输电线路复合横担杆塔及技术经济比较分析

张庆

摘要：输电线路复合绝缘杆塔已在输电工程中逐步得到较广泛应用，与常规钢质杆塔相比，复合绝缘杆塔具有较多优势，本文介绍了输电线路复合横担杆塔的特点及其三种型式，并对其进行了技术经济比较分析。

关键字：复合横担杆塔；技术经济；比较分析

一、引言

随着国内电网的发展，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，造成了生态环境的污染。在架空输电线路工程中，杆塔建设费用约占本体投资的30%以上，直接决定着线路的经济性。而传统的输电铁塔普遍存在质量重、易锈蚀等缺陷，耐久性差，使用寿命较短，容易出现各种安全隐患。因此，采用新型环保材料代替钢材成为输电行业的一种发展趋势。

随着材料技术的发展，国际上已经开发了多种高性能的增强复合材料（FRP）。FRP材料具备抗腐蚀、强度高、自重小，而且其弹性变形能力以及抗疲劳能力强的特点。最重要的是使用FRP材料之后杆塔与各构件之间能够实现物理绝缘，FRP复合材料已成为搭建输电杆塔的理想材料。

二、复合材料杆塔特点

多年来国内外对应用于输电线路的FRP复合材料开展了广泛地研究，复合绝缘杆塔已在输电工程中逐步得到较广泛应用，与常规钢质杆塔相比，复合绝缘杆塔具有以下特点：

1.重量轻：复合绝缘杆塔的重量约为钢质杆塔的1/2。重量轻是复合绝缘杆塔突出的优点之一。由于重量轻，可大幅降低运输和施工安装成本，尤其适于山区和软弱土质地区的输电线路使用。

2.强度高：纤维增强复合绝缘单向板的纵向拉伸强度为800～1200MPa，远高于普通钢材的屈服强度，同时具有优良的疲劳性能。

3.耐腐蚀：复合绝缘杆塔对酸、碱、盐和有机溶剂等腐蚀介质的耐腐蚀性能和耐候性能优良，因此特别适合沿海地区、内陆盐渍土地区以及工业区和酸雨多发地区等对混凝土和钢质杆塔有特殊防腐要求的环境。

4.温度适应性强：复合绝缘杆塔几乎适用于各种气象条件而不改变性能，特别适用于高寒地区使用。高寒地区混凝土杆塔常发生冻融循环破坏，而铁塔常发生低温冷脆破坏。

5.电绝缘性能好：复合绝缘杆塔电气绝缘性能优良，可以减少导线与塔身间隙，使输电线路结构更为紧凑，可减少线路走廊宽度。这在土地资源稀缺、线路走廊日益紧张的情况下尤其有意义。

6.可设计性好：复合绝缘杆塔有别于其他杆塔的重要特点是其材料可设计性，可以根据特殊的结构性能要求选择基体和纤维材料及其相对含量和铺层方向等进行合理的设计，以满足对杆塔强度、刚度、疲劳特性和产品色彩等多方面的要求，以充分发挥复合材料强度高的优点，经济地使用材料。

7.维护性好：复合绝缘杆塔由于耐久性好，基本上是一种免维护的结构。这对保障线路安全、降低输电线路的维护成本很有意义。

8.环境性能好：复合材料在使用过程中无毒害作用，它不会渗出化学剂到土壤中，对环境影响小，报废后可回收利用。

复合材料杆塔相比传统杆塔具有更好的综合性能，因而通过合理地设计，充分利用复合材料的性能，将复合材料技术应用到输电工程不仅能够提高输电线路运行的可靠性与经济性，对于建设“资源节约型、环境友好型”输电线路具有重要意义。

三、复合横担杆塔型式

（一）上字型复合横担直线塔

上字型复合材料横担直线塔，采用垂直三角形排列，上、中、下导线均采用复合材料横担。采用上字型复合材料横担直线塔，虽然塔总高因布置横担有所增加，但横担部分钢材均采用复合材料取代，可缩短横担长度，减小导地线层间间距，从而塔重较普通直线塔减轻，基础作用力也对应减少。同时线路走廊宽度减少了对跨越房屋的范围，由于使用复合材料横担，相比同呼高常规铁塔，对地距离增大，更利于对房屋的跨越同时可以有效降低输电线路对环境的影响。

（二）Y型塔复合横担直线塔

Y型复合材料横担直线塔，在原猫头塔的型式上改进设计，导线仍然采用垂直三角行排列，上导线采用普通V型绝缘子串，中、下导线采用“V”子型复合材料横担，通过节点连接在塔头下曲臂顶部和塔身顶部。采用Y型复合材料横担直线塔可减小线路走廊，增大了边导线对房屋的水平距离。可以在平丘地区或山势缓和地段使用，能有效降低输电线路对环境的影响。

（三）坡位复合横担直线塔

坡位复合横担直线塔是在上字型复合材料横担直线塔这种结构型式上演变而来的一种特别适用于山坡地形的复合材料横担杆塔型式，采用垂直倒三角形排列，上、中、下导线均采用复合材料横担。采用坡位型复合材料横担直线塔，同上述两种复合横担直线塔一样，塔重以及基础作用力都可较常规直线塔大幅度降低，且线路走廊宽度减少，从而减少了对跨越房屋的范围，由于使用复合材料横担，相比同呼高常规铁塔，对地距离增大，更利于对房屋的跨越同时可以有效降低输电线路对环境的影响。

另外，由于坡位型复合材料横担直线塔的型式具有适应山坡地形杆塔两侧对地高度不等的特点，使用坡位型复合材料横担直线塔，与上述两种塔相比可降低杆塔呼高，因此更适合于山坡地形使用。

四、经济性分析

相比常规角钢塔，复合材料横担杆塔可以使呼高降低，缩减线路走廊宽度。在同等条件下，以铁塔（钢杆）重量，基础作用力，基础混凝土方量，基础钢筋量及各项指标的造价为影响因素，对复合材料横担直线塔与常规角钢直线塔、复合材料横担钢杆与常规钢杆进行比较分析，分析结果如表1所示：

由表1可知：

1.Y型复合材料横担直线塔塔重较普通直线塔减轻23%左右，基础作用力减少27%左右。上字型复合材料横担直线塔重较普通直线塔减轻20%左右，基础作用力减少23%左右。坡位复合材料横担直线塔重较普通直线塔减轻25%左右，基础作用力减少30%左右。

2.三种复合横担杆塔相比较，Y型塔、坡位塔工程费用基本相当，但比FZS上字型低约1万元，经济优势明显；Y型塔走廊宽度比上字型塔小1.3m，比通用设计ZMC1型减少2.6m。

3.坡位塔由常规“上字型”塔变化而来，用于山区地形可提高下山坡侧的导线对地高度，塔重及造价费用较低。

五、结束语

复合材料横担直线塔与一般常规铁塔总体造基本相当，Y型塔和FPZ坡位塔费用甚至略省，随着复合横担在工程中的逐步应用，价格还有降低的空间。且使用复合材料横担之后，可减小线路走廊，缩减了跨越及占地费用，经济效应明显。复合横担杆塔应用到输电线路工程不仅能够提高输电线路运行的可靠性与经济性，对于建设“资源节约型、环境友好型”输电线路具有重要意义。

（作者单位：湖北省电力勘测设计院）