輸電線路的復合材料桿塔現狀

    50多年以前，采用連續纖維纏繞成型工藝制造了樹脂基玻璃纖維復合材料電桿，但鑒于當時工藝技術水平和樹脂配方問題導致抗老化性能差，壽命短，未能在實際工程線路中得到實際應用。進入上世紀90年代，隨著樹脂和纖維材料性能的改進和制造技術的進步，復合材料電桿重新受到各國輸電行業的重視。
    復合材料桿塔由于其優良的綜合性能已經在歐美得到應用，其主要技術優勢包括：1）良好的絕緣性，不僅避免了風偏和污閃事故，提高線路安全運行水平；同時，還可以減少塔頭尺寸、縮減走廊寬度；2）桿塔質輕高強，易于加工成型，可大幅降低桿塔的運輸組裝成本；3）材料可設計性強，通過不同的纖維分布方式實現材料各項異性，從而滿足不同受力構件的力學要求；4）材料良好的耐腐蝕性、耐候性，降低了線路的運行維護成本。復合材料在一定程度上是建造輸電桿塔結構的理想材料之一。美國的Ebert Composites公司、Powertrusion Composites公司、Shakespear公司、North Pacific 公司和CTC公司等制品廠家都開發了自己的復合材料桿產品，并申請和得到了比較廣泛的應用。1996年，美國公司和圣地亞哥煤氣電力公司（SDGE）和南加利福尼亞愛迪生公司（SCE）合作，針對南加利福尼亞海濱奧德比奇的一條22萬線路，開發了三基復合材料格構式輸電塔。加拿大的RS公司研究開發了獨特設計的復合材料桿塔，具有重量輕和安裝方便的特點，被南加州愛迪生公司的“未來電路”項目選中，采用的聚氨酯樹脂體系具有創新性，比常規不飽和聚酯樹脂復合材料有更大的強度、耐沖擊力和較大比強度等優勢。荷蘭Movares工程咨詢公司2005年完成了荷蘭電網一條1.5公里380/150kV試驗線路的方案設計，該方案旨在利用復合材料桿塔的電氣絕緣性能以改善輸電線路電磁場對環境的影響。該項目曾一度受到歐盟重視。Exel Compsites國際集團（分部主要在澳大利亞、奧地利、比利時、芬蘭、德國、英國）針對電網應用實際情況研制了復合材料桿塔，集團成立了專門的部門進行市場運作。
    國內自1995年開始，溫嶺市電力絕緣器材有限公司研究復合材料桿塔，研制成功了220KV及以下搶修塔（門形、帶拉線）、110KV復合材料橫擔和桿頭并應用。常熟市鐵塔有限公司曾與加拿大RS公司洽談合作復合材料桿塔項目，但因為RS公司要求過高而未能達成一致意見。鞍山鐵塔開發研制中心與鞍山鐵塔廠合作，于2006年在遼寧省電力公司立項研制高強度復合材料桿塔。但因撓度達1/10，未能實際應用。 南方電網的廣東電網公司于2007年針對復合桿塔的應用研究進行了立項，項目選用了加拿大RS公司的復合桿塔，其力學真型試驗在電力科學研究院進行，由于存在諸多問題，復合桿塔一直沒有真正應用到輸電線路上。
    隨著電網公司倡導建設環境友好型、資源節約型的“兩型三新”線路，自2009年6月，電網公司基建部牽頭召開了次“復合材料桿塔項目啟動會”，各設計參與單位先后落實了復合材料桿塔應用的試點工程及與之合作的復合材料產品商。項目共設立8個試點工程，電壓等級涵蓋10kV、35kV、110kV以及220kV四個電壓等級。其中，110kV、220kV僅應用在橫擔上，利用其絕緣性縮減走廊寬度。按照國網296號文件，復合材料桿塔任務如下：1）北京玻璃鋼研究設計院承擔山東電力公司的35kV全復合材料桿、上海電力公司110KV復合材料絕緣橫擔（2010年底增加220KV復合材料絕緣橫擔）、天津電力公司110KV復合材料格構橫擔、110KV防覆冰復合材料格構塔頭的研究與研制任務。2）航天703所承擔10kV全復合材料桿研制任務；3）鞍山遠達公司承擔浙江電力公司的110KV復合材料格構橫擔研制任務；4）秦川電力器材廠承擔北京電力公司與福建電力公司的110KV復合材料格構橫擔與絕緣橫擔研制任務；5）神馬電力科技公司與常熟鐵塔廠承擔江蘇電力公司220KV復合材料絕緣橫擔的研制任務。截止目前，10kV、35kV、110kV以及220kV四個電壓等級的復合材料桿塔與絕緣橫擔已經在工程線路中通電運行。
    2011年6月，復合材料桿塔應用研究項目通過國網驗收。以上海電力公司220Kv輸電線路為例，采用復合材料絕緣橫擔線路走廊凈減少1.8米，綜合考慮風偏距離后，線路走廊減少達到5米以上，經濟效益非常顯著。在研制過程中，由電網公司牽頭，國網電科院及電科院負責，起草了針對復合材料在輸電桿塔應用的試驗大綱。各參與單位根據試點工程情況選擇測試項目，測試包括：材料基本力學性能測試、腐蝕老化性能測試、材料電氣性能測試、構件真型試驗、結構真型試驗以及防雷接地性能測試，并制定了《復合材料桿塔技術條件》與《復合材料桿塔設計導則》的討論稿，并在進一步完善中。電網公司在“十二五”期間，針對上一階段桿塔研制中存在的需要改進的技術關鍵部分，與中材集團北京玻鋼院復合材料有限公司協作，對現有桿塔復合材料的綜合性能進一步改進，并就結構連接的關鍵技術進行攻關，以期在更高電壓等級（220KV以上）的輸電線路桿塔上應用。