輸電線路復(fù)合橫擔(dān)桿塔及技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(dān)桿塔的特點(diǎn)及其三種型式，并對其進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析。

關(guān)鍵字：復(fù)合橫擔(dān)桿塔；技術(shù)經(jīng)濟(jì)；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)模化、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(fèi)用約占本體投資的30%以上，直接決定著線路的經(jīng)濟(jì)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(qiáng)復(fù)合材料（FRP）。FRP材料具備抗腐蝕、強(qiáng)度高、自重小，而且其彈性變形能力以及抗疲勞能力強(qiáng)的特點(diǎn)。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(diǎn)

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(diǎn)：

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(diǎn)之一。由于重量輕，可大幅降低運(yùn)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(qiáng)度高：纖維增強(qiáng)復(fù)合絕緣單向板的縱向拉伸強(qiáng)度為800～1200MPa，遠(yuǎn)高于普通鋼材的屈服強(qiáng)度，同時(shí)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(jī)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(qiáng)：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(jì)性好：復(fù)合絕緣桿塔有別于其他桿塔的重要特點(diǎn)是其材料可設(shè)計(jì)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(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，以滿足對桿塔強(qiáng)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(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)地使用材料。

7.維護(hù)性好：復(fù)合絕緣桿塔由于耐久性好，基本上是一種免維護(hù)的結(jié)構(gòu)。這對保障線路安全、降低輸電線路的維護(hù)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(huì)滲出化學(xué)劑到土壤中，對環(huán)境影響小，報(bào)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(jì)，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(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)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(dān)桿塔型式

（一）上字型復(fù)合橫擔(dān)直線塔

上字型復(fù)合材料橫擔(dān)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(dān)。采用上字型復(fù)合材料橫擔(dān)直線塔，雖然塔總高因布置橫擔(dān)有所增加，但橫擔(dān)部分鋼材均采用復(fù)合材料取代，可縮短橫擔(dān)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(shí)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(dān)，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(shí)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(dān)直線塔

Y型復(fù)合材料橫擔(dān)直線塔，在原貓頭塔的型式上改進(jìn)設(shè)計(jì)，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(dān)，通過節(jié)點(diǎn)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(dān)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(dān)直線塔

坡位復(fù)合橫擔(dān)直線塔是在上字型復(fù)合材料橫擔(dān)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(dān)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(dān)。采用坡位型復(fù)合材料橫擔(dān)直線塔，同上述兩種復(fù)合橫擔(dān)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(dān)，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(shí)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(dān)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(diǎn)，使用坡位型復(fù)合材料橫擔(dān)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(jì)性分析

相比常規(guī)角鋼塔，復(fù)合材料橫擔(dān)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(xiàng)指標(biāo)的造價(jià)為影響因素，對復(fù)合材料橫擔(dān)直線塔與常規(guī)角鋼直線塔、復(fù)合材料橫擔(dān)鋼桿與常規(guī)鋼桿進(jìn)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(dān)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(dān)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(dān)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(dān)桿塔相比較，Y型塔、坡位塔工程費(fèi)用基本相當(dāng)，但比FZS上字型低約1萬元，經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jià)費(fèi)用較低。

五、結(jié)束語

復(fù)合材料橫擔(dān)直線塔與一般常規(guī)鐵塔總體造基本相當(dāng)，Y型塔和FPZ坡位塔費(fèi)用甚至略省，隨著復(fù)合橫擔(dān)在工程中的逐步應(yīng)用，價(jià)格還有降低的空間。且使用復(fù)合材料橫擔(dān)之后，可減小線路走廊，縮減了跨越及占地費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效應(yīng)明顯。復(fù)合橫擔(dān)桿塔應(yīng)用到輸電線路工程不僅能夠提高輸電線路運(yùn)行的可靠性與經(jīng)濟(jì)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(jì)院）