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電桿、電塔結(jié)構(gòu)是輸電、通訊、鐵路、機(jī)場(chǎng)、市政等基礎(chǔ)設(shè)施中一類重要的特種支撐結(jié)構(gòu)物，其結(jié)構(gòu)性能直接影響線路的安全性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。

傳統(tǒng)輸電桿(包括木桿、水泥桿、鋼桿及鐵塔)在長(zhǎng)期運(yùn)行中各種各樣的缺陷正逐步暴露出來。纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(以下簡(jiǎn)稱復(fù)合材料)具有輕質(zhì)高強(qiáng)、耐腐蝕、電絕緣、性能可設(shè)計(jì)等特點(diǎn)，是輸電桿及桿塔結(jié)構(gòu)材料較理想的選擇，開始受到國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)的關(guān)注。國(guó)外復(fù)合材料電桿的研究起步較早，批量生產(chǎn)的電桿已在歐美地區(qū)得到應(yīng)用。美國(guó)由于其特殊的地理特點(diǎn)，復(fù)合材料電桿的研究開發(fā)和應(yīng)用最為成熟。

1 電桿材料應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)外架空輸電線路中使用較為廣泛的桿塔主要有木質(zhì)桿、混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土桿、鋼管混凝土桿、鋼管桿和鐵塔等幾類。占有世界大半電桿市場(chǎng)的美加地區(qū)，現(xiàn)有電桿采用的主要是木材，在美國(guó)只有俄勒岡州使用混凝土桿。混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土桿主要應(yīng)用于南美洲、歐洲、非洲、亞洲等森林資源較為貧乏的地區(qū)或發(fā)展中國(guó)家。鐵塔是世界各國(guó)超高壓輸電線路中常用的桿塔型式。

我國(guó)基本不再使用木質(zhì)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(yùn)輸和施工條件較好的平原和丘陵地區(qū)也得到一定應(yīng)用。鋼管桿和鋼管混凝土桿在近年城市電網(wǎng)建設(shè)和改造中應(yīng)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(tǒng)的輸電桿塔普遍存在質(zhì)量大、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，使用壽命較短并且施工運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患。歸納起來主要有以下幾個(gè)問題。

1.1.1 腐蝕

木桿受腐蝕因素影響，平均壽命為30年。木桿維修費(fèi)用為每桿5年35美元。并且一旦腐蝕開始就會(huì)持續(xù)進(jìn)行直至失去強(qiáng)度。木桿的維護(hù)主要用到雜芬油類的防腐劑，這種防腐劑被認(rèn)為是一種危險(xiǎn)的廢料，極大影響了環(huán)境。在美國(guó)，每1根電桿造成污染的環(huán)保復(fù)原費(fèi)用達(dá)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(nèi)的維修成本。

1.1.2 安裝成本

傳統(tǒng)電桿的安裝費(fèi)用問題在于偏遠(yuǎn)地區(qū)缺少運(yùn)力和運(yùn)輸設(shè)備來搬運(yùn)沉重的鋼桿、木桿，水泥桿重量太大造成運(yùn)輸與安裝費(fèi)用比其它材料更高一籌。有時(shí)為了安裝到位甚至還需要鋪設(shè)專門的道路來運(yùn)輸，這使得費(fèi)用進(jìn)一步提高。

1.1.3 事故與其他問題

長(zhǎng)期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：不同電壓等級(jí)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(fù)合絕緣子仍不能徹底解決雷電和污閃事故。

高寒地區(qū)混凝土桿常發(fā)生凍融循環(huán)破壞，而鐵塔常發(fā)生低溫冷脆破壞。鋼材還易被人為偷盜破壞。

1.2 其他改進(jìn)型電桿

除一般類型電桿外，還有以下一些改進(jìn)型。

(1) 無覆層耐侵蝕的鋼材。保持了鋼的優(yōu)點(diǎn)，且無須防腐蝕層。

(2) 電弧爐回收鋼。一些鋼材的最初費(fèi)用可以通過這種回收來得到補(bǔ)償。鋼材的運(yùn)輸費(fèi)用仍然極其昂貴，特別是運(yùn)到邊遠(yuǎn)地區(qū)，電桿或鍍鋅或用密封劑涂覆會(huì)增加維修費(fèi)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(yùn)輸與安裝費(fèi)用比其他材料都要高。

(4) 玻纖混凝土桿具有和復(fù)合材料桿一樣的非電導(dǎo)性和無腐蝕性。相比復(fù)合材料桿的纖維纏繞工藝還有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但由于應(yīng)用很少，目前在使用可靠性方面還存有疑問。

2 復(fù)合材料電桿的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

 

復(fù)合材料電桿及桿段的制造技術(shù)在國(guó)外已有50多年的歷史。復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)主要在集中在以下幾方面：

2.1 安裝、維護(hù)成本低

復(fù)合材料電桿的質(zhì)量約為木質(zhì)桿的1/3，混凝土桿的1/10，鋼質(zhì)桿的1/2，可大幅度降低運(yùn)輸和施工安裝成本，尤其是在人難以到達(dá)的山林和偏遠(yuǎn)地區(qū)。復(fù)合材料電桿的輕質(zhì)特點(diǎn)使其可用直升機(jī)運(yùn)載，輕質(zhì)還意味著安裝速度加快和節(jié)省人力。復(fù)合材料電桿是一種免維護(hù)或低維護(hù)結(jié)構(gòu)，這對(duì)保障線路安全和降低輸電線路的維護(hù)成本很有意義。

2.2 環(huán)境適應(yīng)性好

復(fù)合材料桿對(duì)酸、堿、鹽及有機(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(duì)混凝土和鋼質(zhì)桿塔有特殊防腐要求的環(huán)境。

2.3 電絕緣性能好

利用玻璃鋼桿塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)鐵塔新技術(shù)不但在重量上可以減輕一半，易于安裝和施工，同時(shí)還可以解決閃絡(luò)事故率居高不下的問題。復(fù)合材料桿電氣絕緣性能優(yōu)良，可避免鐵塔易出現(xiàn)的雷擊事故發(fā)生，還可以設(shè)計(jì)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，這在土地資源稀缺的情況下尤其重要。

2.4 防盜防損

在特殊地區(qū)，還可以有效地防止塔材盜竊等人為破壞。

復(fù)合材料桿比傳統(tǒng)的電桿具有更好的綜合性能，通過合理的設(shè)計(jì)，復(fù)合材料桿可以滿足輸電線路對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)性能要求。