（接第四部分）
2.2 复合材料输电杆塔
随着国家电 的发展，线路工程呈现出长距离、规模化、大型化的趋势，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。
复合材料杆塔用于输电线路可以节约钢材，减少对矿产资源的破坏，保护环境；利用复合材料的绝缘性，不仅易于解决输电线路的风偏和污闪事故，提高线路安全运行水平，同时还可以减小塔头尺寸，减少走廊宽度；杆塔轻便，易加工成型的特点，可以大幅度地降低杆塔的运输和组装成本；杆塔的耐腐蚀、耐高低温、强度大、被盗可能性小的特点，可降低线路的维护成本；同时由于杆塔颜色可调、无毒害、 废后可再利用，还增强了线路的环境友好性。因此复合材料在一定程度上是建造输电杆塔结构的理想材料之一，将复合材料杆塔在输电线路工程上推广应用，具有重要的社会意义和经济效益。
2.2.1 国外研究概况
复合材料杆塔已经在欧美已得到广泛应用，其中研究开发和应用最为成熟的是美国。美国各大输配电公司对复合材料杆表现出浓厚的兴趣，各制造企业也积极研制开发出各种复合材料杆。美国Ebert Composites公司、Powertrusion Composites公司、Shakespear公司、North Pacific公司和CTC公司等制品厂家都开发了自己的复合材料杆产品如图24所示：
图24 南加州爱迪生公司建造的115kV复合输电杆
图25 运行中的69kV交叉线路复合输电杆
图26 复合输电杆的运输吊装
图26中展示的FRP杆最长可达80英尺（27.84m），底部直径为24.38英寸（619cm），重量为1350磅（611.5kg），适用于110kV及以下电压等级的输电线路。
另外，由于复合材料质的轻质特性，对于复杂的地形条件，其还可采用直升机运输的方式送抵指定塔位，如图27所示：
图27 直升机正在吊装复合输电杆
一些公司还开发应用了型材组装的复合材料输电塔，1992年，美国提出了一项新的研究计划，由复合材料采用无螺栓装配来构建杆塔。它由Ebert Composites公司与加利福尼亚两家供电公司（圣地亚哥煤气电力公司（SDGE）和南加利福尼亚爱迪生公司（SCE））一道开发。该计划也得到了美国电科院（ERPI）的技术支持。1996年3月，在加利福尼亚奥克斯纳德的奥蒙德比奇发电站一条已建成的220千伏线路上安装了三基试验杆塔，如图28所示：
图28 格构式复合材料杆塔及其节点连接方式
除美国在复合材料杆塔领域取得的显著成绩外，加拿大的RS公司也研发了独特设计的复合材料杆塔，其具有重量轻和安装方便的特点，被南加州爱迪生公司的“未来电路”项目选中，该项目是美国最先进的近傍电力线路。除此之外，荷兰Movares工程咨询公司2005年完成了荷兰电 一条1.5公里380/150kV试验线路的方案设计，该方案旨在利用复合材料杆塔的电气绝缘性能以改善输电线路电磁场对环境的影响。该项目曾一度受到欧盟重视。Exel Compsites国际集团（分部主要在澳大利亚、奥地利、比利时、芬兰、德国、英国）针对电 应用实际情况研制了复合材料杆塔，集团成立了专门的部门进行市场运作。意大利Topglass Composites公司也生产了复合材料杆结构，并且已经实现了商品产业化应用于路灯。
2.2.2 国内研究概况
我国在20世纪50年代就对复合材料杆进行过研究，但由于当时的材料性能和制造工艺方面的原因，尚不能满足输电杆塔所要求的一些性能指标，因此未能得到推广使用，电力行业和各制品研究开发与生产单位也未对复合材料杆产品给予足够的重视。近年来，由于复合材料具有的明显优势逐步显露出来，尤其是其比强度和比模量高于金属钢材数倍，轻质特性非常适合山区的运输和组装，因此对于复合材料杆塔工程实践的需求已经显得非常迫切，国内的相关专业机构对复合材料杆塔研究的重视程度和积极性越来越高。
自2009年6月，国家电 公司基建部牵头召开了第一次“复合材料杆塔项目启动会”，各参与单位先后落实了复合材料杆塔应用的试点工程及与之合作的复合材料产品商。项目共设立8个试点工程，电压等级涵盖10kV、35kV、110kV以及220kV四个电压等级。其中110kV、220kV仅应用在横担上，利用其绝缘性缩减走廊宽度。按照国 296号文件，复合材料杆塔任务如下：
1）北京玻璃钢研究设计院承担山东电力公司的35kV全复合材料杆、上海电力公司110KV复合材料绝缘横担（2010年底增加220KV复合材料绝缘横担）、天津电力公司110KV复合材料格构横担、110KV防覆冰复合材料格构塔头的研究与研制任务；
2）航天703所承担10kV全复合材料杆研制任务；
3）鞍山远达公司承担浙江电力公司的110KV复合材料格构横担研制任务；
4）秦川电力器材厂承担北京电力公司与福建电力公司的110KV复合材料格构横担与绝缘横担研制任务；
5）神马电力科技公司与常熟铁塔厂承担江苏电力公司220KV复合材料绝缘横担的研制任务。
截止目前，10kV、35kV、110kV以及220kV四个电压等级的复合材料杆塔与绝缘横担已经在工程线路中通电运行。2011年6月，复合材料杆塔应用研究项目通过国 验收。
在研制过程中，由国家电 公司牵头，国 电科院及中国电科院负责，起草了针对复合材料在输电杆塔应用的试验大纲。各参与单位根据试点工程情况选择测试项目，测试包括：材料基本力学性能测试、腐蚀老化性能测试、材料电气性能测试、构件真型试验、结构真型试验以及防雷接地性能测试，并制定了《复合材料杆塔技术条件》与《复合材料杆塔设计导则》的讨论稿，并在进一步完善中。
图29 同塔双回路220KV复合材料绝缘横担（上海电力公司、北玻院研制，线路走廊减少5米）
图30 格构式复合材料杆塔真型试验
图31 北玻院研发的35Kv复合材料整体杆已于2010年底挂线运行
图32 单杆式复合材料杆塔真型试验
图33 复合材料杆塔试验件
图34 复合材料杆塔雷击试验
2.2.3 存在的问题
但我们也应该清楚地认识到，一直以来复合材料在我国主要作为功能性材料或受力较小的构件，将其应用于输电杆塔中还存在以下技术瓶颈：
（1）材料弹性模量低，尽管复合材料具有质轻高强的特性，但其弹性模量仅为钢材的1/5，造成在较大的荷载下结构挠度较大；
（2）材料不宜打孔，不能采用传统的螺栓连接方式，造成其节点连接复杂；
（3）生产成本较高，尽管复合材料的生产工艺在翻新，但与钢杆相比，其建设成本在3倍以上，即便考虑到日后维护少、使用寿命长等优势，综合全寿命比较，其费用仍然偏高。
2.2.4 复合材料杆塔的主要成型工艺
复合材料杆塔的主要成型工艺是缠绕成型和拉挤成型（用的较少）两种：
图35 复合材料杆塔缠绕成型
图36 复合材料杆塔缠绕成型
图37 复合材料杆塔拉挤成型
2.2.5 目前的主要研究方向
复合材料电杆在40多年以前已有研究，但当年主要是树脂基玻璃纤维复合材料电杆，树脂一般采用综合性能较好的环氧树脂固化体系为基体材料，采用连续纤维缠绕成型工艺，成本较高，由于工艺技术和树脂配方问题导致抗老化性能差，寿命短，未能在实际工程线路中得到实际应用。
随着树脂和纤维材料性能的改进和制造技术的进步，复合材料电杆重新受到世界各国输电行业的重视，新型电杆在基体树脂中添加了抗老化成分，以碳纤维和玻璃纤维或混杂纤维作为增强材料，采用拉挤或缠绕成型工艺进行生产，材料性能得到提高，成本也已大幅降低。
三，结束语
以下是自己的建议，仅供参考：
1）在石油化工领域，建议以管道为切入点，因为管道成形工艺相对简单（缠绕、拉挤、离心浇筑），机械化程度也高，易于掌握。且管道对耐腐蚀性要求较高，而耐腐蚀性通过树脂体现出来，正好可以发挥我们在树脂方面的特长。
抽油杆虽然也是拉挤成型，但是垄断行业的入门规则和程序可能比较复杂。
2）在能源及配套产业方面，建议以复合材料杆塔为切入点，理由同上。风电行业市场潜力大，应积极介入，但风电产业初期投资巨大，对设备和人员要求较高，需要有一定的心理准备。
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