66千伏復合桿塔技術最后

1、2011年依托工程基建新技術研究項目可行性研究報告項目名稱：66千伏復合桿塔的技術研究 起止時間：2010年10月-2010年12月申報單位：吉林省延邊供電公司通訊地址：延吉市牛市街21號聯(lián)系電話請日期：2011年1月28日 一、 目的和意義電網是關系國民經濟命脈的基礎產業(yè)和公用事業(yè)，為了應對日益嚴峻的資源和環(huán)境壓力，實現資源優(yōu)化配置，提高運行能力，滿足結構能源調整的需要，發(fā)展智能電網已成趨勢。我國也明確了發(fā)展智能電網的戰(zhàn)略，并強調智能電網首先必須是堅強的電網。當前，國內外輸電桿塔主要有鋼材、混凝土和木質三種材質，鋼鐵塔已逐漸成為主流，變電構架僅有鋼鐵結構。多年運行

2、證明三種材質各有缺陷：鋼材是電導體，質量重，運輸安裝困難，易腐蝕，加工制造過程碳排放高，而鐵礦石資源正日益枯竭，不可持續(xù)；混凝土桿質量比鋼材更重，且易受環(huán)境影響；木質桿塔需要進行化學處理，易造成環(huán)境污染，且因為還有其他缺陷，在美國等國家已經限制使用。由于復合材料電絕緣性能好，且重量輕、強度高、耐疲勞、耐腐蝕、加工成型方便、易維護、耐久性能好，被各國認為是替代現有桿塔材質的最理想材料。美國、瑞士等國已經研制出試品，但因為工藝缺陷，產品造價昂貴，無法滿足產業(yè)化要求。我國在20世紀50年代已經開始對復合材料進行過研究，但由于材料性能和制造工藝限制，復合桿塔一直未能取得重要突破。隨著電網建設規(guī)模不斷發(fā)

3、展，變電站將越來越多，變電站構架、鐵塔對鋼材的需求也越來越大，不僅消耗了大量的礦產資源，并且在鋼材的生產和加工過程中造成生態(tài)環(huán)境的嚴重污染。目前現有的66kV變電站構架和桿塔均采用全鋼制結構，鋼材存在質量重、易銹蝕或開裂、低溫性能差等缺陷，還存在施工運輸和運行維護困難等問題；復合材料由于有高強、輕質、耐腐蝕、加工容易、可設計性和絕緣性能良好等優(yōu)點，越來越為工程界所重視，特別是為輸變電行業(yè)工程應用所親睞。隨著復合材料技術及其制造工藝的發(fā)展，66kV桿塔采用復合材料已成為可能。復合桿塔用于變電工程可以節(jié)約大量的鋼材，并且利用復合材料的絕緣性，不僅易于解決風偏和污閃事故，提高變電站安全運行水平，同時

4、還可以減小構架尺寸、走廊寬度，復合材料輕便，易加工成型的特點，可以大幅度地降低構架及橫擔的運輸和組裝成本；材料的耐腐蝕、耐高低溫、強度大的特點，可降低線路的維護成本；同時由于復合材料顏色可調、無毒害、報廢后可再利用，還增強了線路的環(huán)境友好性。隨著經濟、技術與管理的發(fā)展，人們越來越傾向于采用包括運行維護在內的結構全壽命過程的經濟、技術以及環(huán)境影響等綜合指標來評價輸電桿塔及變電構架結構。隨著輸電網建設規(guī)模的不斷擴大，輸電桿塔及變電站構架結構的運行維護問題將日益突出，綜合費用效益分析將逐步受到重視。通過綜合費用效益分析發(fā)現，復合桿塔在全壽命使用期內的年平均成本最低，顯示出良好的技術經濟性。由此可見，

5、復合桿塔具有更好的綜合性能，在材料性能滿足要求的基礎上，通過合理的設計，將復合桿塔用于變電工程，技術可行先進，經濟效益顯著，并有利于環(huán)保，符合建設“兩型一化”輸變電工程的指導思想。通過研究輸電復合桿塔，我國將在該領域占據國際制高點。實現項目產品在全球市場范圍內的革命性替代，將有效提升電網安全性能，大幅削減風擺閃絡、覆冰倒塔等事故損失和維護費用，大幅降低工程造價的同時節(jié)約大量土地資源，實現低碳經濟發(fā)展；更為重要的是，產品使用的礦石國內蘊藏量最豐富，能真正把我國自主掌握的資源優(yōu)勢變成國家競爭力優(yōu)勢，最終轉變成經濟優(yōu)勢。開展本項目研究，對于電網建設具有重要意義。二、 國內外研究水平綜述復合材料在電力

6、行業(yè)中已經有了較為廣泛的應用，如輸電線路中使用的復合絕緣子、電站用空心、支柱復合絕緣子、帶電作業(yè)中使用的絕緣操作桿、絕緣支拉吊工具等。這些絕緣產品在應用前都經過了電氣、機械及相應的老化試驗，在干或濕狀態(tài)下的閃絡試驗、泄露電流試驗、機械老化試驗等方面都顯示出較好的特性。 國內尚未有66kV線路全復合桿塔投入應用，世界上僅美國、加拿大等國家在高壓領域采用了復合材料桿塔替代傳統(tǒng)的鐵塔。復合材料一般是指由樹脂和加強纖維兩種材料結合而成。加強纖維通常是玻璃鋼纖維，樹脂中主要為聚脂、乙烯脂、聚氨酯、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂。其中聚脂是制造行業(yè)的首選，約占市場的70%以上，但聚脂的強度和抗沖擊能力最小。復合橫擔及

7、構架具有重量輕、結構簡單、安裝方便、絕緣性能好、發(fā)生碰撞事故時可吸收能量以避免事故擴大等優(yōu)點。 加拿大RS技術公司從1995年開始復合材料研究，2003年研制出復合材料桿塔并完成電氣試驗和雷電、操作沖擊閃絡電壓試驗，通過試驗表現出強度高、重量輕、絕緣性能好、應力-質量比大、沖擊鉆空無龜裂、使用壽命長、綠色環(huán)保等特點。根據輸變電線路運行要求，可加工成60m及以下高度的桿塔。試驗結果顯示出較好的電氣及機械性能，具有一定的應用前景。本課題將以國產復合材料為原型，對復合材料的電氣、機械物理力學性能進行全面考核及驗證，對新型復合材料桿塔結構形式、力學和電氣性能進行研究并試驗驗證，最終應用于實際工程三、

8、項目的理論和實踐依據目前66kV線路全復合桿塔未形成完整的理論體系，在國內也未得到應用。2009年，神馬公司桿塔研究團隊承接了國家電網±660kV葛滬直流改造工程中±500kV接地極復合桿塔及變電構架的研究，并成功掛網運行；江蘇省電力公司220kV茅薔線復合橫擔的研究并掛網運行等復合桿塔項目。通過本項目的實施，可以采用新技術、新材料、新工藝研發(fā)出資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的66kV輸電復合塔，并在全國率先實現整體工程“全復合化”，提高工程一次設備可靠性，降低工程建設和維護的碳排放量，節(jié)約土地征用。神馬公司結合實踐，分析總結出線路全復合桿塔的優(yōu)勢：1、性能更安全1）由于復合材料的

9、絕緣特性，可以杜絕線路因風擺產生的閃絡跳電事故；2）由于材料的憎水特性，可以減少桿塔的覆冰倒塔事故；3）由于材料的耐腐蝕和抗疲勞特性，可以實現桿塔的免維護，避免桿塔維護高空作業(yè)的危險。2、成本更經濟：1）對比傳統(tǒng)鐵塔高度降低了，寬度縮小了，塔身減小了，重量更輕了，所以成本造價及運輸、安裝成本降低15%以上；2）實現規(guī)?；a后，由于其優(yōu)異的材料特性，復合桿塔全壽命周期內的成本為傳統(tǒng)鐵塔的60%。3、安裝運輸方便：由于材料特性，設計合理的桿塔重量為鐵塔的三分之一，運輸安裝便利4、資源更節(jié)約：1）由于復合材料的絕緣特性，與傳統(tǒng)鐵塔相比，線路走廊可以減少三分之一，能夠大量節(jié)約土地資源。2）由于傳統(tǒng)的

10、鐵塔原材料為鐵礦石，為不可再生資源，且需要大量進口，并受制于人。復合桿塔原材料為二氧化硅礦石，中國蘊藏量世界第一。5、環(huán)境更友好：1）由于材料和制品的加工特性，與傳統(tǒng)鐵塔相比生產所需的能耗大為降低，也避免了鐵塔在加工過程中的鍍鋅工藝帶來的環(huán)境污染。2）由于材料的加工工藝和顏色可調，能夠美化環(huán)境；本項目的技術關鍵和難點在于：1、66kV線路全復合桿塔結構型式；2、66kV線路全復合桿塔的材料選型；3、覆冰、風載等荷載計算；4、規(guī)范66kV線路全復合桿塔絕緣水平；5、對復合桿塔材料配置深化研究，提出設計原則；6、對66kV線路全復合桿塔型式，提出設計原則；7、不同樹脂體系和玻璃鋼配方對應不同機械性

11、能要求；8、避雷線的設計與布置。四、 項目研究內容和實施方案1、本項目研究總體思路：1）完成復合材料選型，確定復合桿塔結構型式和導地線布置。2) 完成復合桿塔結構布材和計算分析。3）深入研究復合桿塔的設計相關問題，并在導則中明確規(guī)定。4) 研究復合桿塔運行中出現的設計相關問題，并在導則中明確規(guī)定。5）研究國網公司“兩型一化”、差異化等建設要求，在深化研究中予以落實。2、本項目的實施內容如下：1）以近年來66kV變電工程的設計經驗和研究成果形成的規(guī)范為基礎，完成66kV復合桿塔材料選型，并完成相關的材料基礎性研究2）確定復合桿塔結構型式和導地線布置。3）完成復合桿塔結構布材和計算分析,針對66k

12、V復合桿塔變形、連接節(jié)點設計等問題進行深入細化研究，并確保設計滿足運行要求。4）近年來66kV變電工程的設計經驗和研究成果形成的規(guī)范完成復合桿塔相關的試驗驗證；5）將復合桿塔應用于延邊和龍66kV西山變電站新建工程的66kV西山甲乙線上，對復合桿塔試驗結果進行總結，完成項目驗收。3、項目具體實施分工如下：供電公司總體負責項目的實施和組織管理，協(xié)調各項目的進度，匯總各單位研究內容，并組織驗收工作。供電公司負責科技成果的梳理和總結、施工及運行中的設計相關問題的匯總及整理、，并提出設計優(yōu)化意見;延邊電力設計院負責技術規(guī)定的深化研究和差異化研究，包括總平面布置、污穢系列、海拔系列等。神馬公司負責具體的

13、材料基礎性研究，方案的執(zhí)行，試品生產。五、 預期目標和成果形式1、項目研究預期達到的目標：通過本研究以及形成的技術規(guī)定，規(guī)范66kV變電站主要設計原則和有關技術參數的選擇，為差異化設計、合理確定工程投資創(chuàng)造條件。在延邊和龍66kV西山甲乙線新建工程中應用復合桿塔，線路全長5.5公里，試驗線路用在市區(qū)開發(fā)區(qū)內1公里。2、項目的成果形式：項目完成后提交復合材料性能試驗報告、構件性能試驗報告、66kV復合桿塔工程應用研究，申報發(fā)明專利1項、實用新型專利5項，形成66kV復合桿塔產品標準1項。六、 合作單位或依托工程單位落實情況主要合作單位是江蘇（神馬）復合電力裝備研究院。七、 項目承擔單位的條件1

14、項目負責人 項 目負 責 人姓名孔繁輝單位延邊電力勘察設計有限責任公司性別男年齡46專業(yè)電氣職稱高級工程師2 項目研究人員姓名所在單位年齡職稱崗位從事專業(yè)本項目職責孔繁輝延邊電力勘察設計院46高級工程師院長電氣總協(xié)調張學軍延邊供電公司40工程師基建部主任土建項目實施關富元延邊供電公司28助 工專工送電專業(yè)負責人金俊杰延邊電力勘察設計院44工程師副院長送電專業(yè)負責人嚴永吉延邊電力勘察設計院48工程師專工送電專業(yè)負責人初占明延邊電力勘察設計院55工程師送電主任送電專業(yè)負責人朱勇江蘇?。ㄉ耨R）復合電力裝備研究院35高級工程師副總工高電壓與絕緣技術專業(yè)負責人張周吉江蘇?。ㄉ耨R）復合電力裝備研究院65高

15、級工程師研究員機械設計專業(yè)負責人張曉容江蘇?。ㄉ耨R）復合電力裝備研究院45高級工程師研究員高分子材料專業(yè)負責人趙曉靜江蘇?。ㄉ耨R）復合電力裝備研究院31工程師研究員復合材料專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人專業(yè)負責人3 實驗室條件神馬公司擁有電氣性能檢測平臺、機械性能檢測平臺、密封性能檢測平臺、材料試驗室，現有科研用房5000，其中：實驗室2000，高壓檢測大廳2000，其他配套用房1000，保障設施齊全。電氣性能檢測平臺擁有沖擊試驗裝置、試驗變壓器、電壓測試儀等設備18臺（套）；機械性能檢測中心擁有沖擊試驗機、維卡溫度測定儀、脆性測試試

16、驗機等設備14臺（套）。密封性能檢測平臺擁有六氟化硫氣體檢漏儀、SF6氣體回收凈化充放裝置、試驗密封裝置等設備21臺（套）。材料試驗室擁有環(huán)氧樹脂注射機、高溫恒溫試驗箱、硫化儀、智能型無轉子硫化儀等設備32臺（套）。公司整體檢測能力、試驗能力處于同行業(yè)領先地位，為產品的持續(xù)創(chuàng)新和研發(fā)提供了技術支撐。該團隊在近年特高壓1000kV空心復合絕緣子、±800kV支柱復合絕緣子、全系列線路復合絕緣子的開發(fā)中做出了大量的基礎性研究，為后續(xù)復合桿塔的研制打下堅實的技術基礎。紫外老化試驗機疝燈老化試驗機化學分析室物理電性能實驗室老化烘箱酸度計門尼粘度儀旋轉粘度儀通風櫥脆性溫度試驗機高低溫試驗箱DS

17、CJTGN-5kVA/50kV工頻耐壓試驗系統(tǒng)水平垂直燃燒測定儀電子拉力機萬能電子拉力機交直流漏電起痕試驗裝置無轉子硫化儀示差掃描量熱儀自動電位滴定儀4 理論研究環(huán)境延邊供電公司：位于祖國東北邊陲，中、朝、俄三國交界處的延邊朝鮮族自治州首府延吉市，是吉林省電力有限公司所屬的國家中型一類供電企業(yè)。截止2009年11月末，公司擁有固定資產原值25.38億元。公司下設34個二級機構，員工1500人。所轄延邊地區(qū)8個縣市級地區(qū)，售電量30.5億千瓦時。公司在衛(wèi)冕“全國文明單位”的同時，先后榮獲全國“安康杯”競賽優(yōu)勝企業(yè)、“吉林省勞動模范集體”、“吉林省和諧勞動關系十佳模范企業(yè)”、“吉林省職工職業(yè)道德建

18、設十佳單位”和“延邊州先進基層黨組織標兵”等多項殊榮。神馬公司：系科技部火炬計劃重點高科技企業(yè)、江蘇省重點高新技術企業(yè)、江蘇省百強名營企業(yè)。公司以解決行業(yè)問題、振興名族裝備為己任，不斷通過自主創(chuàng)新解決行業(yè)難題。企業(yè)依靠自主創(chuàng)新，已經發(fā)展成為國際領先的輸變電橡膠件和復合絕緣子制造企業(yè)，在全球范圍內享有極高聲譽。在復合材料設計、加工成型等方面具有巨大的技術優(yōu)勢，目前已經承接了國家電網±660kV葛滬直流改造工程中接地極復合桿塔及變電構架的研究，并成功掛網運行；江蘇省電力公司220kV茅薔線復合橫擔的研究并掛網運行等復合桿塔項目。八、 項目的進度安排序號時間段內 容12010年10月-2010年12月完成項目調研、大綱編寫22011年1月-2011年2月完成材料性能基礎性研究，連接結構方案確定32011年3月-2011年5月確認復合桿塔設計方案，完成試品結構設計42011年6月-201