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FRP 材料的新型輸電桿塔研究現狀

 

輸電線路桿塔是架空輸電線路中最重要的組成部分之一,其結構性能直接影響線路的安全性、經濟性和可靠性。長期以來,國內外使用較為廣泛的輸電線路桿塔主要有木質桿、混凝土或預應力混凝土桿、鋼筋混凝土桿、鋼管桿和鐵塔等幾類。傳統的輸電桿塔普遍存在質量重、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷,耐久性差,使用壽命較短,施工運輸和運行維護困難,容易出現各種安全隱患。
近十幾年來,國際上已廣泛應用高性能纖維增強復合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡稱 FRP),其最顯著的特性為[2]:抗腐蝕能力強,即耐久性好;具有很高的材料抗拉強度,且自重小;彈性變形能力和抗疲勞能力強。文獻[3]研究表明 FRP 材料的強度一般至少是鋼材的 2 倍,甚至可高達 10 倍,而其重量僅為鋼材的 20%。顯然,用 FRP 替代傳統輸電桿塔材料,能明顯改善上述傳統輸電桿塔存在的各類問題。同時,用 FRP 制作的桿塔各構件相互之間或構件與地之間相互絕緣,可以減少絕緣子的使用或不使用絕緣子,從而降低甚至杜絕絕緣子污閃的發生。
目前,國內輸電桿塔的研究主要集中在高電壓等級下桁架式結構鐵塔的可靠性方面,對其替代材料研究甚少[4]。在電力建設方面,FRP 主要應用于高壓復合絕緣子[5]和電廠廢氣監測系統[6],目前尚未有使用 FRP 材料制造桿塔的相關報告,僅國網電力科學研究院(武漢)嘗試進行了部分預研工作[7]。
國外根據 FRP 的優異性能,在電力建設方面對其進行了廣泛應用,如高壓復合絕緣子[5]、路燈燈桿[8]、發電廠導水管[9]和風力發電機的葉片[10]等。
文獻[11]最早探討了 FRP 在輸電桿塔中應用,嘗試用 FRP 材料作為桿塔橫擔的一部分進行放電試驗,發現 FRP 具有良好的耐弧特性。1992 年,美國在制定發展計劃中提出用復合材料裝配構成桿塔,文獻[12]提出了用 FRP 制的電桿代替傳統木制電桿的思想。文獻[13]在同樣桿塔尺寸的情況下從經濟角度比較了鋼和 FRP 材料,提出了在經濟性上應該大力發展 FRP 桿塔的觀點。然而,對于 FRP 應用于輸電桿塔的科學研究仍然甚少,特別是用 FRP 材料
制造的桿塔的樣式、尺寸、機械性能和電氣性能都匱乏相關的科研文獻。


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