蒋伟东

摘要：本文主要是讲解复合材料的特点、主要性能指标，指出复合横担在杆塔设计中的应用方式，探究复合材料的设计模式与塔图布置情况，同时将复合横担塔与角钢塔之间的经济指标进行对比，得出复合横担塔具有降低成本以及节能的优势。

关键词：杆塔;复合横担;设计方法

随着电网的发展，输电线路工程呈现出长距离、规模化、大型化的发展趋势，其对钢材的需求量也在逐年上升，消耗了大量矿产资源，造成生态环境的污染。同时，大量采用钢材作为铁塔材料，也给杆塔的施工运输、运行维护带来了诸多困难。因此，采用新型环保材料代替钢材成为输电行业的一种发展趋势。本文结合工程的特点，对复合材料杆塔的设计进行了一定的研究和探讨，为今后线路杆塔从横担至塔身逐步复合化起到了“抛砖引玉”的作用。

一、传统杆塔存在的问题

传统杆塔质量较大，在外荷载和环境作用下易开裂、锈蚀，甚至腐烂等，杆塔的耐久性较差，使用寿命不长。此外，传统杆塔在施工运输、运行维护等方面较为不便，投入人力和物力较大。为寻求经济有效的解决途径，国内外研究人员作了以下尝试：如降低雷击跳闸率、优化杆塔设计、提高电网绝缘水平、降低接地电阻等，虽然获得了一定的效果，但并未彻底解决上述问题。

主要体现在以下几点[1]：（一）易腐蚀。以往的输电杆塔大多数都具有易锈蚀、易开裂等问题，耐久性不强，使用寿命较短，大大提升了维护成本。（二）建设成本。我们国家的输电线路大部分都需要经过比较偏远的山区，导致杆塔在进行正式建设之前要经过很长时间的运输来输送沉重的钢质杆塔，大大增加了安装成本。（三）风偏和雷击跳闸、鸟粪、污秽闪络。因为过去的杆塔是通过悬垂绝缘子将横担和导线进行连接的，在大风、雷击避雷线、表面积污潮湿的影响下，都会产生以上多种线路的故障。（四）塔身高、塔基面积大、线路走廊宽。传统的杆塔利用悬垂绝缘子将导线连接上，在设计的过程中必须要充分考虑悬垂绝缘子的间隙，塔身和导线间需要有充足的摆动间隙，需要加大横担长度，增加线路走廊宽度。同时在确保导线对地距离的状况下，会使塔身和基础根开增加，这时塔基占地面积也需要增加。因为土地资源逐渐变少的紧缺，在设计输电通道的时候经常会产生同塔双回以及同塔多回的现象，导致铁路高度大大提高。

二、复合横担杆塔特点

复合材料具有轻质高强、耐腐蚀、电气绝缘性能好、环境性能友好、可设计性好等优点，这些优点促使了复合横担塔的出现和发展。我国对输定线路复合横担塔的研究进展迅速，目前已成功在超高压、特高压交直流输电线路工程进行了试用。输电线路复合横担塔具有以下技术特点：

（1）降低风偏闪络机率。由于横担采用复合材料，其绝缘性能优良，仅用较短的悬垂金具串连接联板和导线，即使发生超预期风偏，也不会发生风偏闪络事故，有利于保证线路的安全运行。

（2）压缩走廊宽度。利用复合横担的绝缘特性，通过合理设计，可压缩走廊宽度，减少房屋拆迁量，具有重要的社会和经济效益。

（3）节省塔材。利用复合横担的绝缘特性，缩短了悬垂绝缘子串的长度，降低了杆塔的高度，使得塔重和基础混凝土量降低，节省了工程投资。

（4）节约资源。采用复合横担塔可减少钢材用量，减少不可再生的铁矿石用量;而复合材料的主要原材料为二氧化硅矿石，蕴藏量丰富。

（5）耐腐蚀。利用复合材料优异的防腐性能，可以降低沿海及重工业地区输电线路杆塔的腐蚀程度，延长输电线路的使用寿命，降低运维成本。

（6）环境友好。复合材料制品与钢构件相比，生产能耗低，减小环境污染;同时复合材料易加工、颜色可调，能够与环境协调，可增强线路的环境友好性。

（7）可设计性好：复合绝缘杆塔有别于其他杆塔的重要特点是其材料可设计性，可以根据特殊的结构性能要求选择基体和纤维材料及其相对含量和铺层方向等进行合理的设计，以满足对杆塔强度、刚度、疲劳特性和产品色彩等多方面的要求，以充分发挥复合材料强度高的优点，经济地使用材料。

三、输电线路复合横担塔结构

复合横担由线路柱式绝缘子、线路复合绝缘子、连接金具、均压环、端部金属连接件等组成。

线路柱式绝缘子为承受压缩和弯曲负荷的复合支柱绝缘子，由绝缘芯体、伞套（位于绝缘芯体的外部）及端部法兰构成。绝缘芯体由环氧树脂浸渍玻璃纤维制成，伞套材料由高温硫化硅橡胶整体注射成型，端部法兰为金属材料表面热镀锌固定于绝缘芯体上。线路复合绝缘子为承受拉伸负荷的复合绝缘子，由拉挤芯棒、伞套及端部金具构成。端部金属连接件为合金钢材料通过加工焊接而成，表面进行热镀锌处理，用来连接复合横担各部件。

复合横担塔结构型式的确定主要基于以下原则：

1）满足电气性能要求;

2）满足强度要求;

3）制作简单，连接方便，安装便捷;

4）结构型式较为经济;

典型复合横担塔结构型式主要为单柱、单柱单拉、单柱三拉、双柱双拉复合横担布置方式。

相关横担结构示意图如下：

四、复合横担在杆塔设计中的应用

（一）复合横担直线塔

依据输电线路导线布置方式，为尽量简化构造，复合材料杆塔可选择“门型”塔和“上字型”两种。由于“上字型”杆塔具有节点容易处理、构造简单以及节省线路等优点，目前采用“上字型”的复合材料杆塔应用较多。该类型杆塔横担部分采用复合材料，而塔身采用传统钢结构，复合杆塔构件之间采取螺栓进行连接。采用上字型复合材料横担直线塔，虽然塔总高因布置横担有所增加，但横担部分钢材均采用复合材料取代，可缩短横担长度，减小导地线层间间距，从而塔重较普通直线塔减轻，基础作用力也对应减少。同时线路走廊宽度减少了对跨越房屋的范围，由于使用复合材料横担，相比同呼高常规铁塔，对地距离增大，更利于对房屋的跨越同时可以有效降低输电线路对环境的影响。

（二）典型应用

（1）广东湛江500kV双回路复合横担塔

工程介绍：2019年投运，工程位于广东省湛江雷州市，该区域为典型沿海重度海盐分布区域，且地处琼州海峡，风场强度明显高于内陆地区，同时还存在台风、暴雨等极恶劣环境工况的考验。取得了如下经济效益：走廊宽度缩小3.4m，塔高降低5.6m，呼高降低2m，整塔重量降低2.5t。

（2）新疆与西北主网联网750千伏第二通道工程

工程介绍：2013年7月投入运行，750kV输电线路用复合杆塔已经在哈密南—沙洲输电线路工程中应用7基，是世界上首次在超高压线路工程中应用复合横担塔。走廊宽度节约13m，呼高降低约5m，塔材节约10t，基础混凝土节约10m³。

五、结束语

采用复合材料横担的电力杆塔可以有效缩减横担长度，缩小高压导线间的距离，减少绝缘子串的长度，使得线路走廊宽度缩减，杆塔高度降低，塔重变轻，大大节约了输电线路工程投资成本和土地资源，与传统钢质横担、绝缘子相比，复合材料绝缘横担具有质量轻、耐腐蚀、耐老化、绝缘性能好等优点。

参考文献：

[1]杜颖.强风地区500kV同塔双回输电线路复合材料横担杆塔应用設计研究[J].科技创新与应用，2020，No.297（5）：91-92.

[2]马强，侯立群，李占军，等.基于优化算法的千伏输电线路复合横担杆塔通用结构研究[J].中国电子科学研究院学报，2019，14（4）：436-442.