试论110kV输电线路复合材料杆塔应用

2016-08-12石明书梁龙骏国网安徽省电力公司滁州供电公司安徽滁州239000

低碳世界 2016年14期

石明书，梁龙骏（国网安徽省电力公司滁州供电公司，安徽　滁州　239000）

试论110kV输电线路复合材料杆塔应用

石明书，梁龙骏（国网安徽省电力公司滁州供电公司，安徽滁州239000）

在110kV输电线路中应用复合材料杆塔，要对杆塔的构件受力情况，材料的自身特性予以考虑，因此本文先对复合材料的受力特点、组成成分以及复合材料杆塔的成本进行了分析。并探讨了当前110kV输电线路中对复合材料杆塔应用存在的问题，提出了相应的解决措施。

杆塔；复合材料；110kV输电线路

引言

在我国的智能电网改造、城乡电网改造等工程中，积极引进了复合材料，复合材料杆塔在110kV输电线路中的应用也越来越普遍。复合材料是一种新型材料，其具有良好的可设计性、易维护性、耐疲劳性、绝缘性，并具有轻质高强的特点，具有良好的环境适应性。在110kV输电线路中应该对复合材料杆塔进行积极的应用，并不断提高复合材料杆塔在110kV输电线路的应用效果，充分发挥复合材料杆塔的作用。

1　复合材料杆塔

1.1复合材料

在110kV输电线路中，使用的复合材料的主要成分包括增长纤维和树脂基。芳纶纤维、硼纤维、碳纤维、玻璃纤维都属于常用的增强纤维。聚乙烯、不饱和聚酯树脂、酚醛树脂、环氧树脂都属于常用的树脂基。比较适用于制作输电杆塔的复合材料是玻璃纤维增强环氧树脂，这是由于硼纤维和芳纶纤维都具有较高的价格，而碳纤维具有较差的电绝缘性，只有玻璃纤维具有较低的弹性模量和较大的延伸率，其强度也基本符合制作杆塔的要求，该复合材料又被称为玻璃钢。与常规材料相比，玻璃钢复合材料具有较好的受力性能。常规材料的抗拉强度约为310～380MPa，而玻璃钢复合材料的抗拉强度能够达到1670MPa。常规材料的弹性模量约为2.1×105MPa，而玻璃钢复合材料的弹性模量能够达到5.1×104MPa。常规材料的密度约为7850kg·m-3，而玻璃钢复合材料的密度约为 2000kg·m-3。以上数据都说明玻璃钢复合材料的密度远小于传统的钢材料，却具有更大的抗拉强度。然而值得注意的是玻璃钢复合材料具有较低的弹性模量和较差的抗压稳定性，这也从一定程度上对其在110kV输电线路中的应用造成了限制［1］。

1.2复合材料杆塔的使用成本

从全寿命成本的角度出发，复合材料杆塔具有一定的成本优势，这是由于其具有较长的使用寿命，而且维护成本较低。但是在建设初期，复合材料杆塔需要较多的成本投入。复合材料杆塔的建设成本超过了5500元，而混凝土杆塔的建设成本不到2200元，钢管钢和木质干的建设成本更是不到1600元。

2　110kV输电线路输电线路应用复合材料杆塔过程中存在的问题

2.1复合材料的环保问题

尽管复合材料性能优良，但是在应用复合材料杆塔的过程中仍然要面临一定的环保问题。在报废之后如何对复合材料进行处理仍然存在一定的技术问题，当前尚未有回收站能够对复合材料进行回收和再利用，回收之后没有对其进行正确的分类和处理，造成了一定的资源浪费，不符合环保理念。

2.2复合材料具有较差的热稳定性

110kV输电线路杆塔必须长期暴露在空气中，承受夏季的高温，这就要求其复合材料必须具有较好的热稳定性。但是在实际应用的过程中，复合材料的热稳定性较差的弊端逐渐暴露，在高温下，复合材料杆塔可能会出现变色和变形，从而影响输电的效果［2］。

2.3复合材料的老化问题

老化一直是110kV输电线路复合材料杆塔应用中的一个关键问题，造成复合材料杆塔老化的根本原因在于没有对其进行有效的维护。有效的维护对于110kV输电线路复合材料杆塔非常重要，然而当前的当前对复合材料杆塔的维护没有充分的考虑各项环境因素，造成维护的效率较低，不能很好地解决复合材料的老化问题。

2.4复合材料的成本问题

据相关数据，各杆塔材料中年平均成本最低的是钢管杆，年平均成本约为88元，其次为木质杆，年平均成本约为94元，年平均成本最高的是混凝土杆，能够达到104元。复合材料杆塔的年平均成本降到了69元。但是110kV输电线路的复合材料杆塔仍然具有较高的应用成本，这是由于生产条件和知识技能条件的限制在应用复合材料杆塔时需要投入很多额外的应用成本，成本控制难度较大。而且复合材料杆塔的初期建设成本远高于其他材料杆塔，也带来了一定的成本投入压力［3］。

2.5复合材料的节点连接问题

在复合材料杆塔的应用过程中，节点的连接问题逐渐开始暴露出来。在架设的过程中没有对110kV输电线路的节点进行严格的处理，而且很少对连接部位进行检查，这也导致复合材料杆塔常出现节点开裂的问题，影响了输电的稳定性。

2.6复合材料的强度问题

在应用复合材料杆塔过程中，往往没有结合实际需要对复合材料杆塔的强度提出明确的标准，一旦出现狂风暴雨天气，或者受到撞击，复合材料杆塔就可能发生断裂，这也说明复合材料杆塔的强度仍然未能达到相关标准，一定程度上影响了复合材料杆塔在110kV输电线路中的应用。

3　积极推进110kV输电线路复合材料杆塔应用的具体对策

总体而言，在110kV输电线路中应用复合材料杆塔是大势所趋，然而针对当前应用过程中复合材料杆塔暴露出的一些问题，也应该采取相应的措施，不断提高复合材料杆塔在110kV输电线路中的适用性。

3.1对复合材料的引进进行控制

要保障复合材料杆塔的应用效果，就必须对复合材料的质量与严格的控制。在引进环节，就要对110kV输电线路的施工标准予以严格的执行，控制和管理施工过程中用到的各类复合材料杆塔，在引进复合材料杆塔时必须严格依照相应的施工标准，保障复合材料杆塔本身的质量［4］。

3.2全面控制用成本

在保障110kV输电线路中复合材料杆塔的质量的前提下，还要采取相应的措施来降低维护成本和施工成本。要积极进行技术研发，进一步降低复合材料杆塔的生产成本，进一步推进复合材料杆塔的普及。例如为了降低复合材料杆塔的生产成本，可以将夹层结构设置在下段塔上，但是为了不对整个杆塔的稳定性和节点连接造成不利影响，不能在节点构造较多的上段塔身上安装夹层结构。

3.3提升复合材料杆塔各方面的性能

110kV输电线路对于输电的安全性和稳定性都有着较高的要求，采用复合材料杆塔之前应该对具体的使用环境进行考虑，并对复合材料杆塔进行防老化处理，实现安全性和有效性得到提升。与此同时，还要对复合材料杆塔的热稳定性进行提高，以免夏季高温影响复合材料杆塔的稳定性，造成杆塔变形。为了避免节点开裂，在架设和维护的过程中都要加强对节点连接的重视，定期对节点连接进行检查，保障复合材料杆塔节点连接的稳定性。当前常用的杆身节点连接方式有三种：内外双套筒法兰连接、使用结构胶和紧固螺杆进行插接、预埋金属件接头连接，具体见图1。

图1　复合材料杆身节点的连接方案

为了进一步加强复合材料杆塔的应用，还要对杆塔的强度进行增强，从而使复合材料杆塔的安全性和稳定性得到提高，以保障110kV输电线路的输电质量。

3.4扩大复合材料杆塔的应用范围

我国的电网规模日益扩大，也产生了输电线路的结构以及维护问题，为了进一步发挥复合材料杆塔的优势，应该积极扩大复合材料杆塔的应用范围。例如在输配电线路杆、路电杆、通信电塔、接触网支座中积极应用复合材料杆塔，充分发挥复合材料杆塔耐腐蚀性强、绝缘性强、吸收撞击能量的能力强、自重小的优点。例如在接触网支座中应用复合材料杆塔能够降低通信制作的荷载，在输配电线路杆中应用复合材料杆塔能够减少锈蚀，提高输配电线路的稳定性。