国网电科院试验汇总

项目编号：

复合材料杆塔应用研究材料基本性能及电气性能试验

阶段研究报告

国网电力科学研究院

二零一零年五月

目录

1 前言 (1)

2 主要研究内容及目前完成情况 (2)

2.1 主要研究内容 (2)

2.2 试验研究的目的与意义 (3)

2.3 目前进度情况 (4)

3 试验结果 (5)

3.1 山东35kV工程 (5)

3.2 天津、湖南110kV工程 (7)

3.3 上海110kV工程 (10)

3.4 浙江110kV工程 (12)

3.5 北京、福建110kV工程 (15)

3.6 复合材料覆冰试验 (16)

3.7 110kV塔头操作冲击试验 (17)

3.8 110kV塔头带电作业试验 (18)

4 试验结果初步分析 (19)

1 前言

由于复合材料具有重量轻、强度高、绝缘性好、耐疲劳、耐腐蚀、加工成型方便、易维护等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近年更是得到了飞速发展。随着树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产能力普遍提高，使得玻璃纤维增强复合材料已在许多行业得到了应用。输电线路中复合绝缘子和复合芯导线的成功运行，使新型先进材料与传统电力行业实现了成功接轨。

近年来，随着走廊用地的日益紧张，部分地区的污秽和腐蚀程度的不断加重，复合材料用于输电杆塔的优势日益突显。利用复合材料的良好的绝缘性、抗腐蚀性能、重量轻强度高等特点，不仅可以克服传统的输电杆塔普遍存在的质量重、易腐烂、锈蚀或开裂等缺陷，还可以增加杆塔绝缘间隙及绝缘爬距，提高线路的绝缘水平，还可以进一步压缩输电线路走廊宽度，降低输电线路建设及运行维护成本。随着国内复合材料性能及工艺的不断进步，复合材料成本的进一步降低，复合材料杆塔的研究与应用条件已经具备，尽快开展复合杆塔的研究和技术储备对电网建设和运行具有重要的意义。

国外美国、加拿大等国家已经开展了复合材料杆塔的应用工作。1996年，美国公司和圣地亚哥煤气电力公司（SDGE）和南加利福尼亚爱迪生公司（SCE）合作，针对南加利福尼亚海滨奥德比奇的一条220kV线路，开发了三基复合材料格构式输电塔，主要在海边长期考核其耐腐蚀性能。

加拿大的RS公司研究开发了独特设计的复合材料杆塔，具有重量轻和安装方便的特点，已经在135kV及以下电压等级线路上得到了应用。荷兰Movares 工程咨询公司2005年完成了荷兰电网一条1.5公里380/150kV试验线路的方案设计，该方案旨在利用复合材料杆塔的电气绝缘性能以改善输电线路电磁场对环境的影响。

通过对国外相关资料的收集及分析可知，国外采用复合材料，主要是利用其重量轻、强度大、耐腐蚀的特点，代替传统的木材，以减少线路建设中的运输组装成本，以及线路建设后的维护成本。同时，国外使用复合材料杆塔主要在低电压等级及少雷区采用。如美国采用复合材料杆塔，主要是利用材料的耐腐蚀性，解决沿海地区杆塔腐蚀问题，加拿大采用复合材料，主要是利用材料及杆塔质量轻和安装方便的特点。

在我国可针对各地区线路建设和运行中存在的问题，利用复合材料的绝缘性、耐腐蚀性、轻便性等特点，达到节省线路走廊，降低线路建设征地费用；提高线路绝缘水平，减少线路雷击、污闪、覆冰等故障；以及提高线路耐腐蚀性能，减少线路维护费用等。

2 主要研究内容及目前完成情况

2.1 主要研究内容

按照国网公司基建部统一部署，我院参与了复合材料杆塔试点工程的试验研究，详见下表所示：

表1-1 承担的复合材料试点工程试验内容

根据前期制定的国网公司《复合材料杆塔技术条件（初稿）》，我院承担了基本材料性能试验、电气性能试验、防雷试验与计算，详细试验项目见表1-2。

表1-2 复合材料杆塔试验项目

2.2 试验研究的目的与意义

（1）材料基本性能试验

1）密度：复合材料的密度在一定程度上可反映复合材料的树脂含量和空隙含量，密度的大小可影响其耐水性能，并且在一定程度上可降低其机械性能、耐老化性等，甚至影响复合材料杆塔的正常运行和使用寿命。同时为杆塔在设计、造价计算等方面提供依据。

2）强度及弹性模量：材料的强度及弹性模量是反映材料机械性能的重要指标，与金属不同，复合材料的机械性能呈各向异性，即不同受力方向，材料的强度及弹性模量是不同的。复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能好等优点，用于承力结构的树脂基复合材料利用的是它的这种优良的力学性能。复合杆塔在实际使用过程中，不仅需要承受高压输电线路的重量和自身重量，还要承受风力等外界作用引起的线路舞动等附加载荷，其荷载情况较为复杂。测定复合材料的强度及弹性模量等机械性能，对复合杆塔的结构设计有重要的指导意义，为其长周期安全使用的可靠性、稳定性和寿命预测提供依据。

3）纤维体积含量：纤维体积含量是决定纤维增强复合材料各项力学性能的一个重要参数,对复合材料杆塔整体结构的力学性能具有决定性的作用。合理的纤维体积含量可以保证复合材料杆塔的稳定运行。

4）阻燃性能：复合杆塔的安全性与复合材料的阻燃性密切相关，易燃性的复合材料在火灾中往往会加重火灾的程度，造成财产损失、人员伤亡。为了提高复合杆塔可靠的安全性，避免造成社会公害，必须进行阻燃性测试。

5）固化度：测定复合杆塔各结构件用复合材料的不可溶分含量，复合材料中树脂的固化程度直接影响复合材料性能,它是检验玻璃钢产品质量的方法之一，固化度是检验复合材料中树脂的固化程度的一种方法。固化的产品其力学性能、耐腐蚀性能都好。同时固化度这一指标对于工艺制度的选择、树脂配比的调整、产品质量的评比具有一定意义。

6）复合材料杆塔的综合性能与复合材料热膨胀系数密切相关，热膨胀系数是材料的主要物理性质之一,它是衡量材料的热稳定性好坏的一个重要指标.从一定程度上影响着复合杆塔整体性能。提高材料的热稳定性降低材料的线膨胀系数,可以提高材料的热稳定性、材料的强度,提高材料的使用安全性。

（2）电气性能

1）电阻率：体积电阻的高低可以反映材料绝缘性能的好坏，体积电阻率能被用作选择特定用途绝缘材料的一个参数。体积电阻率的测量常被用于检查绝缘材料生产是否始终如一，或检测能影响材料质量的导电杂质。表面电阻随湿度变化很快，因此，表面电阻率是材料表面含有污染物质时与材料特性有关的一个参