复合材料在输变电工程中的应用

摘 要：通过讨论复合材料在输变电项目中的应用，包括复合横臂的形状、材料和结构，并分析输变项目中的复合支撑测试和应用点，来提高输变电工程的稳定性。

关键词：复合材料;输变电工程;应用

中图分类号：TB33

作为一种新型的环保材料，它越来越受到工程界的赞赏。它正在逐步取代木材和金属合金，并广泛用于航空航天、汽车、电气电子、建筑和健身器材等领域。在输电杆塔结构领域，复合材料也是塔结构建造的理想材料之一。它在一定程度上适用于国内外35kV、110kV、220kV等单杆结构，但由于单杆结构的承载力低，其应用领域受到限制。在国外，关于高承载力的格构式复合材料塔的研究很少。

一、复合材料应用的意义

复合材料是一种新型的环保材料，具有环境污染小、节能效果高等出色的性能。另外，某些复合材料还具有低密度、高强度、良好的绝缘性能和耐腐蚀性的优点。由于这种优势，复合材料正获得越来越多的认可和关注，在许多工程结构中取代了传统的合金和木材材料，并成为航空航天、电子电力领域的新材料。因此，近年来，有研究者认为，复合材料在输变电工程中的应用及其作为输电杆塔结构的主要材料具有一定的现实意义。我国的电网建设不断发展，西电东送工程逐步实施，有效地解决了我国东部发电能源短缺的问题。在现阶段，我国110kV以上的输电杆塔结构是用钢制成的，但是钢本身比较重，同时容易出现质量问题，例如在潮湿的环境中生锈和开裂。玻璃和瓷绝缘子的制造工艺不符合环境保护的概念，并且不耐用。杆塔式复合材料结构的特点是清洁效果好，维护成本低，使用寿命长。更重要的是，塔头的尺寸已被有效地减小，杆塔的整体结构具有重量轻且易于维护的优点。复合塔结构的颜色变化很大，材料本身无毒无害，可以回收再利用，可以改善输变电项目的环保性能。

二、复合材料在电气设备中的应用探讨

1.架构横梁采用复合材料

类似于线路项目的复合横梁，结构梁由复合材料制成，消除了绝缘绳，减少了结构的高度和结构之间的距离，节省了钢材和土地，从而达到了目的。以1000kV北岳站为例，其1000kV绝缘子串的水平长度约为10m，垂直长度约为12m，500kV绝缘子串的水平长度约为5m，垂直长度约为6m，南北变电站是324m，结构之间的距离可以减少3×10+3×5=45m，可以节省324×45=14580m2的占地面积。

2.电气设备中的引管和套管等采用复合材料

目前，有必要进口1000kV主变压器套管等。首先，价格昂贵，其次，损坏后难以修复。在研发和制造中使用复合材料应是弥补我国特高压电气设备制造缺陷的一种选择。

3.安全及环保要求

（1）现场和起重设备的安全系数必须符合“电力建设安全工作规程第二部分：电力线路”（DL5009.2-2013）和相关安全规程的规定。

（2）特种人员（起重工、指挥司索、登高人员等）须持证上岗。

（3）在施工前，我们将准备特殊的安全防护措施，向全体员工作出安全技术交底，并签字确认。

（4）进入现场的施工人员应正确佩带并使用安全防护用品。

（5）使用之前，必须对用于吊装的设备和安全设备进行检查和认证。工具和设备的型号和规格必须满足相关的法规要求。在工作之前，应仔细检查工具和器具，以确保它们没有损坏。

（6）材料的包装物应及时进行回收，保护环境。

4.不同材料复合绝缘子自身的局限性

该绝缘子可在恶劣的户外环境中全年运行，因此，良好、稳定的耐候性非常重要。尽管各种材料的复合绝缘子具有很大的优势，但它们自身的缺陷也限制了复合绝缘子的使用。乙丙橡胶绝缘子价格便宜，并且具有出色的耐老化性。当前，它们在更多的国外使用。但是，其长期耐污染性不是理想的。在常见的污染条件下，乙丙橡胶绝缘子伞裙经过几年的使用后性能会下降，其表面泄漏电流要大于陶瓷绝缘子。聚四氟乙烯绝缘子不易随时间老化，长期稳定性高，初始疏水性强。但是价格昂贵并且难以加工，并且在操作后不容易清洁聚四氟乙烯绝缘体的表面。此外，聚四氟乙烯的表面在伞盘上有蠕虫腐蚀的腐蚀槽和孔。环氧树脂复合绝缘子的电气和机械性能以及加工技术都很好，但主要缺点是长期稳定性差。在一段时间的使用后，这表现为表面粗糙度和裂纹。因此，有必要使用更高级的耐候性环氧树脂作为基础材料并在无机填充材料上下功夫。硅橡胶复合绝缘子在开始使用时具有出色的防水性。经过一定的运行时间后，它会将其自身的增水性传递给表面上积聚的污垢层。即使受到污染，硅橡胶绝缘子也可以表现出出色的防水性。硅橡胶具有出色的耐老化性，易于加工和成型。但是，由于硅橡胶材料相对较软且抗撕裂性较低，因此必须通过复合载体来保证其机械性能。

三、分析讨论

将一根总长度为20m，起重量为2吨的复合材料抱杆与相同规格的铝杆和钢杆进行了比较。该整体式杆具有简单的结构、制造方便并且易于组装。实际重量为370公斤，约为铝合金杆重量的84%。格构式抱杆结构复杂，组装工序繁多，但实际重量为350 kg，约为铝合金杆的80%，具有很高的稳定性，可以根据实际工程需要进行选择。在与钢和铝杆相同的安全系数下，这项研究中要求的高安全系数可以使复合杆的重量减少20%到30%。设计总长度越长，举升重量越重，复合材料的减重效果就越大。例如，ZB-ZTH-27x500x120的轻质复合材料固定杆，起重量为3吨，主固定杆总长度为27 m，斜拉桥长度为7 m，总重量仅为580千克（包括4个撑杆），约占相同提升力的铝合金支撑杆重量的50%至70%。

四、结语

综上所述，输变电工程的建设质量决定着我们电网的运行稳定性，关系到人们的生活便利。有必要对输变电业务的施工技术和施工材料进行系统分析。因此，更新建筑材料至关重要。目前的研究表明，复合材料在输变电工程中的应用具有明显的优势，可以从根本上提高输变电工程的稳定性。

参考文献：

[1]王莹，林瑶.复合材料在输变电工程中的应用[J].集成电路应用，2020，37（11）：170-171.

[2]王建一.復合材料在输变电工程中的应用[J].山西电力，2019（06）：69-72.

[3]洪志鹏.复合绝缘材料在交直流特高压输变电工程的应用[J].自动化应用，2016（11）：121-123.

作者简介：赵宇轩（1998-），男，内蒙古赤峰市人，江苏大学本科在读，研究方向：复合材料与工程。

江苏大学 江苏镇江 212013