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输变电工程中应用复合材料的稳定性

2020-11-11 261 上传者：管理员

摘要：阐述输变电工程中复合材料的应用，包括复合横担的形式、材料、结构，分析复合材料在输变电工程中的配套试验和应用要点，从而提升输变电工程的稳定性。

关键词：
复合材料
电力工程
电工材料
输变电
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从目前的输变电工程实际发展情况来看，我国在35kV、110kV等线路工程的研究中已经取得了初步的成果，然而现用的单杆结构本身不具有太大的承载能力，在许多场景下难以得到有效应用。格构式复合材料塔虽然具有突出的承载能力，然而由于过于复杂等原因，目前我国的研究还不够成熟。我国在输变电工程复合材料方面的研究取得了一定的突破。对复合横担的形式、材料、结构等进行进一步的研究，并将复合材料应用在输变电工程中。

1、复合材料

复合材料是一种性能优越的新型环保材料，具有环境污染性低、节能效果好的特点，除此之外部分复合材料还具有密度小、强度高、绝缘性能突出、耐腐蚀的优势，正是凭借这种优势，复合材料正在受到越来越多的认可和关注，在许多工程建设中取代了传统的合金材料及木质材料，成为航空航天、电子电气等领域的新兴材料。因此，近年来有研究人员认为，将复合材料运用到输变电工程中、使之成为输电杆塔结构的主要材料，具有一定的现实意义。我国的电力网络建设不断取得新发展，西电东送工程已经逐步落实，有效地解决了我国东部地区发电能源稀缺的问题，整体呈现欣欣向荣的局面。现阶段，中国110kV以上的输电线路杆塔结构都是由钢制材料建设而成的，但是钢制材料本身的重量较大，同时在潮湿环境下易发生锈蚀开裂等质量问题，玻璃和瓷制的绝缘子制造过程不符合环保理念、使用耐久度不佳。而复合材料杆塔结构则具有清洁效果好、维护成本低、使用年限长等特点，更重要的是其塔头尺寸会得到有效缩减，杆塔结构整体呈现轻便、易于养护的优势。复合材料杆塔结构的颜色十分多变，材料本身无毒无害且能够回收再利用，这能够提高输变电工程的环保性能。

2、复合材料在输变电工程的应用

2.1复合横担

(1）复合横担的形式。通过对其经济效益的分析，可以发现不同复合横担结构具有不同的性能，而其中由单根柱式复合绝缘子或由柱式绝缘子与线路悬式复合绝缘子共同构成的杆塔结构横担显然具有更突出的综合效益。在实际使用中可根据具体需求和环境因素，对复合横担的形式进行简单调整，从而使之性能更加突出。（2）复合横担的材料。复合横担中使用的复合材料指的是无碱玻璃纤维增强树脂基复合材料，也就是常说的玻璃钢；同时还涉及钢材、胶剂、绝缘配合材料等。第三，复合横担的结构。复合横担的结构一般可以分成实心结构、管型结构这两种，构件之间的连接一般可利用套管式钢结构进行。

复合横担和杆塔主体结构之间以法兰相连接，连接稳定性十分可观。复合材料横担结构主要可以分成压管、拉管、辅材等几种形式，由绝缘子和横担头构成。通常情况下采取的是三角结构，这种结构的优势在于其稳定性突出，一般由多段压管呈A字形组装而成。每个压管都借助法兰和其他结构联系在一起，横担头则是两个钢管焊接形成的，其中部和端部由拉索为支撑点与杆塔结构连接在一起。另外，其外绝缘伞裙和护套结构，都是一体化高温加工技术制成的，硅橡胶受到高温影响与内部绝缘管紧密地贴合在一起，其界面连接性能十分优越。另外，拉索和绝缘伞裙结合的部位可通过压接技术连接，能够承受较大的拉伸力，压弯性能也比较突出。最后，复合横担结构一般呈“上”字形，上下横担的尺寸、数据等都完全相同，横担头长度等有一定区别。

2.2配套试验

相关的配套试验大致可分成结构性能试验和电气性能试验，能够有效地分析出复合材料在供配电工程中的使用可行性。首先，复合材料在输变电工程中的应用，主要指的就是其在输电杆塔结构中的应用，为确保其应用效果，我们需要就其各种性能进行有效试验。主要试验类别包括：静载试验，静载试验的试验对象包括杆塔构件的稳定性、节点连接的效果、复合横担的力学性能等；动载试验，其主要针对的是构件疲劳性。其次，电气性能试验，顾名思义指的就是对复合材料杆塔结构电气方面的检测和考察，主要的试验分成以下几种：雷电冲击干耐受电压试验、操作冲击湿耐受电压试验、人工污秽耐受电压试验。

2.3应用要点

(1）我们需要了解复合材料在输变电工程中的应用施工的基本规定：在进行具体施工之前，必须要根据设计方案做好技术研究，确定施工指导意见书，并且做好前期申报审批工作。复合材料横担结构的吊装施工应排在塔身结构施工之后，确定杆塔整体稳定性、扭矩值符合标准以后，即可开始吊装。复合横担中的各种元器件都需要进行严格控制，从其接收、储存、装卸等流程入手，保证管理效果，一般不应使之直接暴露在室外环境，如果存在特殊情况则应以雨布覆盖，避免其受到降水影响，需要二次运输的时候需确保外包装的完整性，如发现各种元器件及材料出现受损变形等问题，需要及时进行处理和更换，特别是伞裙部位需要给予特殊关注。复合横担和杆塔结构连接部位等部分的金属镀锌层应完好无损，否则需要进行修补更换。均压环的安装必须要准确有效，施工人员应确保均压环与横担结构的轴线相垂直。在横担结构安装结束并且固定好以后，工作人员应对产品的数据标准等进行分析，并做好后续的验收及护套拆除工作。（2）我们应明确复合材料在输变电工程中的应用质量要求。设计应符合《110～750kV架空输电线路施工及验收规范》的有关要求。进行运输的过程中、开始施工安装的过程中，硅橡胶伞裙结构容易被划伤，一般来说破损面积如果不超过5cm2、划伤长度不超过10mm，伞裙结构仍然可以正常安装使用，如果损坏数据超出上述数值，应该与生产厂家进行沟通做好后续维修协商。在施工结束以后，需要安排工作人员对横担结构的水平数据、预计拱值等进行检查，确保其符合设计要求方可结束安装。（3）需要对复合材料在输变电工程中的应用安全及环保要求进行研究。施工过程中使用的起重设备等，安全系数必须要符合行业规定和国家电力建设安全工作规程的有关要求；特种工作人员需要具有相应的专业证件才能进入施工团队；施工之前应确定安全保障方案，做好安全施工培训交底工作；确保施工现场的工作人员都能严格地做好个人防护；各种施工材料的废弃外包装必须要第一时间进行回收处理，避免对环境造成污染。（4）需要对复合材料在输变电工程中的应用注意事项进行分析。比如说架构横梁采用复合材料的情况下，即可对绝缘子串进行省略，这样一来杆塔结构的高度、架构之间的长度才能得到有效地缩减，在节约建筑面积的同时节约钢材，可谓是一举两得。以我国某地区1000kV的输变电工程为例，其绝缘子串的长度大概在10m左右，垂直长度更是可达12m，该变电站南北长度320m，去除绝缘子串以后，其节约的土地面积在14500m2左右。如电气设备中的引管和套管等采用复合材料的情况下，主变套管的相关问题就能得到解决，在过去，我国的主变套管完全依靠进口，一来整体造价比较高，二来后续养护比较困难，而利用复合材料以后，这类困局将会迎刃而解。

3、结语

输变电工程的施工质量决定了我国电力网络的运行稳定性，事关广大人民群众的生活便利性，我们必须要对输变电工程的施工技术、施工材料等进行有序分析。回顾过去的输变电工程材料性能可以发现，钢结构等存在重量大、耐久性不足等问题，难以适应越来越大的输变电工程施工规模，因此对施工材料进行更新换代势在必行。从目前的研究结果来看，复合材料在输变电工程中的应用具有突出的优势，能够从根本上提升输变电工程的稳定性。

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