复合材料杆塔应用技术

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1、复合材料杆塔应用技术—、概述纤维增强树脂基复合材料（简称复合材料）主要由纤维和基体材料按一定比例混合并经过一定工艺复合形成。复合材料杆塔是采用复合材料替代原有输电线路用钢材的输电杆塔型式，具有强度高、质量轻、耐腐蚀、可设计性强及绝缘性好等优异的综合性能，是新型复合材料在输电杆塔结构中的一次创新性应用。复合材料杆塔在输电线路中的应用，能够有效压缩线路走廊宽度、节约大量土地资源；提高沿海及重工业污染区输电杆塔耐腐蚀水平，延长杆塔使用寿命；降低特殊地区杆塔运输及施工难度，大幅提高电网建设效率，在一些特定工况条件下，正逐步成为传统输电杆塔

2、的优选替代品。复合材料杆塔由于其优良的综合性能已经在欧美地区得到成功应用。国内复合材料杆塔应用研究起步较晚，目前尚处在研发、应用和总结阶段。02007年开始，国家电网公司基建部、建设部等部门牵头均开展了复合材料杆塔应用研究工作，该项技术已在国内多个省市数条线路中得到初步应用，为复合材料杆塔在我国输电线路中的推广应用奠定了基础。二、技术原理（1）和输电铁塔相比，复合材料杆塔具有优异的电气绝缘特性，塔型设计中只需满足各种过电压情况对塔身的间隙要求以及相间过电压的间隙要求，能够有效减少导线与塔身的间隙，从而有效缩减线路走廊宽度，使输电线

3、路更为紧凑，节约大量土地资源。（2）利用复合材料杆塔优异的耐酸、碱、盐及有机溶剂等介质腐蚀特性，能够有效提高沿海及重工业污染区杆塔抗腐蚀能力，延长其使用寿命。（3）利用复合材料高强轻质特性，通过合理的结构设计，在满足杆塔机械性能要求的条件下，可以大幅减轻杆塔质量，进而降低杆塔的运输和施工难度，提高电网的建设效率。三、主要技术内容复合材料杆塔应用技术涉及复合材料、结构力学、电气绝缘及防雷接地等众多专业。各项技术不仅涉及到复合材料杆塔的安全稳定性，而且直接关系到整个输电线路的安全运行。（一）技术成果的主要內容复合材料杆塔应用技术主要包

4、括材料选型及设计、成型工艺、结构设计及电气设计等主要技术成果，兼顾了示范工程的创新与安全运行。1.材料选型及设计输电杆塔用复合材料选型及设计主要涉及材料选用原则、材料性能参数的取值及各项检测方法的建立。输电杆塔用复合材料既要保证各个工况的机械性能及电气性能，乂要兼顾复合材料的长期耐受性能。复合材料选型及设计应充分考核基本物理性能、力学性能、耐候特性、耐介质腐蚀特性及电气特性等。结合复合材料的特性及杆塔的设计要求，初步选定纤维增强树脂基复合材料。纤维主要选取绝缘性好、抗腐蚀性好、耐热性强及机械强度高等综合性能优异的玻璃纤维。树脂主要

5、包括三类：①化学稳定性好、电绝缘性佳、耐腐蚀性好、粘接性好、机械强度较高及成型工艺简单易控制的户外环氧树脂；②耐腐蚀性好、机械强度高、延伸率大、粘结性能好、耐疲劳性能好、电性能佳、耐热老化及固化收缩率低的乙烯基酯树脂；③机械性能突出、化学稳定性好、耐老化性好及阻燃性好的聚氨酯。1.成型工艺复合材料杆塔成型工艺的选取应综合考虑杆塔的结构型式、机械性能要求、成型工艺的难易程度及成型设备的前期投资费用等关键因数。复合材料杆塔成型工艺可采用缠绕成型或拉挤成型工艺。缠绕成型工艺是将浸过树脂胶液的连续纤维或布带按照一定规律缠绕到芯模上，然后经

6、固化、脱模，获得制品。拉挤成型是将浸渍树脂胶液的连续纤维束、带或布等，在牵引力的作用下，通过成型模具、固化，连续生产长度不限的复合材料型材。对于复合材料单杆结构型式，可优选缠绕工艺。这是因为纤维按预定要求排列的规整度和精度高，通过改变纤维排布方式、数量，可以实现等强度设计，能在较大程度上发挥增强纤维抗张性能优异的特点。另外，缠绕单杆结构合理，比强度和比模量高，质量比较稳定和生产效率较高。对于复合材料横担结构型式，可优选拉挤工艺。这是因为拉挤工艺生产效率高，易于实现白动化；纤维含量一般为40%〜80%,能够充分发挥增强材料的作用；性

7、能稳定可靠，不需要或仅需要进行少量加工，长度可根据需要定长切割;杆件的纵向和横向强度可任意调整,以适应使用要求。若考虑复合材料横担在强度、耐腐蚀老化、抗变形及抗剪等方面的特殊性能要求，结合杆件截面及连接方式，可选取缠绕成型工艺。2.结构设计复合材料杆塔结构设计主要包括复合材料杆塔型式和节点连接技术。（1）复合材料杆塔型式。复合材料杆塔的型式主要分为复合横担、复合塔头和全复合杆塔三类。1）复合横担一般是指杆塔塔身部分采用角钢或钢管杆，横担采用复合材料，复合横担和绝缘子串共同承担绝缘性能。其主要特点是横担采用复合材料，横担上的复合材料

8、构件承担部分的电气绝缘，导线悬挂于复合横担的远端（一般釆用带绝缘子串的悬垂金具型式）。2）复合塔头一般指杆塔的塔头部分采用复合材料，塔头部分的复合材料构件的节点连接处采用金属材料（或全复合材料连接），其特点是整个杆塔塔头部分整体呈现绝缘状态。3）全