复合材料在输电杆塔中的应用研究

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1、复合材料在输电杆塔中的应用研究工程设计综合甲级资质A1370027472010年8月北京批准：审核：校核：编写：目录1.前言42.复合讦亦忑由病“爲打£亦』的佥用二二二二二二二二二二二43〕复合材料在输电杆塔领域的应用性研究94.复合材料在单柱杆塔中的应用研究95.复合材料在格构式杆塔中的应用186.复合材料在输变电杆塔中应用展望207.结论201.前言随着电网的发展，输电线路工程呈现出长距离、规模化、大型化的发展趋势，其对钢材的需求量也在逐年上升，消耗了大量矿产资源，造成生态环境的污染。同时，大量采用钢材作为铁塔材料，也给杆塔的施工运输、运行维护带来了诸多困难。因此，采用

2、新型环保材料代替钢材成为输电行业的一种发展趋势。复合材料由于具有高强、轻质、耐腐蚀、易加工、可设计性强和绝缘性能好等优点,越来越为工程界所重视，己在石油、化工以及建筑行业得到广泛应用。随着复合材料技术及其制造工艺的发展，其物理力学性能已逐步提高，输电杆塔采用复合材料已成为可能。复合材料塔用于输电线路可以节约钢材，减少对矿产资源的破坏，保护环境；并且,利用复合材料的绝缘性，不仅易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平，同时还可以减小塔头尺寸，减少走廊宽度；杆塔轻便，易加工成型的特点，可以大幅度地降低杆塔的运输和组装成本；杆塔的耐腐蚀、耐高低温、强度大、被盗可能性

3、小的特点，可降低线路的维护成本；同吋由于杆塔颜色可调、无毒害、报废后可再利用，还增强了线路的环境友好性。因此复合材料在一定程度上是建造输电杆塔结构的理想材料之一。由此可见，复合材料塔具有更好的综合性能，并且作为一种低碳、节能、环保以及符合工艺美学的新型结构，代表了输电杆塔结构的发展方向之一。因此在材料性能满足要求的基础上，通过合理的设计，将复合材料塔在输电线路工程上推广应用，具有重要的社会意义和经济效益。2.复合材料在国内外输电杆塔中的应用复合材料电杆在40多年以前已有研究，但当年主要是树脂基玻璃纤维复合材料电杆,树脂一般采用综合性能较好的环氧树脂固化体系为基体材料，采用连

4、续纤维缠绕成型工艺，成本较高，由于工艺技术和树脂配方问题导致抗老化性能差，寿命短，未能在实际工程线路中得到实际应用。随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料电杆重新受到世界各国输电行业的重视。新型电杆在基体树脂中添加了抗老化成分，以碳纤维和玻璃纤维或混杂纤维作为増强材料，采用拉挤或缠绕成型工艺进行牛产，材料性能得到提高，成木也己大幅降低。缠绕型低成木电杆在美国已经投入使用，并且拉挤结构输电塔也已研制成功。2」国外研究概况复合材料杆塔由于其优良的综合性能已经在欧美得到应用，其中研究开发和应用最为成熟的是美国。美国各大输配电公司对复合材料杆表现出浓厚的兴趣，各制造

5、企业也积极研制开发出各种复合材料杆。美国的EbertComposites公司、PowertrusionComposites公司、Shakespear公司、NorthPacific公司和CTC公司等制品厂家都开发了自己的复合材料杆产品，并申请专利和得到了比较广泛的应用，如图2」〜2.2所示。图2.1南加州爱迪生公司建造的115kV复合输电杆图2.2运行屮的69kV交叉线路复合输电杆图2.3复合输电杆的运输吊装图2.3中展示的FRP杆最长可达80英尺（27.84m）,底部直径为24.38英寸（619cm）,重量为1350磅（611.5kg）。适用于110kV及以下电压等级的输电

6、线路。另外，由于复合材料质的轻质特性，对于复杂的地形条件，其还可采用直升机运输的方式送抵指定塔位，如图2.4所示。图2.4直升机正在吊装复合输电杆除了单根结构的电杆外，一些公司还开发应用了型材组装的复合材料输电塔。由于复合材料穿孔会破坏内部纤维结构，减弱其整体强度并造成应力集屮，因此其不宜釆用螺栓穿孔连接。从1992年起，美国提出了一项新的研究计划，由复合材料采用无螺栓装配构建杆塔。它由EbertComposites公司与加利福尼亚两家供电公司圣地亚哥煤气电力公司（SDGE）和南加利福尼亚爱迪生公司（SCE）—道开发。该计划也得到了美国电科院（ERPI）的技术支持。1996

7、年3月，在加利福尼亚奥克斯纳德的奥蒙德比奇发电站一条已建成的220千伏线路上安装了三基试验杆塔，如图2.5所示。图2.5格构式复合材料杆塔及其节点连接方式尽管当地的干旱季节常使线路周边盐污染加剧，但投运过程中，并未岀现明显的放电痕迹、机械损伤和电气损伤，或由气候变化或紫外线辐射引起的损伤，杆塔运行状况良好。除美国在复合材料杆塔领域取得的显箸成绩外，加拿大的RS公司也是一家先进的复合材料开发商，研发了独特设计的复合材料杆塔，其具有重量轻和安装方便的特点，被南加州爱迪生公司的“未来电路''项目选中，该项目是美国最先进的