復合材料在輸變電工程中的應(yīng)用

摘 要：通過討論復合材料在輸變電項目中的應(yīng)用，包括復合橫臂的形狀、材料和結(jié)構(gòu)，并分析輸變項目中的復合支撐測試和應(yīng)用點，來提高輸變電工程的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：復合材料;輸變電工程;應(yīng)用

中圖分類號：TB33

作為一種新型的環(huán)保材料，它越來越受到工程界的贊賞。它正在逐步取代木材和金屬合金，并廣泛用于航空航天、汽車、電氣電子、建筑和健身器材等領(lǐng)域。在輸電桿塔結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，復合材料也是塔結(jié)構(gòu)建造的理想材料之一。它在一定程度上適用于國內(nèi)外35kV、110kV、220kV等單桿結(jié)構(gòu)，但由于單桿結(jié)構(gòu)的承載力低，其應(yīng)用領(lǐng)域受到限制。在國外，關(guān)于高承載力的格構(gòu)式復合材料塔的研究很少。

一、復合材料應(yīng)用的意義

復合材料是一種新型的環(huán)保材料，具有環(huán)境污染小、節(jié)能效果高等出色的性能。另外，某些復合材料還具有低密度、高強度、良好的絕緣性能和耐腐蝕性的優(yōu)點。由于這種優(yōu)勢，復合材料正獲得越來越多的認可和關(guān)注，在許多工程結(jié)構(gòu)中取代了傳統(tǒng)的合金和木材材料，并成為航空航天、電子電力領(lǐng)域的新材料。因此，近年來，有研究者認為，復合材料在輸變電工程中的應(yīng)用及其作為輸電桿塔結(jié)構(gòu)的主要材料具有一定的現(xiàn)實意義。我國的電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，西電東送工程逐步實施，有效地解決了我國東部發(fā)電能源短缺的問題。在現(xiàn)階段，我國110kV以上的輸電桿塔結(jié)構(gòu)是用鋼制成的，但是鋼本身比較重，同時容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，例如在潮濕的環(huán)境中生銹和開裂。玻璃和瓷絕緣子的制造工藝不符合環(huán)境保護的概念，并且不耐用。桿塔式復合材料結(jié)構(gòu)的特點是清潔效果好，維護成本低，使用壽命長。更重要的是，塔頭的尺寸已被有效地減小，桿塔的整體結(jié)構(gòu)具有重量輕且易于維護的優(yōu)點。復合塔結(jié)構(gòu)的顏色變化很大，材料本身無毒無害，可以回收再利用，可以改善輸變電項目的環(huán)保性能。

二、復合材料在電氣設(shè)備中的應(yīng)用探討

1.架構(gòu)橫梁采用復合材料

類似于線路項目的復合橫梁，結(jié)構(gòu)梁由復合材料制成，消除了絕緣繩，減少了結(jié)構(gòu)的高度和結(jié)構(gòu)之間的距離，節(jié)省了鋼材和土地，從而達到了目的。以1000kV北岳站為例，其1000kV絕緣子串的水平長度約為10m，垂直長度約為12m，500kV絕緣子串的水平長度約為5m，垂直長度約為6m，南北變電站是324m，結(jié)構(gòu)之間的距離可以減少3×10+3×5=45m，可以節(jié)省324×45=14580m2的占地面積。

2.電氣設(shè)備中的引管和套管等采用復合材料

目前，有必要進口1000kV主變壓器套管等。首先，價格昂貴，其次，損壞后難以修復。在研發(fā)和制造中使用復合材料應(yīng)是彌補我國特高壓電氣設(shè)備制造缺陷的一種選擇。

3.安全及環(huán)保要求

（1）現(xiàn)場和起重設(shè)備的安全系數(shù)必須符合“電力建設(shè)安全工作規(guī)程第二部分：電力線路”（DL5009.2-2013）和相關(guān)安全規(guī)程的規(guī)定。

（2）特種人員（起重工、指揮司索、登高人員等）須持證上崗。

（3）在施工前，我們將準備特殊的安全防護措施，向全體員工作出安全技術(shù)交底，并簽字確認。

（4）進入現(xiàn)場的施工人員應(yīng)正確佩帶并使用安全防護用品。

（5）使用之前，必須對用于吊裝的設(shè)備和安全設(shè)備進行檢查和認證。工具和設(shè)備的型號和規(guī)格必須滿足相關(guān)的法規(guī)要求。在工作之前，應(yīng)仔細檢查工具和器具，以確保它們沒有損壞。

（6）材料的包裝物應(yīng)及時進行回收，保護環(huán)境。

4.不同材料復合絕緣子自身的局限性

該絕緣子可在惡劣的戶外環(huán)境中全年運行，因此，良好、穩(wěn)定的耐候性非常重要。盡管各種材料的復合絕緣子具有很大的優(yōu)勢，但它們自身的缺陷也限制了復合絕緣子的使用。乙丙橡膠絕緣子價格便宜，并且具有出色的耐老化性。當前，它們在更多的國外使用。但是，其長期耐污染性不是理想的。在常見的污染條件下，乙丙橡膠絕緣子傘裙經(jīng)過幾年的使用后性能會下降，其表面泄漏電流要大于陶瓷絕緣子。聚四氟乙烯絕緣子不易隨時間老化，長期穩(wěn)定性高，初始疏水性強。但是價格昂貴并且難以加工，并且在操作后不容易清潔聚四氟乙烯絕緣體的表面。此外，聚四氟乙烯的表面在傘盤上有蠕蟲腐蝕的腐蝕槽和孔。環(huán)氧樹脂復合絕緣子的電氣和機械性能以及加工技術(shù)都很好，但主要缺點是長期穩(wěn)定性差。在一段時間的使用后，這表現(xiàn)為表面粗糙度和裂紋。因此，有必要使用更高級的耐候性環(huán)氧樹脂作為基礎(chǔ)材料并在無機填充材料上下功夫。硅橡膠復合絕緣子在開始使用時具有出色的防水性。經(jīng)過一定的運行時間后，它會將其自身的增水性傳遞給表面上積聚的污垢層。即使受到污染，硅橡膠絕緣子也可以表現(xiàn)出出色的防水性。硅橡膠具有出色的耐老化性，易于加工和成型。但是，由于硅橡膠材料相對較軟且抗撕裂性較低，因此必須通過復合載體來保證其機械性能。

三、分析討論

將一根總長度為20m，起重量為2噸的復合材料抱桿與相同規(guī)格的鋁桿和鋼桿進行了比較。該整體式桿具有簡單的結(jié)構(gòu)、制造方便并且易于組裝。實際重量為370公斤，約為鋁合金桿重量的84%。格構(gòu)式抱桿結(jié)構(gòu)復雜，組裝工序繁多，但實際重量為350 kg，約為鋁合金桿的80%，具有很高的穩(wěn)定性，可以根據(jù)實際工程需要進行選擇。在與鋼和鋁桿相同的安全系數(shù)下，這項研究中要求的高安全系數(shù)可以使復合桿的重量減少20%到30%。設(shè)計總長度越長，舉升重量越重，復合材料的減重效果就越大。例如，ZB-ZTH-27x500x120的輕質(zhì)復合材料固定桿，起重量為3噸，主固定桿總長度為27 m，斜拉橋長度為7 m，總重量僅為580千克（包括4個撐桿），約占相同提升力的鋁合金支撐桿重量的50%至70%。

四、結(jié)語

綜上所述，輸變電工程的建設(shè)質(zhì)量決定著我們電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性，關(guān)系到人們的生活便利。有必要對輸變電業(yè)務(wù)的施工技術(shù)和施工材料進行系統(tǒng)分析。因此，更新建筑材料至關(guān)重要。目前的研究表明，復合材料在輸變電工程中的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢，可以從根本上提高輸變電工程的穩(wěn)定性。

參考文獻：

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作者簡介：趙宇軒（1998-），男，內(nèi)蒙古赤峰市人，江蘇大學本科在讀，研究方向：復合材料與工程。

江蘇大學 江蘇鎮(zhèn)江 212013