输电线路的复合材料杆塔现状

    50多年以前，采用连续纤维缠绕成型工艺制造了树脂基玻璃纤维复合材料电杆，但鉴于当时工艺技术水平和树脂配方问题导致抗老化性能差，寿命短，未能在实际工程线路中得到实际应用。进入上世纪90年代，随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料电杆重新受到各国输电行业的重视。
    复合材料杆塔由于其优良的综合性能已经在欧美得到应用，其主要技术优势包括：1）良好的绝缘性，不仅避免了风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平；同时，还可以减少塔头尺寸、缩减走廊宽度；2）杆塔质轻高强，易于加工成型，可大幅降低杆塔的运输组装成本；3）材料可设计性强，通过不同的纤维分布方式实现材料各项异性，从而满足不同受力构件的力学要求；4）材料良好的耐腐蚀性、耐候性，降低了线路的运行维护成本。复合材料在一定程度上是建造输电杆塔结构的理想材料之一。美国的Ebert Composites公司、Powertrusion Composites公司、Shakespear公司、North Pacific 公司和CTC公司等制品厂家都开发了自己的复合材料杆产品，并申请和得到了比较广泛的应用。1996年，美国公司和圣地亚哥煤气电力公司（SDGE）和南加利福尼亚爱迪生公司（SCE）合作，针对南加利福尼亚海滨奥德比奇的一条22万线路，开发了三基复合材料格构式输电塔。加拿大的RS公司研究开发了独特设计的复合材料杆塔，具有重量轻和安装方便的特点，被南加州爱迪生公司的“未来电路”项目选中，采用的聚氨酯树脂体系具有创新性，比常规不饱和聚酯树脂复合材料有更大的强度、耐冲击力和较大比强度等优势。荷兰Movares工程咨询公司2005年完成了荷兰电网一条1.5公里380/150kV试验线路的方案设计，该方案旨在利用复合材料杆塔的电气绝缘性能以改善输电线路电磁场对环境的影响。该项目曾一度受到欧盟重视。Exel Compsites国际集团（分部主要在澳大利亚、奥地利、比利时、芬兰、德国、英国）针对电网应用实际情况研制了复合材料杆塔，集团成立了专门的部门进行市场运作。
    国内自1995年开始，温岭市电力绝缘器材有限公司研究复合材料杆塔，研制成功了220KV及以下抢修塔（门形、带拉线）、110KV复合材料横担和杆头并应用。常熟市铁塔有限公司曾与加拿大RS公司洽谈合作复合材料杆塔项目，但因为RS公司要求过高而未能达成一致意见。鞍山铁塔开发研制中心与鞍山铁塔厂合作，于2006年在辽宁省电力公司立项研制高强度复合材料杆塔。但因挠度达1/10，未能实际应用。 南方电网的广东电网公司于2007年针对复合杆塔的应用研究进行了立项，项目选用了加拿大RS公司的复合杆塔，其力学真型试验在电力科学研究院进行，由于存在诸多问题，复合杆塔一直没有真正应用到输电线路上。
    随着电网公司倡导建设环境友好型、资源节约型的“两型三新”线路，自2009年6月，电网公司基建部牵头召开了次“复合材料杆塔项目启动会”，各设计参与单位先后落实了复合材料杆塔应用的试点工程及与之合作的复合材料产品商。项目共设立8个试点工程，电压等级涵盖10kV、35kV、110kV以及220kV四个电压等级。其中，110kV、220kV仅应用在横担上，利用其绝缘性缩减走廊宽度。按照国网296号文件，复合材料杆塔任务如下：1）北京玻璃钢研究设计院承担山东电力公司的35kV全复合材料杆、上海电力公司110KV复合材料绝缘横担（2010年底增加220KV复合材料绝缘横担）、天津电力公司110KV复合材料格构横担、110KV防覆冰复合材料格构塔头的研究与研制任务。2）航天703所承担10kV全复合材料杆研制任务；3）鞍山远达公司承担浙江电力公司的110KV复合材料格构横担研制任务；4）秦川电力器材厂承担北京电力公司与福建电力公司的110KV复合材料格构横担与绝缘横担研制任务；5）神马电力科技公司与常熟铁塔厂承担江苏电力公司220KV复合材料绝缘横担的研制任务。截止目前，10kV、35kV、110kV以及220kV四个电压等级的复合材料杆塔与绝缘横担已经在工程线路中通电运行。
    2011年6月，复合材料杆塔应用研究项目通过国网验收。以上海电力公司220Kv输电线路为例，采用复合材料绝缘横担线路走廊净减少1.8米，综合考虑风偏距离后，线路走廊减少达到5米以上，经济效益非常显著。在研制过程中，由电网公司牵头，国网电科院及电科院负责，起草了针对复合材料在输电杆塔应用的试验大纲。各参与单位根据试点工程情况选择测试项目，测试包括：材料基本力学性能测试、腐蚀老化性能测试、材料电气性能测试、构件真型试验、结构真型试验以及防雷接地性能测试，并制定了《复合材料杆塔技术条件》与《复合材料杆塔设计导则》的讨论稿，并在进一步完善中。电网公司在“十二五”期间，针对上一阶段杆塔研制中存在的需要改进的技术关键部分，与中材集团北京玻钢院复合材料有限公司协作，对现有杆塔复合材料的综合性能进一步改进，并就结构连接的关键技术进行攻关，以期在更高电压等级（220KV以上）的输电线路杆塔上应用。