復(fù)合材料電力桿塔研究進(jìn)展

周開(kāi)河，吳忠平，朱艷偉，王棟，錢(qián)錫穎，陳剛

(1. 國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司寧波供電公司，浙江 寧波 315010；2. 寧波市送變電建設(shè)有限公司，浙江 寧波 315010；3. 浙江省機(jī)器人與智能制造裝備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所，寧波 315201)

0 引言

當(dāng)今社會(huì)，電已經(jīng)是人們生活中必不可少的部分。電桿、桿塔就是架空輸電線路中支承導(dǎo)線、地線的塔形或桿形構(gòu)筑物，能使導(dǎo)線之間及其與大地之間保持一定距離，在傳輸電力的過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。通常情況下，傳統(tǒng)電力桿塔按結(jié)構(gòu)材料的種類可分為木結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、鋁合金結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)桿塔等；按結(jié)構(gòu)形式可分為自立塔和拉線塔等；按使用功能可分為承力塔、直線塔、換位塔和大跨越高塔等[1]。不同的桿塔具有不同的特點(diǎn)，適用范圍也不同。因此，根據(jù)實(shí)際輸電需求來(lái)設(shè)計(jì)電力桿塔十分重要。

國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的傳統(tǒng)輸電桿塔主要有木質(zhì)桿、鋼管桿、鐵塔等，隨著傳統(tǒng)桿塔的長(zhǎng)期使用，其缺陷也逐漸暴露出來(lái)，主要包括：第一，傳統(tǒng)電力桿塔較重，偏遠(yuǎn)地區(qū)的運(yùn)輸與安裝成本較高，后期的運(yùn)行維護(hù)也十分困難；第二，環(huán)境適應(yīng)性較差，容易發(fā)生腐爛、銹蝕、開(kāi)裂，從而導(dǎo)致各種安全隱患，降低使用壽命。針對(duì)這些問(wèn)題，綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料提供了一種新的解決思路。

纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、良好的耐腐蝕性、優(yōu)異的可設(shè)計(jì)性以及可整體成型等特點(diǎn)，目前已作為結(jié)構(gòu)材料被逐漸應(yīng)用到電力領(lǐng)域。復(fù)合材料電力桿塔一般以環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維等為增強(qiáng)材料，通過(guò)纏繞成型工藝或拉擠成型工藝制成，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，相比于木質(zhì)桿、鋼管桿、鐵塔等，復(fù)合材料桿塔的重量大大減小，顯著降低了運(yùn)輸成本，提高了安裝速度；第二，復(fù)合材料桿塔耐酸、堿、鹽腐蝕性能良好，可有效抵御海水浸泡、鹽堿環(huán)境、重污染和酸性大氣等惡劣環(huán)境；第三，復(fù)合材料的電絕緣性能優(yōu)異，可有效規(guī)避雷擊風(fēng)險(xiǎn)，還可設(shè)計(jì)減少線路走廊寬度，提高土地資源利用率；此外，復(fù)合材料桿塔可以減少礦產(chǎn)資源的使用，有助于環(huán)境保護(hù)[11]。總之，復(fù)合材料電力桿塔綜合性能良好，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)低成本、高性能的復(fù)合材料電力桿塔已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

本文從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝、應(yīng)用前景等方面介紹了復(fù)合材料電力桿塔的研究現(xiàn)狀，并提出了目前研究存在的問(wèn)題，對(duì)今后復(fù)合材料電力桿塔的設(shè)計(jì)與研發(fā)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 復(fù)合材料電力桿塔材料選擇

復(fù)合材料是由兩種或兩種以上物理和化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組復(fù)合而成的一種多相新型材料。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料通常以環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯樹(shù)脂、不飽和聚酯樹(shù)脂等聚合物為基體相，以玻璃纖維、碳纖維、玄武巖纖維等為增強(qiáng)相，是目前應(yīng)用最廣、用量最大的復(fù)合材料。材料復(fù)合的形式多種多樣，如何從大量的材料中選擇合適的基體材料、增強(qiáng)材料以及各類助劑材料，并通過(guò)物理、化學(xué)、電氣、機(jī)械等性能測(cè)試研究，設(shè)計(jì)出最優(yōu)良的復(fù)合體系作為電力桿塔材料，是復(fù)合材料電力桿塔研究的重點(diǎn)問(wèn)題之一。目前，復(fù)合材料電力桿塔常用的基體材料主要是環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯樹(shù)脂，增強(qiáng)材料主要是無(wú)堿玻璃纖維。

環(huán)氧樹(shù)脂作為常用的基體材料，黏附力強(qiáng)，固化收縮率低，力學(xué)性能、絕緣性能、耐腐蝕性能優(yōu)異，一定程度上耐霉菌，價(jià)格低廉，但是其耐老化性能較弱，長(zhǎng)期在室外經(jīng)受紫外線照射，會(huì)出現(xiàn)分層、開(kāi)裂、色變等老化現(xiàn)象，縮短使用壽命。而由聚氨酯樹(shù)脂制備的復(fù)合材料電力桿塔具有優(yōu)異的耐紫外老化性能，能夠保證30年以上的使用壽命，可以很好的解決上述問(wèn)題[12]。

無(wú)堿玻璃纖維又稱E玻璃纖維，是指不含或含有極微量(小于1 wt%)堿金屬氧化物的玻璃纖維，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、良好的電絕緣性、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，是復(fù)合材料桿塔制備應(yīng)用中最廣泛的玻璃纖維，常用的規(guī)格有1 100 tex、1 200 tex、2 400 tex以及4 800 tex等[13]。隨著復(fù)合材料電力桿塔性能要求的不斷提高，在保證絕緣性的基礎(chǔ)上，近年來(lái)研究人員開(kāi)始在玻璃纖維鋪層中添加碳纖維鋪層來(lái)提高桿塔的剛度，并取得了一定成效。趙明珠等[14]基于有限元分析法，研究了有無(wú)碳纖維對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料桿塔性能的影響，發(fā)現(xiàn)在保證強(qiáng)度的前提下，加入碳纖維可以有效提高復(fù)合材料桿塔的剛度，桿塔的最大位移相對(duì)減小20%。如何通過(guò)優(yōu)化材料設(shè)計(jì)來(lái)提高復(fù)合材料剛度是今后復(fù)合材料桿塔的發(fā)展趨勢(shì)。

2 復(fù)合材料電力桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

復(fù)合材料桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程一般包括桿體設(shè)計(jì)、真型實(shí)驗(yàn)、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與優(yōu)化三個(gè)部分。

2.1 桿體設(shè)計(jì)

復(fù)合材料電力桿塔的桿體設(shè)計(jì)包括主桿和橫擔(dān)兩部分，需要綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形、經(jīng)濟(jì)成本等因素。

復(fù)合材料桿塔的主桿根據(jù)桿體形狀可以分為普通錐形桿、法蘭式錐形桿、等徑桿、臺(tái)階形桿[15]，如圖1所示。在不同的桿體結(jié)構(gòu)中，單桿錐度、底面直徑、截面形狀、局部加固等參數(shù)均有所差異，這也導(dǎo)致了不同結(jié)構(gòu)型式的桿塔具有不同的力學(xué)性能，因此，根據(jù)使用需求選擇合適的桿體結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料桿塔至關(guān)重要。與截面為正多邊形的傳統(tǒng)電力桿塔不同，復(fù)合材料桿體的截面形狀大多都是圓環(huán)形，這就導(dǎo)致桿塔剛性較低。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，研究人員提出了在桿身內(nèi)部加肋的改進(jìn)辦法。龔靖等[16]利用ANSYS對(duì)等直徑、等壁厚的薄壁圓環(huán)、圓環(huán)星形肋、圓環(huán)三角形肋的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，研究發(fā)現(xiàn)，圓環(huán)內(nèi)接三角形肋結(jié)構(gòu)的塔頂位移和根部最大應(yīng)力均比傳統(tǒng)薄壁管、圓環(huán)內(nèi)接星形肋結(jié)構(gòu)小，是最優(yōu)選型(表1)。

圖1 不同桿型復(fù)合材料電力桿塔[15]

表1 不同截面結(jié)構(gòu)桿塔的力學(xué)性能[16]

復(fù)合材料電力桿塔的另一個(gè)重要組成部分是復(fù)合橫擔(dān)，主要分為單橫擔(dān)結(jié)構(gòu)、單橫擔(dān)加單拉桿結(jié)構(gòu)、雙橫擔(dān)V型排列結(jié)構(gòu)、三橫擔(dān)組合結(jié)構(gòu)、兩橫擔(dān)加兩拉桿組合結(jié)構(gòu)、單橫擔(dān)加三拉桿組合結(jié)構(gòu)等類型。不同的復(fù)合橫擔(dān)結(jié)構(gòu)所能承受的應(yīng)力載荷(彎曲、壓縮應(yīng)力載荷)以及適用的電壓等級(jí)(35 kV、66 kV、110 kV、220 kV等)不同，如單橫擔(dān)、單橫擔(dān)加單拉桿、雙橫擔(dān)V型排列結(jié)構(gòu)須承受彎曲應(yīng)力載荷，三橫擔(dān)組合、兩橫擔(dān)加兩拉桿組合結(jié)構(gòu)則主要承受彎曲、壓縮應(yīng)力載荷，單橫擔(dān)加三拉桿組合結(jié)構(gòu)由于采用單橫擔(dān)，所受壓縮應(yīng)力較大[17]。因此，必須因地制宜，依據(jù)具體的使用需求選擇合適橫擔(dān)結(jié)構(gòu)，才能制備出承載效率高、穩(wěn)定性好的復(fù)合材料電力桿塔。

材料的鋪層角度對(duì)桿塔的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有顯著影響，在復(fù)合材料的鋪層設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題：第一，通過(guò)設(shè)計(jì)纖維鋪層角度，有效傳遞載荷，合理利用0 °、90 °、±45 °鋪層來(lái)承受縱向、橫向、剪切載荷；第二，對(duì)于可能承受垂直載荷的桿塔，應(yīng)在最外層增設(shè)±45°鋪層或加一層玻璃布，提高抗沖擊性；第三，一般采用對(duì)稱鋪層，且相同角度的鋪層不宜過(guò)度集中，以免固化或受載后發(fā)生翹曲或分層[18]。

2.2 真型實(shí)驗(yàn)

真型實(shí)驗(yàn)是以實(shí)際結(jié)構(gòu)(實(shí)物)或者按實(shí)物完全復(fù)制的結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，是檢測(cè)復(fù)合材料電力桿塔性能是否達(dá)標(biāo)的重要測(cè)試技術(shù)，也是一種判斷桿塔設(shè)計(jì)方案是否可行的關(guān)鍵手段[19]。通常情況下，需要分別對(duì)桿塔的桿身和橫擔(dān)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，對(duì)于桿身，可以將桿塔根部固定在一面實(shí)驗(yàn)墻上，另外一端施加集中載荷，分別測(cè)試每個(gè)加載等級(jí)(2 000 N、4 000 N、6 000 N、8 000 N等)下端部位移和根部應(yīng)變的情況。對(duì)于橫擔(dān)，可以選擇幾種橫擔(dān)受力較大的工況，如90 °大風(fēng)、安裝、斷線等，在相應(yīng)條件下進(jìn)行分級(jí)加載實(shí)驗(yàn)(將實(shí)驗(yàn)載荷分為20%、40%、60%、80%、100%加載，超載后按10%增量施加)，觀察其破壞情況[20]。通過(guò)桿塔真型實(shí)驗(yàn)，可以驗(yàn)證復(fù)合材料電力桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的安全性與可靠性。

2.3 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

復(fù)合材料桿塔連接節(jié)點(diǎn)是維持桿塔穩(wěn)定的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，主要包括桿身節(jié)點(diǎn)、桿身與橫擔(dān)節(jié)點(diǎn)、踏腳與基礎(chǔ)連接等。桿塔節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)工作應(yīng)綜合考慮連接的可靠性、加工的可行性及經(jīng)濟(jì)性、整體協(xié)調(diào)性、各種性能指標(biāo)等要求，一般分為方案選擇和優(yōu)化兩步。下文以FH35復(fù)合材料桿塔的桿身節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化為例進(jìn)行介紹[21]。

一般情況下，桿身節(jié)點(diǎn)連接方案主要有3種，分別是管壁預(yù)埋金屬件、插接膠粘、金屬法蘭套筒連接(圖2)。每種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇。管壁預(yù)埋金屬件方案：連接節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)單，易現(xiàn)場(chǎng)組裝，但是主桿受拉一側(cè)的螺桿與復(fù)合材料管壁的粘結(jié)容易破壞，并且在復(fù)合材料薄壁圓管主桿上預(yù)埋金屬件容易導(dǎo)致接頭劈裂；插接膠粘方案：采用緊固螺栓，連接可靠度較高，但是由于這種結(jié)構(gòu)需要在工廠提前加工，不能現(xiàn)場(chǎng)拼裝，產(chǎn)品質(zhì)量無(wú)法保證，且穿孔結(jié)構(gòu)會(huì)破壞纖維連續(xù)性，從而導(dǎo)致桿體劈裂；金屬法蘭套筒結(jié)構(gòu)方案：采用法蘭連接，現(xiàn)場(chǎng)組裝十分方便，同時(shí)套筒的約束性可以有效控制桿體變形，避免疲勞失效。因此，F(xiàn)H35復(fù)合材料桿塔應(yīng)選用金屬法蘭套筒結(jié)構(gòu)。

圖2 桿身節(jié)點(diǎn)連接方案[21]

確定節(jié)點(diǎn)連接方案后，采用ANSYS有限元程序?qū)﹂L(zhǎng)0.35～0.65 m的套筒進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)套筒與主桿的抗剪強(qiáng)度與套筒長(zhǎng)度有關(guān)，套筒長(zhǎng)度增加，抗剪強(qiáng)度隨之增加，套筒高度超過(guò)0.5 m后，強(qiáng)度趨于平穩(wěn)。最終，考慮到經(jīng)濟(jì)成本等因素，F(xiàn)H35復(fù)合材料桿塔選用0.5 m高的套筒。

3 復(fù)合材料電力桿塔制造工藝

纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型工藝多種多樣，包括手糊成型、噴射成型、纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、樹(shù)脂傳遞模塑成型、熱壓罐成型等。不同成型工藝制備的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能均有所差異，因此需要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形式、性能指標(biāo)和用途來(lái)選擇合適的成型工藝。復(fù)合材料桿塔常用的成型工藝主要有拉擠成型工藝和纏繞成型工藝。

3.1 拉擠成型

拉擠成型工藝是指在牽引設(shè)備的作用下，將浸漬樹(shù)脂后的纖維束、帶或布通過(guò)預(yù)成型模具排出多余樹(shù)脂和氣泡，再通過(guò)成型模具固化，連續(xù)不斷制造出復(fù)合材料制品的過(guò)程(圖3)。該工藝可以用來(lái)制備復(fù)合材料橫擔(dān)和等徑電桿。拉擠成型工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，能夠?qū)崿F(xiàn)完全自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，且無(wú)邊角廢料，省工、省料；第二，纖維含量可達(dá)到80%，能夠充分發(fā)揮纖維的增強(qiáng)作用，所得制品強(qiáng)度高；第三，復(fù)合材料產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，重復(fù)性好，無(wú)需后加工，并且長(zhǎng)度可隨需求任意切割，無(wú)邊角料，省工，省料。但是這種工藝所制備的復(fù)合材料型材形狀單一，并且產(chǎn)品橫向強(qiáng)度較差，很大程度上限制了拉擠成型工藝的應(yīng)用[22]。

圖3 拉擠成型工藝示意圖[22]

3.2 纏繞成型

與拉擠成型工藝相比，纏繞成型工藝既可以制備復(fù)合材料桿塔，也可以制備復(fù)合材料橫擔(dān)。這種工藝是指將浸漬樹(shù)脂膠液后的連續(xù)纖維或布帶，按照一定規(guī)律纏繞到芯模上，達(dá)到一定厚度后，固化脫模制造出復(fù)合材料產(chǎn)品的工藝過(guò)程[23]，如圖4所示。根據(jù)纏繞成型過(guò)程中樹(shù)脂基體的物理化學(xué)狀態(tài)，纏繞成型可分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。這種成型工藝可以通過(guò)力學(xué)設(shè)計(jì)纏繞規(guī)律，充分發(fā)揮纖維高拉伸強(qiáng)度的特點(diǎn)，制造出比強(qiáng)度高、可靠性好的電力桿塔，并且易于機(jī)械化、自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高，成本低廉，受到人們的廣泛關(guān)注。

圖4 纏繞成型工藝示意圖[23]

纏繞規(guī)律是纏繞成型工藝的重要組成部分，是用于描述纖維均勻、穩(wěn)定排布在芯模表面，以及芯模與導(dǎo)絲頭之間運(yùn)動(dòng)關(guān)系的規(guī)律，纏繞角、切點(diǎn)數(shù)、帶寬是研究纏繞規(guī)律的關(guān)鍵參數(shù)。研究表明，纏繞角很大程度上決定著復(fù)合材料桿塔的力學(xué)性能[24]。Urgessa等[25]基于ABAQUS研究了纏繞角對(duì)錐形電桿性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)纏繞角在0 °～60 °范圍內(nèi)，桿塔的最大應(yīng)力隨著纏繞角的增加先增大后減小，在45 °時(shí)達(dá)到峰值，如圖5所示。傳統(tǒng)的纏繞成型工藝所制得產(chǎn)品軸向力學(xué)性能較差，彎矩較小，厚度大、直徑大。針對(duì)傳統(tǒng)纏繞成型工藝的不足，發(fā)展出專門(mén)用于電桿類產(chǎn)品的小角度纏繞工藝，這種工藝能實(shí)現(xiàn)0 °～12 °小角度的纏繞，在保證產(chǎn)品軸向性能的同時(shí)減小產(chǎn)品的厚度和直徑，提高彎矩[26]。

圖5 纖維纏繞角對(duì)最大應(yīng)力的影響[25]

4 復(fù)合材料電力桿塔應(yīng)用研究

4.1 復(fù)合材料電力桿塔服役性能研究

為保證復(fù)合材料電力桿塔投入使用后正常運(yùn)行，必須依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在前期全面開(kāi)展桿塔性能測(cè)試，主要測(cè)試項(xiàng)目包括基本材料性能、電氣性能、老化性能和真型試驗(yàn)等[8]。其中，基本材料性能測(cè)試包括拉伸強(qiáng)度及模量、壓縮強(qiáng)度及模量、彎曲強(qiáng)度及模量、剪切強(qiáng)度及模量、纖維體積含量、固化度、吸水性、阻燃性、熱膨脹性等試驗(yàn)；電氣性能測(cè)試包括干/濕表面電阻率、干/濕體積電阻率、耐電痕化、滲透、水?dāng)U散、淋雨、污穢、抗覆冰、防雷接地等試驗(yàn)；老化性能測(cè)試包括紫外老化、酸老化、堿老化、臭氧老化、濕熱老化等實(shí)驗(yàn)；真型試驗(yàn)則分主桿和橫擔(dān)兩部分進(jìn)行。

4.2 國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料電力桿塔應(yīng)用研究現(xiàn)狀

目前，復(fù)合材料電力桿塔已經(jīng)在歐美一些國(guó)家得到推廣應(yīng)用[27]，許多公司都自主研發(fā)出復(fù)合材料桿塔產(chǎn)品，如Ebert Composites、Powertrusion Composites、Shakespear、CTC、Strongwell、RS、EPL公司等。早在1993年，Shakespear 公司就研發(fā)出復(fù)合材料輸電桿并應(yīng)用于冬季雪量可能超過(guò)3 m厚，積雪期達(dá)6周，風(fēng)速可達(dá)33 m/s的美國(guó)山區(qū)，首批電桿的成功應(yīng)用推動(dòng)了復(fù)合材料桿塔在電力行業(yè)的發(fā)展。1996年，美國(guó)Ebert公司在南加利福尼亞海濱一處220 kV線路上試驗(yàn)了三基復(fù)合材料格構(gòu)式電力桿塔，運(yùn)行記錄表明，這些桿塔在2000年仍保持穩(wěn)定[28]。2005年，荷蘭的Movares公司利用復(fù)合材料桿塔良好絕緣性的特點(diǎn)，研發(fā)出一條1.5 km長(zhǎng)的380/150 kV試驗(yàn)線路，有效改善了輸電線路電磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響[29]。近年，Exel Compsites 國(guó)際集團(tuán)也成立了專門(mén)的部門(mén)，針對(duì)實(shí)際應(yīng)用研制出了復(fù)合材料桿塔。意大利 Topglass Composites公司成功將復(fù)合材料桿塔商業(yè)化并應(yīng)用于路燈桿。目前，美國(guó)作為當(dāng)下技術(shù)最成熟的國(guó)家已制定了相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，為國(guó)內(nèi)復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用奠定了基石。

我國(guó)早在1995年，溫嶺市電力絕緣器材有限公司就已經(jīng)研制出220 kV及以下的搶修塔、110 kV復(fù)合材料橫擔(dān)等，但由于我國(guó)復(fù)合材料性能及制造工藝水平的限制，導(dǎo)致桿塔部分電氣性能不達(dá)標(biāo)，未能得到推廣應(yīng)用。2006年，鞍山鐵塔開(kāi)發(fā)研制中心與鞍山鐵塔廠合作研制了高強(qiáng)度復(fù)合材料桿塔，產(chǎn)品采用了兩段插接長(zhǎng)桿，在端部30 kN的加載作用下，頂端撓度為2 m。2007年，廣東電網(wǎng)公司選用RS公司的復(fù)合材料桿塔，解決桿塔材料電氣性能、機(jī)械性能、老化性能等關(guān)鍵問(wèn)題。直到2009年6與1日，國(guó)家電網(wǎng)公司召開(kāi)了“復(fù)合材料桿塔項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)”，使其在輸電領(lǐng)域的應(yīng)用迎來(lái)新一輪發(fā)展[30]。國(guó)家電網(wǎng)牽頭，中國(guó)電力科學(xué)研究院、國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院等單位配合，啟動(dòng)典型環(huán)境的試點(diǎn)工程，針對(duì)我國(guó)研究有所欠缺的復(fù)合材料桿塔試驗(yàn)問(wèn)題，全面開(kāi)展研究并在部分試點(diǎn)線路運(yùn)行。各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，復(fù)合材料桿塔在材料剛度、節(jié)點(diǎn)連接、耐自然老化、回收利用等方面仍然存在一些問(wèn)題需要解決。2012年，武漢南瑞公司成功自主研發(fā)出“220 kV及以下電力輸送用新型復(fù)合材料桿塔”[31]，經(jīng)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定，此產(chǎn)品綜合性能已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。2013年，西北電力設(shè)計(jì)研究院完成了750 kV高壓級(jí)復(fù)合橫擔(dān)塔真型試驗(yàn)及電氣特性實(shí)驗(yàn)，并投入了使用。隨著我國(guó)復(fù)合材料桿塔技術(shù)的不斷提高，行業(yè)也逐漸朝著標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展，至2017年，北京玻璃鋼復(fù)合材料有限公司和全球互聯(lián)網(wǎng)研究院共同制定了中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《纖維纏繞復(fù)合材料電桿》，進(jìn)一步完善了復(fù)合材料桿塔行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[32]。

復(fù)合材料桿塔的成功推廣，不僅能夠有效解決傳統(tǒng)桿塔質(zhì)量大、易腐蝕、維護(hù)困難等問(wèn)題，還能節(jié)約土地資源，降低綜合成本，延長(zhǎng)使用壽命，具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

5 展望

隨著人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活用電的與日俱增，輸電線路工程日漸呈現(xiàn)長(zhǎng)距離、規(guī)模化、大型化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)桿塔的缺陷也不斷暴露出來(lái)，綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料桿塔具有巨大的潛在市場(chǎng)，已成為輸電線路桿塔領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

受到材料剛度、節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)、經(jīng)濟(jì)成本等因素的制約，復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用仍然存在一些問(wèn)題。因此，今后復(fù)合材料桿塔將朝著提高材料性能、設(shè)計(jì)新型桿塔結(jié)構(gòu)、豐富節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等方向發(fā)展，以充分發(fā)揮復(fù)合材料在輸電領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)應(yīng)從材料設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、附屬設(shè)施等方面入手，降低經(jīng)濟(jì)成本，進(jìn)一步推動(dòng)復(fù)合材料電力桿塔的產(chǎn)業(yè)化與大規(guī)模應(yīng)用。