66千伏復(fù)合桿塔技術(shù)最后

1、2011年依托工程基建新技術(shù)研究項目可行性研究報告項目名稱：66千伏復(fù)合桿塔的技術(shù)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：申請日期：2011年1月28日 一、 目的和意義電網(wǎng)是關(guān)系國民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)，為了應(yīng)對日益嚴(yán)峻的資源和環(huán)境壓力，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高運行能力，滿足結(jié)構(gòu)能源調(diào)整的需要，發(fā)展智能電網(wǎng)已成趨勢。我國也明確了發(fā)展智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略，并強(qiáng)調(diào)智能電網(wǎng)首先必須是堅強(qiáng)的電網(wǎng)。當(dāng)前，國內(nèi)外輸電桿塔主要有鋼材、混凝土和木質(zhì)三種材質(zhì)，鋼鐵塔已逐漸成為主流，變電構(gòu)架僅有鋼鐵結(jié)構(gòu)。多年運行證明三種材質(zhì)各有缺陷：鋼

2、材是電導(dǎo)體，質(zhì)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(zhì)量比鋼材更重，且易受環(huán)境影響；木質(zhì)桿塔需要進(jìn)行化學(xué)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(jīng)限制使用。由于復(fù)合材料電絕緣性能好，且重量輕、強(qiáng)度高、耐疲勞、耐腐蝕、加工成型方便、易維護(hù)、耐久性能好，被各國認(rèn)為是替代現(xiàn)有桿塔材質(zhì)的最理想材料。美國、瑞士等國已經(jīng)研制出試品，但因為工藝缺陷，產(chǎn)品造價昂貴，無法滿足產(chǎn)業(yè)化要求。我國在20世紀(jì)50年代已經(jīng)開始對復(fù)合材料進(jìn)行過研究，但由于材料性能和制造工藝限制，復(fù)合桿塔一直未能取得重要突破。隨著電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷發(fā)展，變電站將越來越多，變

3、電站構(gòu)架、鐵塔對鋼材的需求也越來越大，不僅消耗了大量的礦產(chǎn)資源，并且在鋼材的生產(chǎn)和加工過程中造成生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重污染。目前現(xiàn)有的66kV變電站構(gòu)架和桿塔均采用全鋼制結(jié)構(gòu)，鋼材存在質(zhì)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(hù)困難等問題；復(fù)合材料由于有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、加工容易、可設(shè)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(yīng)用所親睞。隨著復(fù)合材料技術(shù)及其制造工藝的發(fā)展，66kV桿塔采用復(fù)合材料已成為可能。復(fù)合桿塔用于變電工程可以節(jié)約大量的鋼材，并且利用復(fù)合材料的絕緣性，不僅易于解決風(fēng)偏和污閃事故，提高變電站安全運行水平，同時還可以減小構(gòu)架尺寸、走廊

4、寬度，復(fù)合材料輕便，易加工成型的特點，可以大幅度地降低構(gòu)架及橫擔(dān)的運輸和組裝成本；材料的耐腐蝕、耐高低溫、強(qiáng)度大的特點，可降低線路的維護(hù)成本；同時由于復(fù)合材料顏色可調(diào)、無毒害、報廢后可再利用，還增強(qiáng)了線路的環(huán)境友好性。隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)與管理的發(fā)展，人們越來越傾向于采用包括運行維護(hù)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)全壽命過程的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及環(huán)境影響等綜合指標(biāo)來評價輸電桿塔及變電構(gòu)架結(jié)構(gòu)。隨著輸電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，輸電桿塔及變電站構(gòu)架結(jié)構(gòu)的運行維護(hù)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(xiàn)，復(fù)合桿塔在全壽命使用期內(nèi)的年平均成本最低，顯示出良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。由此可見，復(fù)合桿塔具有更好的綜合性

5、能，在材料性能滿足要求的基礎(chǔ)上，通過合理的設(shè)計，將復(fù)合桿塔用于變電工程，技術(shù)可行先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并有利于環(huán)保，符合建設(shè)“兩型一化”輸變電工程的指導(dǎo)思想。通過研究輸電復(fù)合桿塔，我國將在該領(lǐng)域占據(jù)國際制高點。實現(xiàn)項目產(chǎn)品在全球市場范圍內(nèi)的革命性替代，將有效提升電網(wǎng)安全性能，大幅削減風(fēng)擺閃絡(luò)、覆冰倒塔等事故損失和維護(hù)費用，大幅降低工程造價的同時節(jié)約大量土地資源，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展；更為重要的是，產(chǎn)品使用的礦石國內(nèi)蘊(yùn)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(zhuǎn)變成經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。開展本項目研究，對于電網(wǎng)建設(shè)具有重要意義。二、 國內(nèi)外研究水平綜述復(fù)合材料在電力行業(yè)中已經(jīng)有了較為廣泛的

6、應(yīng)用，如輸電線路中使用的復(fù)合絕緣子、電站用空心、支柱復(fù)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(chǎn)品在應(yīng)用前都經(jīng)過了電氣、機(jī)械及相應(yīng)的老化試驗，在干或濕狀態(tài)下的閃絡(luò)試驗、泄露電流試驗、機(jī)械老化試驗等方面都顯示出較好的特性。 國內(nèi)尚未有66kV線路全復(fù)合桿塔投入應(yīng)用，世界上僅美國、加拿大等國家在高壓領(lǐng)域采用了復(fù)合材料桿塔替代傳統(tǒng)的鐵塔。復(fù)合材料一般是指由樹脂和加強(qiáng)纖維兩種材料結(jié)合而成。加強(qiáng)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(qiáng)度和抗沖擊能力最小。復(fù)合橫擔(dān)及構(gòu)架具有重量輕、結(jié)構(gòu)簡單

7、、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(kuò)大等優(yōu)點。 加拿大RS技術(shù)公司從1995年開始復(fù)合材料研究，2003年研制出復(fù)合材料桿塔并完成電氣試驗和雷電、操作沖擊閃絡(luò)電壓試驗，通過試驗表現(xiàn)出強(qiáng)度高、重量輕、絕緣性能好、應(yīng)力-質(zhì)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(jù)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(jié)果顯示出較好的電氣及機(jī)械性能，具有一定的應(yīng)用前景。本課題將以國產(chǎn)復(fù)合材料為原型，對復(fù)合材料的電氣、機(jī)械物理力學(xué)性能進(jìn)行全面考核及驗證，對新型復(fù)合材料桿塔結(jié)構(gòu)形式、力學(xué)和電氣性能進(jìn)行研究并試驗驗證，最終應(yīng)用于實際工程三、 項目的理論和實踐依據(jù)目前

8、66kV線路全復(fù)合桿塔未形成完整的理論體系，在國內(nèi)也未得到應(yīng)用。2009年，神馬公司桿塔研究團(tuán)隊承接了國家電網(wǎng)±660kV葛滬直流改造工程中±500kV接地極復(fù)合桿塔及變電構(gòu)架的研究，并成功掛網(wǎng)運行；江蘇省電力公司220kV茅薔線復(fù)合橫擔(dān)的研究并掛網(wǎng)運行等復(fù)合桿塔項目。通過本項目的實施，可以采用新技術(shù)、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(fù)合塔，并在全國率先實現(xiàn)整體工程“全復(fù)合化”，提高工程一次設(shè)備可靠性，降低工程建設(shè)和維護(hù)的碳排放量，節(jié)約土地征用。神馬公司結(jié)合實踐，分析總結(jié)出線路全復(fù)合桿塔的優(yōu)勢：1、性能更安全1）由于復(fù)合材料的絕緣特性，可以杜絕線路因

9、風(fēng)擺產(chǎn)生的閃絡(luò)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(xiàn)桿塔的免維護(hù)，避免桿塔維護(hù)高空作業(yè)的危險。2、成本更經(jīng)濟(jì)：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(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)后，由于其優(yōu)異的材料特性，復(fù)合桿塔全壽命周期內(nèi)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(shè)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(fù)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)的鐵塔原材料為鐵礦石，為不

10、可再生資源，且需要大量進(jìn)口，并受制于人。復(fù)合桿塔原材料為二氧化硅礦石，中國蘊(yùn)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(chǎn)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(diào)，能夠美化環(huán)境；本項目的技術(shù)關(guān)鍵和難點在于：1、66kV線路全復(fù)合桿塔結(jié)構(gòu)型式；2、66kV線路全復(fù)合桿塔的材料選型；3、覆冰、風(fēng)載等荷載計算；4、規(guī)范66kV線路全復(fù)合桿塔絕緣水平；5、對復(fù)合桿塔材料配置深化研究，提出設(shè)計原則；6、對66kV線路全復(fù)合桿塔型式，提出設(shè)計原則；7、不同樹脂體系和玻璃鋼配方對應(yīng)不同機(jī)械性能要求；8、避雷線的設(shè)計

11、與布置。四、 項目研究內(nèi)容和實施方案1、本項目研究總體思路：1）完成復(fù)合材料選型，確定復(fù)合桿塔結(jié)構(gòu)型式和導(dǎo)地線布置。2) 完成復(fù)合桿塔結(jié)構(gòu)布材和計算分析。3）深入研究復(fù)合桿塔的設(shè)計相關(guān)問題，并在導(dǎo)則中明確規(guī)定。4) 研究復(fù)合桿塔運行中出現(xiàn)的設(shè)計相關(guān)問題，并在導(dǎo)則中明確規(guī)定。5）研究國網(wǎng)公司“兩型一化”、差異化等建設(shè)要求，在深化研究中予以落實。2、本項目的實施內(nèi)容如下：1）以近年來66kV變電工程的設(shè)計經(jīng)驗和研究成果形成的規(guī)范為基礎(chǔ)，完成66kV復(fù)合桿塔材料選型，并完成相關(guān)的材料基礎(chǔ)性研究2）確定復(fù)合桿塔結(jié)構(gòu)型式和導(dǎo)地線布置。3）完成復(fù)合桿塔結(jié)構(gòu)布材和計算分析,針對66kV復(fù)合桿塔變形、連接節(jié)點

12、設(shè)計等問題進(jìn)行深入細(xì)化研究，并確保設(shè)計滿足運行要求。4）近年來66kV變電工程的設(shè)計經(jīng)驗和研究成果形成的規(guī)范完成復(fù)合桿塔相關(guān)的試驗驗證；5）將復(fù)合桿塔應(yīng)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(fù)合桿塔試驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)，完成項目驗收。3、項目具體實施分工如下：供電公司總體負(fù)責(zé)項目的實施和組織管理，協(xié)調(diào)各項目的進(jìn)度，匯總各單位研究內(nèi)容，并組織驗收工作。供電公司負(fù)責(zé)科技成果的梳理和總結(jié)、施工及運行中的設(shè)計相關(guān)問題的匯總及整理、，并提出設(shè)計優(yōu)化意見;延邊電力設(shè)計院負(fù)責(zé)技術(shù)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(fù)責(zé)具體的材料基礎(chǔ)性研究，方案的執(zhí)

13、行，試品生產(chǎn)。五、 預(yù)期目標(biāo)和成果形式1、項目研究預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：通過本研究以及形成的技術(shù)規(guī)定，規(guī)范66kV變電站主要設(shè)計原則和有關(guān)技術(shù)參數(shù)的選擇，為差異化設(shè)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(yīng)用復(fù)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(nèi)1公里。2、項目的成果形式：項目完成后提交復(fù)合材料性能試驗報告、構(gòu)件性能試驗報告、66kV復(fù)合桿塔工程應(yīng)用研究，申報發(fā)明專利1項、實用新型專利5項，形成66kV復(fù)合桿塔產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)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(fù)合電力裝備研究院。七、 項目承擔(dān)單位的條件1 項目負(fù)責(zé)人 項 目負(fù) 責(zé)

14、 人姓名孔繁輝單位延邊電力勘察設(shè)計有限責(zé)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(zé)孔繁輝延邊電力勘察設(shè)計院46高級工程師院長電氣總協(xié)調(diào)張學(xué)軍延邊供電公司40工程師基建部主任土建項目實施關(guān)富元延邊供電公司28助 工專工送電專業(yè)負(fù)責(zé)人金俊杰延邊電力勘察設(shè)計院44工程師副院長送電專業(yè)負(fù)責(zé)人嚴(yán)永吉延邊電力勘察設(shè)計院48工程師專工送電專業(yè)負(fù)責(zé)人初占明延邊電力勘察設(shè)計院55工程師送電主任送電專業(yè)負(fù)責(zé)人朱勇江蘇?。ㄉ耨R）復(fù)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(shù)專業(yè)負(fù)責(zé)人張周吉江蘇省（神馬）復(fù)合電力裝備研究院65高級工程師研究員機(jī)械設(shè)計專

15、業(yè)負(fù)責(zé)人張曉容江蘇?。ㄉ耨R）復(fù)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(fù)責(zé)人趙曉靜江蘇?。ㄉ耨R）復(fù)合電力裝備研究院31工程師研究員復(fù)合材料專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人專業(yè)負(fù)責(zé)人3 實驗室條件神馬公司擁有電氣性能檢測平臺、機(jī)械性能檢測平臺、密封性能檢測平臺、材料試驗室，現(xiàn)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(shè)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(shè)備18臺（套）；機(jī)械性能檢測中心擁有沖擊試驗機(jī)、維卡溫度測定儀、脆性測試試驗機(jī)等設(shè)備14臺（套）。

16、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(shè)備21臺（套）。材料試驗室擁有環(huán)氧樹脂注射機(jī)、高溫恒溫試驗箱、硫化儀、智能型無轉(zhuǎn)子硫化儀等設(shè)備32臺（套）。公司整體檢測能力、試驗?zāi)芰μ幱谕袠I(yè)領(lǐng)先地位，為產(chǎn)品的持續(xù)創(chuàng)新和研發(fā)提供了技術(shù)支撐。該團(tuán)隊在近年特高壓1000kV空心復(fù)合絕緣子、±800kV支柱復(fù)合絕緣子、全系列線路復(fù)合絕緣子的開發(fā)中做出了大量的基礎(chǔ)性研究，為后續(xù)復(fù)合桿塔的研制打下堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。紫外老化試驗機(jī)疝燈老化試驗機(jī)化學(xué)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(zhuǎn)粘度儀通風(fēng)櫥脆性溫度試驗機(jī)高低溫試驗箱DSCJTGN-5kVA/5

17、0kV工頻耐壓試驗系統(tǒng)水平垂直燃燒測定儀電子拉力機(jī)萬能電子拉力機(jī)交直流漏電起痕試驗裝置無轉(zhuǎn)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(chǎn)原值25.38億元。公司下設(shè)34個二級機(jī)構(gòu)，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(guān)系十佳模范企業(yè)”、“吉林省職工職業(yè)道德建設(shè)十佳單位”和“延邊州先

18、進(jìn)基層黨組織標(biāo)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(shù)企業(yè)、江蘇省百強(qiáng)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(jīng)發(fā)展成為國際領(lǐng)先的輸變電橡膠件和復(fù)合絕緣子制造企業(yè)，在全球范圍內(nèi)享有極高聲譽(yù)。在復(fù)合材料設(shè)計、加工成型等方面具有巨大的技術(shù)優(yōu)勢，目前已經(jīng)承接了國家電網(wǎng)±660kV葛滬直流改造工程中接地極復(fù)合桿塔及變電構(gòu)架的研究，并成功掛網(wǎng)運行；江蘇省電力公司220kV茅薔線復(fù)合橫擔(dān)的研究并掛網(wǎng)運行等復(fù)合桿塔項目。八、 項目的進(jìn)度安排序號時間段內(nèi) 容12010年10月-2010年12月完成項目調(diào)研、大綱編寫22011年1月-2011年2月完成材料性能基礎(chǔ)性研究，連接結(jié)構(gòu)方案確定32011年3月-2011年5月確認(rèn)復(fù)合桿塔設(shè)計方案，完成試品結(jié)構(gòu)設(shè)計42011年6月-20