復合材料輸電桿應用與進展
摘 要：介紹了復合材料輸電桿技術研究及應用現狀、復合材料電桿市場及生產廠家。詳細闡述了原材料選擇、結構設計、成型工藝及國外對復合材料電桿應用標準及性能試驗情況，并對復合材料電桿的性價比進行了分析并展望了其未來的發展前景。
電桿、電塔結構是輸電、通訊、鐵路、機場、市政等基礎設施中一類重要的特種支撐結構物，其結構性能直接影響線路的安全性、經濟性和可靠性。
傳統輸電桿(包括木桿、水泥桿、鋼桿及鐵塔)在長期運行中各種各樣的缺陷正逐步暴露出來。纖維增強樹脂基復合材料(以下簡稱復合材料)具有輕質高強、耐腐蝕、電絕緣、性能可設計等特點，是輸電桿及桿塔結構材料較理想的選擇，開始受到國內外電力行業的關注。國外復合材料電桿的研究起步較早，批量生產的電桿已在歐美地區得到應用。美國由于其特殊的地理特點，復合材料電桿的研究開發和應用為成熟。
1 電桿材料應用現狀
國內外架空輸電線路中使用較為廣泛的桿塔主要有木質桿、混凝土或預應力混凝土桿、鋼管混凝土桿、鋼管桿和鐵塔等幾類。占有大半電桿市場的美加地區，現有電桿采用的主要是木材，在美國只有俄勒岡州使用混凝土桿?；炷粱蝾A應力混凝土桿主要應用于南美洲、歐洲、非洲、亞洲等森林資源較為貧乏的地區或發展中。鐵塔是各國超高壓輸電線路中常用的桿塔型式。
我國基本不再使用木質桿，混凝土桿以前在35～110，kV線路上大量使用，在新建及330，kV以下線路運輸和施工條件較好的平原和丘陵地區也得到一定應用。鋼管桿和鋼管混凝土桿在近年城市電網建設和改造中應用較多，而在220，kV及以上的線路中，多采用格架式鐵塔。
1.1 電桿存在的問題
傳統的輸電桿塔普遍存在質量大、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，使用壽命較短并且施工運輸和運行維護困難，容易出現各種安全隱患。歸納起來主要有以下幾個問題。
1.1.1 腐蝕
木桿受腐蝕因素影響，平均壽命為30，a。木桿維修費用為每桿5年35美元。并且一旦腐蝕開始就會持續進行直至失去強度。木桿的維護主要用到雜芬油類的防腐劑，這種防腐劑被認為是一種危險的廢料，極大影響了環境。在美國，每1根電桿造成污染的環保復原費用達1萬美元。
金屬電桿存在生銹腐蝕問題，腐蝕減少了服役期，增加了全壽命周期內的維修成本。
1.1.2 安裝成本
傳統電桿的安裝費用問題在于偏遠地區缺少運力和運輸設備來搬運沉重的鋼桿、木桿，水泥桿重量太大造成運輸與安裝費用比其它材料更高一籌。有時為了安裝到位甚至還需要鋪設專門的道路來運輸，這使得費用進一步提高。
1.1.3 事故與其他問題
長期運行經驗表明：不同電壓等級交、直流輸
電線路皆存在雷擊事故和污閃事故，雷擊事故和污閃事故在每年的輸電線路跳閘事故中幾乎各占50%。大量使用復合絕緣子仍不能徹底解決雷電和污閃事故。
高寒地區混凝土桿常發生凍融循環破壞，而鐵塔常發生低溫冷脆破壞。鋼材還易被人為偷盜破壞。
1.2 其他改進型電桿
除一般類型電桿外，還有以下一些改進型。
(1) 無覆層耐侵蝕的鋼材。保持了鋼的優點，且無須防腐蝕層。
(2) 電弧爐回收鋼。一些鋼材的初費用可以通過這種回收來得到補償。鋼材的運輸費用仍然極其昂貴，特別是運到邊遠地區，電桿或鍍鋅或用密封劑涂覆會增加維修費用。
(3) 鋼筋混凝土也是替代木材的一種材料。但水泥桿重量太大造成運輸與安裝費用比其他材料都要高。
(4) 玻纖混凝土桿具有和復合材料桿一樣的非電導性和無腐蝕性。相比復合材料桿的纖維纏繞工藝還有價格優勢，但由于應用很少，目前在使用可靠性方面還存有疑問。
2 復合材料電桿的技術優勢
復合材料電桿及桿段的制造技術在國外已有50多年的歷史。復合材料的優勢主要在集中在以下幾方面：
2.1 安裝、維護成本低
復合材料電桿的質量約為木質桿的1/3，混凝土桿的1/10，鋼質桿的1/2，可大幅度降低運輸和施工安裝成本，尤其是在人難以到達的山林和偏遠地區。復合材料電桿的輕質特點使其可用直升機運載，輕質還意味著安裝速度加快和節省人力。復合材料電桿是一種免維護或低維護結構，這對保障線路安全和降低輸電線路的維護成本很有意義。
2.2 環境適應性好
復合材料桿對酸、堿、鹽及有機溶劑等腐蝕介質的耐腐蝕性能和耐候性能優良，因此特別適合沿海地區、內陸鹽漬土地區以及工業區和酸雨多發地區等對混凝土和鋼質桿塔有特殊防腐要求的環境。
2.3 電絕緣性能好
利用玻璃鋼桿塔代替傳統鐵塔新技術不但在重量上可以減輕一半，易于安裝和施工，同時還可以解決閃絡事故率居高不下的問題。復合材料桿電氣絕緣性能優良，可避免鐵塔易出現的雷擊事故發生，還可以設計減少導線與塔身間隙，使輸電線路結構更為緊湊，可減少線路走廊寬度，這在土地資源稀缺的情況下尤其重要。
2.4 防盜防損
在特殊地區，還可以有效地防止塔材盜竊等人為破壞。
復合材料桿比傳統的電桿具有更好的綜合性能，通過合理的設計，復合材料桿可以滿足輸電線路對桿塔結構的各項性能要求。
3 復合材料電桿市場及國內外開發情況
上大的電桿市場在美加，其次是北歐及歐洲其他地區。復合材料電桿的制造與應用主要集中在北美和歐洲。
美國Sharkspeare公司是早開發復合材料電桿的公司。該公司1996年在美國申請電桿設計制造方法，1998在英國申請。另外美國的Powertrusion公司和美國北太平洋復合材料公司也在從事復合材料電桿的生產。
加拿大RS公司上世紀90年代中期開始開發復合材料電桿。因其獨創的RS模段式復合材料組合輸電線桿制造工藝，2005年通過其子公司——RS科技公司獲得了由美國復合材料制造協會(ASMA)頒發的制造技術創新獎。 RS電桿為組合套接結構式電桿。電桿采用的是纖維增強熱固性樹脂復合材料，基體為科思創(原拜耳新材料)聚氨酯。RS公司在完成36，m電桿測試后即能夠進行上大復合材料電桿的商業化生產，公司還將開發41，m電桿。
從1992年起，美國在制定發展計劃中就提出了由復合材料采用無螺栓裝配構成桿塔的研究計劃。它由Ebert Composites 公司與加利福尼亞兩家公用事業公司——圣地亞哥煤氣電力公司(SDGE)和南加利福尼亞愛迪生公司(SCE)一道開發[5]，并在加利福尼亞奧克斯納德的奧蒙德比奇發電站已安裝三基這種試驗桿塔，而且環境位于高鹽污染地區的南加里福利亞海濱。運行資料表明，這些桿塔可穩定使用較長時間。
國內復合材料電桿開發應用尚處于空白。只有江蘇遠東集團公司以及深圳市電管局與RS Technologies(RS分公司)公司合作并簽署合同，購買RS組合式復合材料電桿在國內應用。
更多詳細報道請關注復材網www.lzzz.net
