基本接近，考虑到国内无复合材料电杆的设计规程，本文认为复合材料电杆基础设计方法参照水泥杆的设计方法进行设计是合理的。

通过经济性比较分析，由于原材料价格的限制，复合材料电杆的成本高于水泥杆，但是考虑到山区特殊情况，采用复合材料电杆有利于线路的建设及后期的运行维护。复合电杆在山区配电线路的新建与抢修中的应用前景将十分广泛。

参考文献：

[1]刘泉，任宗栋，默增禄.复合材料在输电杆塔中的应用研究.玻璃钢/复合材料，2012，（1）

[2]李宏进.玻璃纤维复合材料（GFRP）轴压管件极限承载力试验研究与理论分析.西安：西安交通大学，2013.

作者简介：

胡昊，大学本科，工程师，研究方向：配电网工程规划与设计，主要从事配电网工程规划与设计工作。