輸電線路復合橫擔桿塔及技術經濟比較分析

張慶

摘要：輸電線路復合絕緣桿塔已在輸電工程中逐步得到較廣泛應用，與常規鋼質桿塔相比，復合絕緣桿塔具有較多優勢，本文介紹了輸電線路復合橫擔桿塔的特點及其三種型式，并對其進行了技術經濟比較分析。

關鍵字：復合橫擔桿塔；技術經濟；比較分析

一、引言

隨著國內電網的發展，輸電線路工程呈現出長距離、規?；⒋笮突陌l展趨勢，其對鋼材的需求量也在逐年上升，消耗了大量礦產資源，造成了生態環境的污染。在架空輸電線路工程中，桿塔建設費用約占本體投資的30%以上，直接決定著線路的經濟性。而傳統的輸電鐵塔普遍存在質量重、易銹蝕等缺陷，耐久性差，使用壽命較短，容易出現各種安全隱患。因此，采用新型環保材料代替鋼材成為輸電行業的一種發展趨勢。

隨著材料技術的發展，國際上已經開發了多種高性能的增強復合材料（FRP）。FRP材料具備抗腐蝕、強度高、自重小，而且其彈性變形能力以及抗疲勞能力強的特點。最重要的是使用FRP材料之后桿塔與各構件之間能夠實現物理絕緣，FRP復合材料已成為搭建輸電桿塔的理想材料。

二、復合材料桿塔特點

多年來國內外對應用于輸電線路的FRP復合材料開展了廣泛地研究，復合絕緣桿塔已在輸電工程中逐步得到較廣泛應用，與常規鋼質桿塔相比，復合絕緣桿塔具有以下特點：

1.重量輕：復合絕緣桿塔的重量約為鋼質桿塔的1/2。重量輕是復合絕緣桿塔突出的優點之一。由于重量輕，可大幅降低運輸和施工安裝成本，尤其適于山區和軟弱土質地區的輸電線路使用。

2.強度高：纖維增強復合絕緣單向板的縱向拉伸強度為800～1200MPa，遠高于普通鋼材的屈服強度，同時具有優良的疲勞性能。

3.耐腐蝕：復合絕緣桿塔對酸、堿、鹽和有機溶劑等腐蝕介質的耐腐蝕性能和耐候性能優良，因此特別適合沿海地區、內陸鹽漬土地區以及工業區和酸雨多發地區等對混凝土和鋼質桿塔有特殊防腐要求的環境。

4.溫度適應性強：復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使用。高寒地區混凝土桿塔常發生凍融循環破壞，而鐵塔常發生低溫冷脆破壞。

5.電絕緣性能好：復合絕緣桿塔電氣絕緣性能優良，可以減少導線與塔身間隙，使輸電線路結構更為緊湊，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.可設計性好：復合絕緣桿塔有別于其他桿塔的重要特點是其材料可設計性，可以根據特殊的結構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行合理的設計，以滿足對桿塔強度、剛度、疲勞特性和產品色彩等多方面的要求，以充分發揮復合材料強度高的優點，經濟地使用材料。

7.維護性好：復合絕緣桿塔由于耐久性好，基本上是一種免維護的結構。這對保障線路安全、降低輸電線路的維護成本很有意義。

8.環境性能好：復合材料在使用過程中無毒害作用，它不會滲出化學劑到土壤中，對環境影響小，報廢后可回收利用。

復合材料桿塔相比傳統桿塔具有更好的綜合性能，因而通過合理地設計，充分利用復合材料的性能，將復合材料技術應用到輸電工程不僅能夠提高輸電線路運行的可靠性與經濟性，對于建設“資源節約型、環境友好型”輸電線路具有重要意義。

三、復合橫擔桿塔型式

（一）上字型復合橫擔直線塔

上字型復合材料橫擔直線塔，采用垂直三角形排列，上、中、下導線均采用復合材料橫擔。采用上字型復合材料橫擔直線塔，雖然塔總高因布置橫擔有所增加，但橫擔部分鋼材均采用復合材料取代，可縮短橫擔長度，減小導地線層間間距，從而塔重較普通直線塔減輕，基礎作用力也對應減少。同時線路走廊寬度減少了對跨越房屋的范圍，由于使用復合材料橫擔，相比同呼高常規鐵塔，對地距離增大，更利于對房屋的跨越同時可以有效降低輸電線路對環境的影響。

（二）Y型塔復合橫擔直線塔

Y型復合材料橫擔直線塔，在原貓頭塔的型式上改進設計，導線仍然采用垂直三角行排列，上導線采用普通V型絕緣子串，中、下導線采用“V”子型復合材料橫擔，通過節點連接在塔頭下曲臂頂部和塔身頂部。采用Y型復合材料橫擔直線塔可減小線路走廊，增大了邊導線對房屋的水平距離?？梢栽谄角鸬貐^或山勢緩和地段使用，能有效降低輸電線路對環境的影響。

（三）坡位復合橫擔直線塔

坡位復合橫擔直線塔是在上字型復合材料橫擔直線塔這種結構型式上演變而來的一種特別適用于山坡地形的復合材料橫擔桿塔型式，采用垂直倒三角形排列，上、中、下導線均采用復合材料橫擔。采用坡位型復合材料橫擔直線塔，同上述兩種復合橫擔直線塔一樣，塔重以及基礎作用力都可較常規直線塔大幅度降低，且線路走廊寬度減少，從而減少了對跨越房屋的范圍，由于使用復合材料橫擔，相比同呼高常規鐵塔，對地距離增大，更利于對房屋的跨越同時可以有效降低輸電線路對環境的影響。

另外，由于坡位型復合材料橫擔直線塔的型式具有適應山坡地形桿塔兩側對地高度不等的特點，使用坡位型復合材料橫擔直線塔，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、經濟性分析

相比常規角鋼塔，復合材料橫擔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，基礎作用力，基礎混凝土方量，基礎鋼筋量及各項指標的造價為影響因素，對復合材料橫擔直線塔與常規角鋼直線塔、復合材料橫擔鋼桿與常規鋼桿進行比較分析，分析結果如表1所示：

由表1可知：

1.Y型復合材料橫擔直線塔塔重較普通直線塔減輕23%左右，基礎作用力減少27%左右。上字型復合材料橫擔直線塔重較普通直線塔減輕20%左右，基礎作用力減少23%左右。坡位復合材料橫擔直線塔重較普通直線塔減輕25%左右，基礎作用力減少30%左右。

2.三種復合橫擔桿塔相比較，Y型塔、坡位塔工程費用基本相當，但比FZS上字型低約1萬元，經濟優勢明顯；Y型塔走廊寬度比上字型塔小1.3m，比通用設計ZMC1型減少2.6m。

3.坡位塔由常規“上字型”塔變化而來，用于山區地形可提高下山坡側的導線對地高度，塔重及造價費用較低。

五、結束語

復合材料橫擔直線塔與一般常規鐵塔總體造基本相當，Y型塔和FPZ坡位塔費用甚至略省，隨著復合橫擔在工程中的逐步應用，價格還有降低的空間。且使用復合材料橫擔之后，可減小線路走廊，縮減了跨越及占地費用，經濟效應明顯。復合橫擔桿塔應用到輸電線路工程不僅能夠提高輸電線路運行的可靠性與經濟性，對于建設“資源節約型、環境友好型”輸電線路具有重要意義。

（作者單位：湖北省電力勘測設計院）