复合材料杆塔研究现状及关键技术问题马亚运

复合材料杆塔研究现状及关键技术问题马亚运

马亚运郭磊

（国网冀北电力有限公司唐山供电公司河北唐山063000）

摘要：本文分析了电力输送用复合材料杆塔绝缘性好、强度高、耐候性好等优势及复合材料杆塔设计技术特点，介绍了复合材料杆塔国内外现状及发展趋势，提出今后国内复合材料杆塔的应用发展需要解决的高刚度、耐老化、轻量化及低成本4个主要问题，并展望了其广阔的市场应用前景。

关键词：复合材料杆塔；电力；设计；应用

随着国家电网公司智能电网建设的发展，架空输电线路长距离输电的安全可靠性成为电网安全稳定运行的重要保障。传统木杆、水泥杆、钢管塔及铁塔在长期运行中存在易开裂、耐侯性差、耐腐蚀性能差等缺点，严重威胁着输电线路的安全运行。复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀性好且绝缘性优异的特点，已经受到国内外电力学者的广泛关注。

1复合材料杆塔特点

1.1复合材料杆塔优点

复合材料具有质量轻、强度高以及电绝缘性好等诸多优点，国内外电力学者将其应用在输电线路复合材料杆塔制造上，与传统的木杆、混凝土杆、钢管塔以及铁塔相比具有以下优点：

（1）良好的力学性能

复合材料拉伸强度（纵向）约为800～1200MPa，弯曲强度（纵向）约900MPa，远高于普通钢材的强度，具有很好的刚度。

（2）优异的绝缘性能

复合材料电绝缘性能好，用复合材料制备的杆塔可有效降低雷击事故发生率，杆塔爬电距离增加，可提高线路的防污能力，减小横担及绝缘子串长度，同等电压下可缩减线路走廊宽度

（3）耐候性、耐腐蚀性能强

复合材料对酸、碱、盐等各种腐蚀性有机溶剂耐腐蚀性能以及对紫外照射等恶劣气候条件的耐候性能优良，极大增加了杆塔的使用寿命，特别适合沿海、工业区、油田、矿山等地区以及对杆塔有特殊要求的环境下使用。

（4）存储、运输和安装方便

复合材料杆塔的质量约为木杆的1/4，混凝土杆的1/10，钢杆塔的1/3，可直接用直升机运输，便于运输、存储和安装，尤其适于偏远山区输电线路使用。

1.2复合材料杆塔技术特点

复合材料杆塔在设计中，主要遵循的原则有：保证杆塔强度，减少线路走廊宽度，构件布局合理，

传力路线清晰，外形简洁美观，发挥部件和节点承载潜能。复合材料杆塔设计首先确定复合材料各项技术参数，关键杆塔电气规范要求，确定复合材料杆塔材料，初步选定复合材料杆塔基本尺寸，电压等级、导线型号、气候环境条件等，计算复合材料杆塔的机械强度、电气性能、工装，根据计算结果，优化复合材料杆塔设计，最后缩比模型法进行真型试验验证。

从杆塔力学角度来说，钢管塔和铁塔一般受力较大，一般应用在高电压等级输电线路。复合材料杆塔由一种复合材料制备而成，而复合材料的弱点是有一定的脆性，因此复合材料中纤维方向和纤维量的多少决定了复合材料杆塔变形大小，因此建议对复合材料杆塔研究应集中增强复合材料的强度方面。新型的复合材料杆塔基体中添加碳纤维和玻璃纤维等混杂纤维作为增强材料，采用小角度锥形缠绕成型工艺，材料性能得到提高，国内部分企业已经研制和使用这种材料和缠绕成型工艺，目前正在进行市场推广。从杆塔老化角度来说，复合材料杆塔长期受电气、日照和环境等因素影响，老化问题的研究尤其重要，也极为复杂。老化问题一直是复合材料杆塔研究的重点，根据可能出现的老化现象，建议分别从材料方面和杆塔整体性能方面进行研究。从材料方面来说，添加耐老化性能好的材料到基体中，如聚氨酯树脂，可提高材料的耐电痕、人工污秽等。确定材料后，通过缩比模型制备样品，模拟线路运行环境来研究整塔在电气环境下的耐老化性能，更需要实践去验证。

2复合材料杆塔国内外研究现状及发展趋势

国外复合材料杆塔的制造主要集中在北美、欧洲等发达地区及复合材料技术水平较高的国家，并成功的在美国、加拿大以及巴西等地使用，特别是在配网线路中成功的替代了传统木杆、水泥杆和钢材杆塔。

近些年，我国架空输电线路主要使用混凝土杆、钢塔及铁塔，木杆基本已经不再使用。随着复合材料技术的飞速发展，老、旧输电线路中传统杆塔的缺陷逐步显露，对于减少所建输电线路走廊占地及提高线路运行可靠性的迫切需求，复合材料杆塔引起了电力行业极大的关注。

2.1复合材料杆塔在国外输电线路中的发展现状

美国Sharkspeare公司是最早开发复合材料电杆的公司，1954年该公司开始用复合材料制造电杆，同时进行了安装使用，至今仍在运行中。在高度盐雾腐蚀并经常经受飓风的夏威夷岛上，使用了近60年的复合材料电杆运行状态依旧良好。美国Powertrusion公司和美国北太平洋复合材料公司也从事复合材料电杆的生产。Powertrusion公司生产的杆塔和横担已经大规模应用，其使用寿命可望达80年，已超过传统材料输电杆塔的使用寿命。

北美等各大输配电公司对复合材料杆塔表现出浓厚的兴趣，各制造公司也积极研制开发不同类型和不同电压等级的复合材料杆塔。多家公司已经将复合材料杆塔应用到实际工程中，电杆性能也经过十多年甚至几十年的考验。目前，国外电杆主要在配网线路中广泛应用，高电压等级复合材料杆塔应用较少。

2.2复合材料杆塔在国内输电线路中的发展现状

2009年以后，国网电力科学研究院、中国电力科学研究院及一些民营企业如江苏神马等公司纷纷开展复合材料杆塔制备等技术的研究，部分单位已经在试点工程中使用复合材料杆塔和横担产品，如江苏连云港供电公司220kV茅蔷线改造工程、北京市电力公司西湖110kV送电线路工程等。

2.3复合材料杆塔发展趋势

目前，国外研究复合材料杆塔已有一定时间，且具有相当规模，国内复合材料杆塔研究时间较短，示范线路应用时间不长，从复合材料强度、老化、电性能基础上，建议扩展轻量化、现场安装便捷、价格低廉的复合材料杆塔，降低应用复合材料杆塔整体费用，否则复合材料杆塔在国内大规模应用将难以推广。今后发展需要解决的问题是耐老化性和降低制造成本。

3结论

随着电力需求愈来愈大，节能降耗也面临着巨大的压力，由于复合材料生产工艺的不断升级，复合材料杆塔综合性能不断提高，耐老化性能及成本降低等将会很快得到解决，因此复合绝缘材料杆塔作为替代传统杆塔的新型环保产品具有非常广阔的市场应用前景。

参考文献：

[1]邓世聪，刘庭，李汉明，等.110kV架空输电线路复合材料杆塔的材料、电气和机械特性试验[J].南方电网技术，2011.

[2]胡毅，刘庭，刘凯，等.110kV输电线路复合材料杆塔特性试验研究[J].高电压技术，2011.