王建一

（國網(wǎng)山西供電工程承裝有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

復合材料作為一種新型環(huán)保材料，具有輕質高強、電絕緣性能好、耐腐蝕、易維護等優(yōu)點，越來越為工程界所重視，正逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域。在輸電桿塔結構領域，復合材料也是建造桿塔結構的理想材料之一。國內(nèi)外在35 kV、110 kV、220 kV 等線路工程的單桿結構中已有了一定程度的應用，但由于單桿結構承載力較低，限制了其應用領域。對于承載力較高的格構式復合材料塔，國內(nèi)外研究較少。2012 年，國網(wǎng)山西供電工程承裝有限公司參加了國家電網(wǎng)公司立項開展的750 kV 復合橫擔的應用研究，成功地進行了真型試驗、安裝和使用，并取得了“四個十”的較大經(jīng)濟效益。

1 目的和意義

隨著電網(wǎng)建設的發(fā)展，西電東送、南北互供、水火互濟、清潔能源的使用，電網(wǎng)建設蓬勃發(fā)展。目前我國110 kV 以上輸電線路桿塔絕大部分采用全鋼制結構，存在鋼材質量重、易銹蝕或開裂等缺陷，玻璃或瓷絕緣子制造污染嚴重，使用中易自爆破損。復合材料桿塔用于輸電線路具有耐污穢、維護成本低、不易損壞、憎水性能好、減少覆冰的優(yōu)點，還可以減小塔頭尺寸，減少走廊寬度，具有桿塔輕便、易加工成型的特點。同時，復合材料桿塔顏色可調、無毒害、報廢后可再利用，增強了線路的“環(huán)境友好性”。

通過研究750 kV 復合橫擔新型塔，我國在該領域具有國際領先水平，將有效提升電網(wǎng)安全性能，大幅削減風擺閃絡、覆冰倒塔等事故損失和維護費用，大幅降低工程造價的同時節(jié)約大量的土地資源，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟發(fā)展。

2 復合橫擔

2.1 形式

通過經(jīng)濟比較，確定復合橫擔采用如圖1 所示的幾種形式。即由單根柱式復合絕緣子或由柱式絕緣子與線路懸式復合絕緣子共用組成的架空輸電線路桿塔橫擔。具體工程根據(jù)實際情況進行優(yōu)化設計，單回路交流桿塔三相導線宜采用三角形布置。

2.2 材料

a） 復合材料：特指無堿玻璃纖維增強樹脂基復合材料（俗稱玻璃鋼）；

b） 鋼材；

c） 結構用膠；

d） 絕緣配合及金具，不宜增加懸垂絕緣子來增加爬電距離。

圖1 復合橫擔的形式

2.3 結構

結構分為實心和管型兩種，構件之間的連接采用套管式鋼節(jié)點，復合橫擔與塔身通過法蘭連接，主要受力構件不宜采用偏心連接。

3 試驗

3.1 結構性能試驗

a） 靜載試驗：主要進行桿件穩(wěn)定性能、節(jié)點連接性能、橫擔整體結構力學性能的試驗。

b） 動載：部件疲勞性能試驗。

3.2 電氣性能試驗

a） 雷電沖擊干耐受電壓試驗；

b） 操作沖擊濕耐受電壓試驗；

c） 人工污穢耐受電壓試驗；

d） 可見電暈電壓及無線電干擾試驗。

4 橫擔結構

a） 復合橫擔由壓管、拉管、拉索及輔材4 種不同截面形式的絕緣子和橫擔頭組成（見圖2）。

b） 復合橫擔采用三角結構加斜拉桿的方式構成，每個橫擔由多段壓管成A 字型排列組成三角結構，A 字型中間為一條輔材作為連梁。每段壓管通過法蘭連接而成。橫擔頭由兩個鋼管呈一定角度焊接而成，與壓管采用法蘭連接。在橫擔頭部和中間位置分別由兩條拉索、拉管作為拉桿，與塔身相連（見圖3）。

圖2 橫擔結構圖

圖3 復合橫擔示意圖

c） 外絕緣傘裙與護套采用整體注射高溫成型工藝，硅橡膠在高溫作用下能與內(nèi)絕緣管及芯棒表面有機地黏接在一起，使硅橡膠與內(nèi)絕緣管成為一體，保證了界面質量。絕緣拉索端部連接采用壓接工藝，保證拉伸強度，壓管端部金屬件采用膠裝工藝，保證壓管的彎壓性能，對內(nèi)絕緣管內(nèi)部進行處理并填充聚氨酯材料，保證內(nèi)絕緣性能。

d） 復合橫擔為上字型布置（見圖4），上、下橫擔直徑、材料相同，但長度、質量不同，橫擔頭長度也不同（上橫擔頭長，下橫擔頭短）。

圖4 復合橫擔塔塔型

5 施工方法（以750 kV 線路工程說明）

5.1 工程概況

新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)750 kV 第二通道工程新疆段第4 標段，起自J13，經(jīng)哈密南變電站，止于雅滿蘇鐵路處，線路路徑長度約2×44 km，鐵塔共191 基。本標段7 基鐵塔設計采用復合橫擔，復合橫擔在750 kV 輸電線路中屬首次采用，與常規(guī)鐵塔橫擔相比，對施工技術條件要求高，需在包裝、運輸、組裝、起吊、安裝等組塔施工環(huán)節(jié)中采取一系列特殊的施工措施，以確保安全順利地完成復合橫擔的安裝施工任務。

5.2 基本規(guī)定

a） 施工前應依據(jù)設計文件進行施工技術設計，編寫作業(yè)指導書，履行審批手續(xù)。

b） 整體吊裝橫擔施工應該是在塔身主體完成，且螺栓緊固，達到規(guī)程規(guī)定的扭矩值，經(jīng)檢驗確認后方可進行。

c） 復合橫擔元件的接收、儲存、裝卸、二次運輸應配備必要的倉儲設施、裝卸和運輸機具；宜放在室內(nèi)，防潮、防鼠咬；如必須露天保管，應蓋上防雨布；運輸和搬運應在包裝箱（筒） 完好的狀態(tài)下進行，防止材料受損、變形，尤其不能使傘裙部位受力，防止與地面接觸摩擦。

d） 不得用尖、刃、棱等剛性體碰傷硅橡膠傘裙。硅橡膠傘裙不得接觸油、酸、堿類物質。

e） 接收的材料應有該批產(chǎn)品出廠質量檢驗合格證書；使用前應逐支進行外觀檢查，如發(fā)現(xiàn)傘裙受損、傘套開裂、端部密封損壞的情況不得使用。

f） 組裝橫擔時，應有與地面隔離的措施；吊裝時，吊點繩應綁扎在端部金屬附件上，不得綁扎在傘裙上；與橫擔元件接觸的繩索應用軟布包裹的吊帶。

g） 復合橫擔與塔身連接處、橫擔元件連接法蘭及橫擔頭等部位金屬部件鍍鋅層不應銹蝕、脫落。

h） 均壓環(huán)應安裝到位，環(huán)面應與橫擔軸線垂直。

i） 橫擔安裝固定牢固后，安裝及運維人員能否在絕緣橫擔產(chǎn)品上行走，應依據(jù)產(chǎn)品說明書的相關規(guī)定確定。

j） 壓桿上的護套竣工驗收后方可拆除，其他橫擔元件上的護套組裝后即可拆除。

5.3 安裝工藝流程

安裝工藝流程如圖5 所示。

圖5 復合橫擔施工工藝流程圖

5.4 質量要求

a） 應符合設計和《110 kV～750 kV 架空輸電線路施工及驗收規(guī)范》（GB 50233—2014） 的要求，并按表1、表2 的項目進行檢查驗收。

表1 復合橫擔組裝后檢查項目及質量要求

表2 復合橫擔吊裝后檢查項目及質量要求

b） 在運輸、安裝過程中誤被工人操作導致傘裙裙葉劃傷，劃傷面積不大于5 cm2或劃傷長度不大于10 mm，不影響產(chǎn)品使用。若劃傷面積或長度大于上述值，應通知廠商進行維修。

c） 螺栓的規(guī)格、等級及墊片安裝符合設計圖紙要求，穿向按照相關要求進行。

d） 施工完畢應檢查橫擔水平誤差、橫擔預拱值，其數(shù)值應滿足設計要求。

e） 竣工驗收后方可拆除壓管上的護套。

5.5 安全及環(huán)保要求

a） 現(xiàn)場及起重機具的安全系數(shù)應符合《電力建設安全工作規(guī)程 第二部分：電力線路》（DL 5009.2—2013） 的規(guī)定及有關的安全規(guī)定。

b） 特種人員（起重工、指揮司索、登高人員等） 須持證上崗。

c） 施工前編制專項安全保證措施，對全員進行安全技術交底，并簽字確認。

d） 進入現(xiàn)場的施工人員應正確佩帶并使用安全防護用品。

e） 吊裝所用的機具、安全用具必須檢驗合格后方可使用。所配工器具的型號、規(guī)格應滿足相關規(guī)程要求，工作前應仔細檢查工器具是否完好無損。

f） 材料的包裝物應及時進行回收，保護環(huán)境。

6 復合材料在電氣設備中的應用探討

6.1 架構橫梁采用復合材料

類似線路工程的復合橫擔，架構橫梁采用復合材料制造，可省略絕緣子串，從而減小架構高度和架構間的距離，達到節(jié)省鋼材和節(jié)約土地的目的。以1 000 kV 北岳站為例，1 000 kV 絕緣子串水平長度約10 m，垂直長度約12 m，500 kV絕緣子串水平長度約5 m，垂直長度約6 m，變電站南北324 m，可減小架構間距3×10+3×5=45 m，節(jié)約土地面積324×45=14 580 m2。

6.2 電氣設備中的引管和套管等采用復合材料

目前，1 000 kV 主變套管等還需進口，一是價高，二是損壞后維修困難。運用復合材料來研發(fā)和制造，應是補齊我國特高壓電氣設備制造短板的選項之一。