輸電線路復(fù)合橫擔桿塔及技術(shù)經(jīng)濟比較分析

張慶

摘要：輸電線路復(fù)合絕緣桿塔已在輸電工程中逐步得到較廣泛應(yīng)用，與常規(guī)鋼質(zhì)桿塔相比，復(fù)合絕緣桿塔具有較多優(yōu)勢，本文介紹了輸電線路復(fù)合橫擔桿塔的特點及其三種型式，并對其進行了技術(shù)經(jīng)濟比較分析。

關(guān)鍵字：復(fù)合橫擔桿塔；技術(shù)經(jīng)濟；比較分析

一、引言

隨著國內(nèi)電網(wǎng)的發(fā)展，輸電線路工程呈現(xiàn)出長距離、規(guī)?；?、大型化的發(fā)展趨勢，其對鋼材的需求量也在逐年上升，消耗了大量礦產(chǎn)資源，造成了生態(tài)環(huán)境的污染。在架空輸電線路工程中，桿塔建設(shè)費用約占本體投資的30%以上，直接決定著線路的經(jīng)濟性。而傳統(tǒng)的輸電鐵塔普遍存在質(zhì)量重、易銹蝕等缺陷，耐久性差，使用壽命較短，容易出現(xiàn)各種安全隱患。因此，采用新型環(huán)保材料代替鋼材成為輸電行業(yè)的一種發(fā)展趨勢。

隨著材料技術(shù)的發(fā)展，國際上已經(jīng)開發(fā)了多種高性能的增強復(fù)合材料（FRP）。FRP材料具備抗腐蝕、強度高、自重小，而且其彈性變形能力以及抗疲勞能力強的特點。最重要的是使用FRP材料之后桿塔與各構(gòu)件之間能夠?qū)崿F(xiàn)物理絕緣，F(xiàn)RP復(fù)合材料已成為搭建輸電桿塔的理想材料。

二、復(fù)合材料桿塔特點

多年來國內(nèi)外對應(yīng)用于輸電線路的FRP復(fù)合材料開展了廣泛地研究，復(fù)合絕緣桿塔已在輸電工程中逐步得到較廣泛應(yīng)用，與常規(guī)鋼質(zhì)桿塔相比，復(fù)合絕緣桿塔具有以下特點：

1.重量輕：復(fù)合絕緣桿塔的重量約為鋼質(zhì)桿塔的1/2。重量輕是復(fù)合絕緣桿塔突出的優(yōu)點之一。由于重量輕，可大幅降低運輸和施工安裝成本，尤其適于山區(qū)和軟弱土質(zhì)地區(qū)的輸電線路使用。

2.強度高：纖維增強復(fù)合絕緣單向板的縱向拉伸強度為800～1200MPa，遠高于普通鋼材的屈服強度，同時具有優(yōu)良的疲勞性能。

3.耐腐蝕：復(fù)合絕緣桿塔對酸、堿、鹽和有機溶劑等腐蝕介質(zhì)的耐腐蝕性能和耐候性能優(yōu)良，因此特別適合沿海地區(qū)、內(nèi)陸鹽漬土地區(qū)以及工業(yè)區(qū)和酸雨多發(fā)地區(qū)等對混凝土和鋼質(zhì)桿塔有特殊防腐要求的環(huán)境。

4.溫度適應(yīng)性強：復(fù)合絕緣桿塔幾乎適用于各種氣象條件而不改變性能，特別適用于高寒地區(qū)使用。高寒地區(qū)混凝土桿塔常發(fā)生凍融循環(huán)破壞，而鐵塔常發(fā)生低溫冷脆破壞。

5.電絕緣性能好：復(fù)合絕緣桿塔電氣絕緣性能優(yōu)良，可以減少導(dǎo)線與塔身間隙，使輸電線路結(jié)構(gòu)更為緊湊，可減少線路走廊寬度。這在土地資源稀缺、線路走廊日益緊張的情況下尤其有意義。

6.可設(shè)計性好：復(fù)合絕緣桿塔有別于其他桿塔的重要特點是其材料可設(shè)計性，可以根據(jù)特殊的結(jié)構(gòu)性能要求選擇基體和纖維材料及其相對含量和鋪層方向等進行合理的設(shè)計，以滿足對桿塔強度、剛度、疲勞特性和產(chǎn)品色彩等多方面的要求，以充分發(fā)揮復(fù)合材料強度高的優(yōu)點，經(jīng)濟地使用材料。

7.維護性好：復(fù)合絕緣桿塔由于耐久性好，基本上是一種免維護的結(jié)構(gòu)。這對保障線路安全、降低輸電線路的維護成本很有意義。

8.環(huán)境性能好：復(fù)合材料在使用過程中無毒害作用，它不會滲出化學(xué)劑到土壤中，對環(huán)境影響小，報廢后可回收利用。

復(fù)合材料桿塔相比傳統(tǒng)桿塔具有更好的綜合性能，因而通過合理地設(shè)計，充分利用復(fù)合材料的性能，將復(fù)合材料技術(shù)應(yīng)用到輸電工程不僅能夠提高輸電線路運行的可靠性與經(jīng)濟性，對于建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”輸電線路具有重要意義。

三、復(fù)合橫擔桿塔型式

（一）上字型復(fù)合橫擔直線塔

上字型復(fù)合材料橫擔直線塔，采用垂直三角形排列，上、中、下導(dǎo)線均采用復(fù)合材料橫擔。采用上字型復(fù)合材料橫擔直線塔，雖然塔總高因布置橫擔有所增加，但橫擔部分鋼材均采用復(fù)合材料取代，可縮短橫擔長度，減小導(dǎo)地線層間間距，從而塔重較普通直線塔減輕，基礎(chǔ)作用力也對應(yīng)減少。同時線路走廊寬度減少了對跨越房屋的范圍，由于使用復(fù)合材料橫擔，相比同呼高常規(guī)鐵塔，對地距離增大，更利于對房屋的跨越同時可以有效降低輸電線路對環(huán)境的影響。

（二）Y型塔復(fù)合橫擔直線塔

Y型復(fù)合材料橫擔直線塔，在原貓頭塔的型式上改進設(shè)計，導(dǎo)線仍然采用垂直三角行排列，上導(dǎo)線采用普通V型絕緣子串，中、下導(dǎo)線采用“V”子型復(fù)合材料橫擔，通過節(jié)點連接在塔頭下曲臂頂部和塔身頂部。采用Y型復(fù)合材料橫擔直線塔可減小線路走廊，增大了邊導(dǎo)線對房屋的水平距離?？梢栽谄角鸬貐^(qū)或山勢緩和地段使用，能有效降低輸電線路對環(huán)境的影響。

（三）坡位復(fù)合橫擔直線塔

坡位復(fù)合橫擔直線塔是在上字型復(fù)合材料橫擔直線塔這種結(jié)構(gòu)型式上演變而來的一種特別適用于山坡地形的復(fù)合材料橫擔桿塔型式，采用垂直倒三角形排列，上、中、下導(dǎo)線均采用復(fù)合材料橫擔。采用坡位型復(fù)合材料橫擔直線塔，同上述兩種復(fù)合橫擔直線塔一樣，塔重以及基礎(chǔ)作用力都可較常規(guī)直線塔大幅度降低，且線路走廊寬度減少，從而減少了對跨越房屋的范圍，由于使用復(fù)合材料橫擔，相比同呼高常規(guī)鐵塔，對地距離增大，更利于對房屋的跨越同時可以有效降低輸電線路對環(huán)境的影響。

另外，由于坡位型復(fù)合材料橫擔直線塔的型式具有適應(yīng)山坡地形桿塔兩側(cè)對地高度不等的特點，使用坡位型復(fù)合材料橫擔直線塔，與上述兩種塔相比可降低桿塔呼高，因此更適合于山坡地形使用。

四、經(jīng)濟性分析

相比常規(guī)角鋼塔，復(fù)合材料橫擔桿塔可以使呼高降低，縮減線路走廊寬度。在同等條件下，以鐵塔（鋼桿）重量，基礎(chǔ)作用力，基礎(chǔ)混凝土方量，基礎(chǔ)鋼筋量及各項指標的造價為影響因素，對復(fù)合材料橫擔直線塔與常規(guī)角鋼直線塔、復(fù)合材料橫擔鋼桿與常規(guī)鋼桿進行比較分析，分析結(jié)果如表1所示：

由表1可知：

1.Y型復(fù)合材料橫擔直線塔塔重較普通直線塔減輕23%左右，基礎(chǔ)作用力減少27%左右。上字型復(fù)合材料橫擔直線塔重較普通直線塔減輕20%左右，基礎(chǔ)作用力減少23%左右。坡位復(fù)合材料橫擔直線塔重較普通直線塔減輕25%左右，基礎(chǔ)作用力減少30%左右。

2.三種復(fù)合橫擔桿塔相比較，Y型塔、坡位塔工程費用基本相當，但比FZS上字型低約1萬元，經(jīng)濟優(yōu)勢明顯；Y型塔走廊寬度比上字型塔小1.3m，比通用設(shè)計ZMC1型減少2.6m。

3.坡位塔由常規(guī)“上字型”塔變化而來，用于山區(qū)地形可提高下山坡側(cè)的導(dǎo)線對地高度，塔重及造價費用較低。

五、結(jié)束語

復(fù)合材料橫擔直線塔與一般常規(guī)鐵塔總體造基本相當，Y型塔和FPZ坡位塔費用甚至略省，隨著復(fù)合橫擔在工程中的逐步應(yīng)用，價格還有降低的空間。且使用復(fù)合材料橫擔之后，可減小線路走廊，縮減了跨越及占地費用，經(jīng)濟效應(yīng)明顯。復(fù)合橫擔桿塔應(yīng)用到輸電線路工程不僅能夠提高輸電線路運行的可靠性與經(jīng)濟性，對于建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”輸電線路具有重要意義。

（作者單位：湖北省電力勘測設(shè)計院）