國網(wǎng)電科院試驗(yàn)匯總

項(xiàng)目編號:復(fù)合材料桿塔應(yīng)用研究材料基本性能及電氣性能試驗(yàn)階段研究報(bào)告國網(wǎng)電力科學(xué)研究院二零一零年五月目錄TOC\o"1-5"\h\z前言1主要研究內(nèi)容及目前完成情況22.1主要研究內(nèi)容22.2試驗(yàn)研究的目的與意義32.3目前進(jìn)度情況4試驗(yàn)結(jié)果53.1山東35kV工程53.2天津、湖南llOkV工程73.3上海110kV工程103.4浙江110kV工程123.5北京、福建110kV工程15復(fù)合材料覆冰試驗(yàn)16110kV塔頭操作沖擊試驗(yàn)17110kV塔頭帶電作業(yè)試驗(yàn)184試驗(yàn)結(jié)果初步分析19#1前言由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、絕緣性好、耐疲勞、耐腐蝕、加工成型方便、易維護(hù)等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近年更是得到了飛速發(fā)展。隨著樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步，生產(chǎn)能力普遍提高，使得玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已在許多行業(yè)得到了應(yīng)用。輸電線路中復(fù)合絕緣子和復(fù)合芯導(dǎo)線的成功運(yùn)行，使新型先進(jìn)材料與傳統(tǒng)電力行業(yè)實(shí)現(xiàn)了成功接軌。近年來，隨著走廊用地的日益緊張，部分地區(qū)的污穢和腐蝕程度的不斷加重，復(fù)合材料用于輸電桿塔的優(yōu)勢日益突顯。利用復(fù)合材料的良好的絕緣性、抗腐蝕性能、重量輕強(qiáng)度高等特點(diǎn)，不僅可以克服傳統(tǒng)的輸電桿塔普遍存在的質(zhì)量重、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，還可以增加桿塔絕緣間隙及絕緣爬距，提高線路的絕緣水平，還可以進(jìn)一步壓縮輸電線路走廊寬度，降低輸電線路建設(shè)及運(yùn)行維護(hù)成本。隨著國內(nèi)復(fù)合材料性能及工藝的不斷進(jìn)步，復(fù)合材料成本的進(jìn)一步降低，復(fù)合材料桿塔的研究與應(yīng)用條件已經(jīng)具備，盡快開展復(fù)合桿塔的研究和技術(shù)儲備對電網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行具有重要的意義。國外美國、加拿大等國家已經(jīng)開展了復(fù)合材料桿塔的應(yīng)用工作。1996年，美國公司和圣地亞哥煤氣電力公司(SDGE)和南加利福尼亞愛迪生公司(SCE)合作，針對南加利福尼亞海濱奧德比奇的一條220kV線路，開發(fā)了三基復(fù)合材料格構(gòu)式輸電塔，主要在海邊長期考核其耐腐蝕性能。加拿大的RS公司研究開發(fā)了獨(dú)特設(shè)計(jì)的復(fù)合材料桿塔，具有重量輕和安裝方便的特點(diǎn)，已經(jīng)在135kV及以下電壓等級線路上得到了應(yīng)用。荷蘭Movares工程咨詢公司2005年完成了荷蘭電網(wǎng)一條1.5公里380/150kV試驗(yàn)線路的方案設(shè)計(jì)，該方案旨在利用復(fù)合材料桿塔的電氣絕緣性能以改善輸電線路電磁場對環(huán)境的影響。通過對國外相關(guān)資料的收集及分析可知，國外采用復(fù)合材料，主要是利用其重量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕的特點(diǎn)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木材，以減少線路建設(shè)中的運(yùn)輸組裝成本，以及線路建設(shè)后的維護(hù)成本。同時(shí)，國外使用復(fù)合材料桿塔主要在低電壓等級及少雷區(qū)采用。如美國采用復(fù)合材料桿塔，主要是利用材料的耐腐蝕性，解決沿海地區(qū)桿塔腐蝕問題，加拿大采用復(fù)合材料，主要是利用材料及桿塔質(zhì)量輕和安裝方便的特點(diǎn)。在我國可針對各地區(qū)線路建設(shè)和運(yùn)行中存在的問題，利用復(fù)合材料的絕緣性、耐腐蝕性、輕便性等特點(diǎn)，達(dá)到節(jié)省線路走廊，降低線路建設(shè)征地費(fèi)用；提高線路絕緣水平，減少線路雷擊、污閃、覆冰等故障；以及提高線路耐腐蝕性能，減少線路維護(hù)費(fèi)用等。

2主要研究內(nèi)容及目前完成情況2.1主要研究內(nèi)容按照國網(wǎng)公司基建部統(tǒng)一部署，我院參與了復(fù)合材料桿塔試點(diǎn)工程的試驗(yàn)研究，詳見下表所示：表1-1承擔(dān)的復(fù)合材料試點(diǎn)工程試驗(yàn)內(nèi)容電壓等級35kVllOkV220kV工程單位山東天津、湖南上海浙江北京福建江蘇材料廠家北玻北玻北玻鞍山秦川秦川\材料基本性能▲▲▲\\\\電氣性能▲▲▲▲△△\防雷試驗(yàn)與計(jì)算▲▲▲▲▲▲▲△:界面和連接區(qū)試驗(yàn)。根據(jù)前期制定的國網(wǎng)公司《復(fù)合材料桿塔技術(shù)條件（初稿）》，我院承擔(dān)了基本材料性能試驗(yàn)、電氣性能試驗(yàn)、防雷試驗(yàn)與計(jì)算，詳細(xì)試驗(yàn)項(xiàng)目見表1-2。表1-2復(fù)合材料桿塔試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)類型試驗(yàn)項(xiàng)目參考標(biāo)準(zhǔn)基本材料性能密度GB/T1463拉升強(qiáng)度及模里GB1447壓縮強(qiáng)度及模量GB/T1448彎曲強(qiáng)度及模量GB1449剪切強(qiáng)度及模量GB1450.1纖維體積含量GB/T2577阻燃性能GB/T8924固化度GB/T2576熱膨脹系數(shù)GB/T2572電氣性能試驗(yàn)干、濕表面電阻率GB/T1410干、濕體積電阻率GB/T1410介電常數(shù)GB/T1409耐電痕化GB/T6553滲透試驗(yàn)GB/T19519水?dāng)U散試驗(yàn)GB/T19519界面和連接區(qū)試驗(yàn)（硅橡膠）GB/T19519lh淋雨GB/T13398lOOOh鹽霧GB/T19519工頻污穢GB/T4585操作沖擊GB/T16927.1帶電作業(yè)GB/T16927.1雷電試驗(yàn)及計(jì)算雷電沖擊GB/T16927.12.2試驗(yàn)研究的目的與意義（1）材料基本性能試驗(yàn)1）密度：復(fù)合材料的密度在一定程度上可反映復(fù)合材料的樹脂含量和空隙含量，密度的大小可影響其耐水性能，并且在一定程度上可降低其機(jī)械性能、耐老化性等，甚至影響復(fù)合材料桿塔的正常運(yùn)行和使用壽命。同時(shí)為桿塔在設(shè)計(jì)、造價(jià)計(jì)算等方面提供依據(jù)。2）強(qiáng)度及彈性模量：材料的強(qiáng)度及彈性模量是反映材料機(jī)械性能的重要指標(biāo)，與金屬不同，復(fù)合材料的機(jī)械性能呈各向異性，即不同受力方向，材料的強(qiáng)度及彈性模量是不同的。復(fù)合材料具有比強(qiáng)度高、比模量大、抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn)，用于承力結(jié)構(gòu)的樹脂基復(fù)合材料利用的是它的這種優(yōu)良的力學(xué)性能。復(fù)合桿塔在實(shí)際使用過程中，不僅需要承受高壓輸電線路的重量和自身重量，還要承受風(fēng)力等外界作用引起的線路舞動(dòng)等附加載荷，其荷載情況較為復(fù)雜。測定復(fù)合材料的強(qiáng)度及彈性模量等機(jī)械性能，對復(fù)合桿塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義，為其長周期安全使用的可靠性、穩(wěn)定性和壽命預(yù)測提供依據(jù)。3）纖維體積含量：纖維體積含量是決定纖維增強(qiáng)復(fù)合材料各項(xiàng)力學(xué)性能的一個(gè)重要參數(shù),對復(fù)合材料桿塔整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能具有決定性的作用。合理的纖維體積含量可以保證復(fù)合材料桿塔的穩(wěn)定運(yùn)行。4）阻燃性能：復(fù)合桿塔的安全性與復(fù)合材料的阻燃性密切相關(guān)，易燃性的復(fù)合材料在火災(zāi)中往往會加重火災(zāi)的程度，造成財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡。為了提高復(fù)合桿塔可靠的安全性，避免造成社會公害，必須進(jìn)行阻燃性測試。5）固化度：測定復(fù)合桿塔各結(jié)構(gòu)件用復(fù)合材料的不可溶分含量，復(fù)合材料中樹脂的固化程度直接影響復(fù)合材料性能,它是檢驗(yàn)玻璃鋼產(chǎn)品質(zhì)量的方法之一，固化度是檢驗(yàn)復(fù)合材料中樹脂的固化程度的一種方法。固化的產(chǎn)品其力學(xué)性能、耐腐蝕性能都好。同時(shí)固化度這一指標(biāo)對于工藝制度的選擇、樹脂配比的調(diào)整、產(chǎn)品質(zhì)量的評比具有一定意義。6）復(fù)合材料桿塔的綜合性能與復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)密切相關(guān)，熱膨脹系數(shù)是材料的主要物理性質(zhì)之一,它是衡量材料的熱穩(wěn)定性好壞的一個(gè)重要指標(biāo).從一定程度上影響著復(fù)合桿塔整體性能。提高材料的熱穩(wěn)定性降低材料的線膨脹系數(shù),可以提高材料的熱穩(wěn)定性、材料的強(qiáng)度,提高材料的使用安全性。（2）電氣性能1）電阻率：體積電阻的高低可以反映材料絕緣性能的好壞，體積電阻率能被用作選擇特定用途絕緣材料的一個(gè)參數(shù)。體積電阻率的測量常被用于檢查絕緣材料生產(chǎn)是否始終如一，或檢測能影響材料質(zhì)量的導(dǎo)電雜質(zhì)。表面電阻隨濕度變化很快，因此，表面電阻率是材料表面含有污染物質(zhì)時(shí)與材料特性有關(guān)的一個(gè)參數(shù)。雨水及潮濕的天氣會使材料的絕緣性下降，通過檢測復(fù)合材料在干、濕狀態(tài)下的表面電阻率和體積電阻率，可以考核復(fù)合材料的絕緣性。2）耐電痕化：復(fù)合材料在戶外及嚴(yán)酷環(huán)境中運(yùn)行往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染，在表面形成電解質(zhì)。在電場作用下，在聚合物表面出現(xiàn)一種特殊放電破壞現(xiàn)象—漏電起痕破壞現(xiàn)象，在表面形成不完全導(dǎo)電通道。在表面或接近表面的放電產(chǎn)生漏電痕跡的過程稱“電痕化”，而絕緣材料在放電作用下引起的蝕損稱為“電腐蝕”。通過試驗(yàn)測試復(fù)合材料在嚴(yán)酷環(huán)境下的耐電痕化能力，為復(fù)合材料用于絕緣爬電距離提供依據(jù)。3）滲透性能：可以測試復(fù)合材料材料性能及成型工藝等，避免材料及成型過程中存在氣隙，影響材料的絕緣性、機(jī)械強(qiáng)度等性能。4）水?dāng)U散：測試材料的耐水解性能。由液態(tài)或氣態(tài)形式的水滲透而產(chǎn)生的水解現(xiàn)象，可能在復(fù)合材料內(nèi)部發(fā)生，會導(dǎo)致材料電氣上或機(jī)械上的劣化。要求復(fù)合材料通過水煮后泄漏電流測試不增大，說明材料具有較好的耐水解性。5）1h淋雨試驗(yàn)：測試復(fù)合材料在淋雨?duì)顟B(tài)下的耐電蝕性能。復(fù)合材料在淋雨的時(shí)候，由于雨水的導(dǎo)電性，沿材料表面會有產(chǎn)生一定的泄漏電流，會引起材料產(chǎn)生電蝕及溫升。通過淋雨試驗(yàn)，要求復(fù)合材料具有一定在淋雨?duì)顟B(tài)下的耐電蝕能力。6）1000h鹽霧試驗(yàn)：模擬復(fù)合材料在嚴(yán)重污穢時(shí)，材料在漏電起痕及電蝕能力。復(fù)合材料在嚴(yán)重污穢下，由于表面存在電解質(zhì)，在電場作用下，在聚合物表面出現(xiàn)一種特殊放電破壞現(xiàn)象—漏電起痕破壞現(xiàn)象，在表面形成不完全導(dǎo)電通道。在表面或接近表面的放電產(chǎn)生漏電痕跡的過程稱“電痕化”，而絕緣材料在放電作用下引起的蝕損稱為“電腐蝕”。此試驗(yàn)是通過模擬嚴(yán)重污穢試驗(yàn)，測試材料的耐電腐蝕能力。7）操作沖擊、雷電沖擊、帶電作業(yè)距離放電試驗(yàn)：輸電線路桿塔塔頭相地間空氣間隙距離，決定了線路的耐操作過電壓和雷電過電壓水平，以及帶電作業(yè)安全性。對相地不同相地空氣間隙距離，進(jìn)行操作沖擊、雷電沖擊試驗(yàn)，可以驗(yàn)證不同桿塔的絕緣水平，也可為桿塔優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。8）工頻污穢試驗(yàn)：測試整塔污穢性能。線路耐污水平，主要與相地之間的絕緣爬距和絕緣材料表面污穢特性有關(guān)，通過試驗(yàn)驗(yàn)證塔頭相地污穢特性。2.3目前進(jìn)度情況材料基本性能試驗(yàn)是在國家玻璃鋼制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行的；電氣性能試驗(yàn)是在國網(wǎng)電力科學(xué)研究院絕緣子質(zhì)檢站、帶電作業(yè)工器具質(zhì)檢站完成的。部分試驗(yàn)照片見圖1-1、1-2、1-3、1-4。

圖1-1電阻率試驗(yàn)照片圖1-3淋雨試驗(yàn)照片圖圖1-1電阻率試驗(yàn)照片圖1-3淋雨試驗(yàn)照片圖1-2滲透試驗(yàn)照片圖1-4水?dāng)U散試驗(yàn)照片3試驗(yàn)結(jié)果3.1山東35kV工程（1）復(fù)合桿塔型式山東35kV工程由國核電力規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，材料由北京玻璃鋼研究院生產(chǎn)。工程采用全復(fù)合桿身，桿身及橫擔(dān)未加硅橡膠。桿塔結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示。

圖3-1山東工程35kV全復(fù)合桿塔2）材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果見表3-1。表3-1材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值密度（g/cm3）1.93<2.2拉伸強(qiáng)度（Mpa）1030>750拉伸模里（GPa）39.8>30壓縮強(qiáng)度（Mpa）649>300壓縮模量（GPa）38.3\彎曲強(qiáng)度（Mpa）1060>700彎曲模量（GPa）34>30層向剪切強(qiáng)度（Mpa）28.7\沖壓式剪切強(qiáng)度（Mpa）154>100纖維體含量（％）54.960~80阻燃性能（氧指數(shù)％）52\固化度（％）92>95熱膨脹系數(shù)（1/°C）4.1x10-6\3）電氣性能試驗(yàn)結(jié)果電氣性能試驗(yàn)結(jié)果見表3-2：表3-2電氣性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值干態(tài)表面電阻率（Q）1.13x1013>131013濕態(tài)表面電阻率（Q）8.62x1012>1.0x1011

干態(tài)體積電阻率（Q?cm）5.26x1014>1.0x1013濕態(tài)體積電阻率（Q?cm）1.81x1013>1.0x1011水?dāng)U散（mA）0.30<1滲透試驗(yàn)（min）>15>15耐電痕化2.5級4.5級lh淋雨產(chǎn)生漏電腐蝕無漏電腐蝕3.2天津、湖南110kV工程（1）復(fù)合橫擔(dān)型式天津、湖南llOkV工程采用同一種復(fù)合材料，采用復(fù)合橫擔(dān)，不加硅橡膠,無涂層，與絕緣子串同時(shí)使用。直線串絕緣子為FXBW4-110/70復(fù)合絕緣子，耐張串采用9片XWP6-70瓷絕緣子。復(fù)合橫擔(dān)示意圖及照片見圖3-2所示。圖3-2（a）復(fù)合橫擔(dān)示意圖圖3-2（b）復(fù)合橫擔(dān)照片（2）材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果如表3-3所示。表3-3材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值密度（g/cm3）2.03<2.2

拉伸強(qiáng)度（Mpa）1154>750拉伸模里（GPa）46.1>30壓縮強(qiáng)度（Mpa）583>300壓縮模量（GPa）45.1\彎曲強(qiáng)度（Mpa）1370>700彎曲模量（GPa）45.8>30層向剪切強(qiáng)度（Mpa）43.8\沖壓式剪切強(qiáng)度（Mpa）182>100纖維體含量（％）67.860~80阻燃性能（氧指數(shù)％）55.3\固化度（％）91.8>95熱膨脹系數(shù)（1/°C）4.8x10-6\3）電氣性能試驗(yàn)結(jié)果材料電氣性能試驗(yàn)結(jié)果如表3-4所示。表3-4電氣性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值干態(tài)表面電阻率（Q）3.12x1013>1.0x1013濕態(tài)表面電阻率（Q）2.80x1012>1.0x1011干態(tài)體積電阻率（dem）3.28x1013>1.0x1013濕態(tài)體積電阻率（dem）1.87x1012>1.0x1011水?dāng)U散（mA）0.27<1滲透試驗(yàn)（min）>15>15耐電痕化2.5級4.5級1h淋雨產(chǎn)生漏電腐蝕無漏電腐蝕1000h鹽霧未通過\4）天津工程單桿污穢試驗(yàn)湖南天津工程采用的復(fù)合材料表面無涂料，復(fù)合材料不具有憎水性。進(jìn)行了0.5m長試品的人工污穢試驗(yàn)，試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級重污穢確定，鹽密/灰密=0.25/1.0（mg/cm2）。試驗(yàn)照片如圖3-3所示，結(jié)果如表3-5所示。

圖3-3復(fù)合材料桿污穢試驗(yàn)表3-5復(fù)合材料桿污穢試驗(yàn)閃絡(luò)電壓（kV）14.6耐受電壓（kV）13.5G）塔頭污穢試驗(yàn)湖南天津工程采用同一種復(fù)合材料，湖南工程復(fù)合材料表面采用涂料。天津llOkV工程采用復(fù)合橫擔(dān)，不加硅橡膠，無涂層，與絕緣子串同時(shí)使用。直線串絕緣子為FXBW4-110/70復(fù)合絕緣子。試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級重污穢確定，鹽密/灰密=0.25/1.0（mg/cm2）。圖3-4復(fù)合橫擔(dān)如圖3-4,橫擔(dān)上桿（1、3桿）的絕緣爬電距離為280cm，橫擔(dān)下桿（5、7桿）的絕緣爬電距離為290cm，由此確定的橫擔(dān)絕緣爬典距離為280cm；FXBW4-110/70復(fù)合絕緣子的爬電距離為3150mm；由此確定相地絕緣爬電距離為605cm。試驗(yàn)電壓為73kV，試驗(yàn)過程中未發(fā)生閃絡(luò)。試驗(yàn)照片如圖3-5。

圖3-5污穢試驗(yàn)3.3上海110kV工程（1）復(fù)合橫擔(dān)型式上海工程采用的為實(shí)心復(fù)合材料棒材加硅橡膠傘裙的復(fù)合橫擔(dān)，與35kV懸垂絕緣子串一起使用。復(fù)合橫擔(dān)及懸垂絕緣子串如圖3-6所示。圖3-6復(fù)合橫擔(dān)及絕緣子串照片（2）材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果見表3-6。表3-6材料基本性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值密度（g/cm3）2.14<2.2拉伸強(qiáng)度（Mpa）804>750拉伸模里（GPa）52.2>30壓縮強(qiáng)度（Mpa）530>300壓縮模量（GPa）50.8\彎曲強(qiáng)度（Mpa）1198>700彎曲模量（GPa）41.6>30層向剪切強(qiáng)度（Mpa）36.3\沖壓式剪切強(qiáng)度（Mpa）197>100纖維體含量（％）69.660?80阻燃性能（氧指數(shù)％）61.3\固化度（％）94.4>95熱膨脹系數(shù)（1/°C）2.8x10-6\（3）電氣性能試驗(yàn)材料電氣性能試驗(yàn)結(jié)果如表3-7所示。表3-7電氣性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值干態(tài)表面電阻率（Q）5.68x1013>131013濕態(tài)表面電阻率（Q）4.87x1011>1.0x1011干態(tài)體積電阻率（dem）7.32x1013>1.0x1013濕態(tài)體積電阻率（dem）2.13x1012>1.0x1011水?dāng)U散（mA）\<1滲透試驗(yàn)（min）>15>15耐電痕化2.5級4.5級1h淋雨產(chǎn)生漏電腐蝕無漏電腐蝕界面試驗(yàn)通過\⑷塔頭污穢試驗(yàn)上海工程采用的實(shí)心復(fù)合材料棒材加硅橡膠傘裙的復(fù)合橫擔(dān)，橫擔(dān)芯棒為實(shí)心復(fù)合材料桿，橫擔(dān)與35kV懸垂絕緣子串一起使用。試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級III級確定，鹽密/灰密=0.1/1.0（mg/cm2）。如圖3-7。

圖3-7復(fù)合橫擔(dān)llOkV復(fù)合橫擔(dān)的爬電距離為3030mm,35kV復(fù)合橫擔(dān)的爬電距離為1000mm,由此確定相地絕緣爬電距離為403cm。試驗(yàn)電壓為73kV，試驗(yàn)過程中未發(fā)生閃絡(luò)。試驗(yàn)照片如圖3-8。圖3-8污穢試驗(yàn)照片3.4浙江110kV工程(1)復(fù)合橫擔(dān)型式浙江110kV工程采用復(fù)合橫擔(dān)，復(fù)合橫擔(dān)由復(fù)合材料管材構(gòu)成，無硅橡膠,外有涂層，并懸掛5片爬電距離為450mm的絕緣子。復(fù)合橫擔(dān)示意圖及照片如圖3-9所示。圖3-9(a)復(fù)合橫擔(dān)示意圖

圖3-9（b）復(fù)合橫擔(dān)照片（2）電氣性能試驗(yàn)結(jié)果橫擔(dān)電氣性能試驗(yàn)結(jié)果見表3-8。表3-8電氣性能試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)要求值干態(tài)表面電阻率（Q）2.49x1013>1.0x1013濕態(tài)表面電阻率（Q）2.19x1011>1.0x1011干態(tài)體積電阻率（Q?cm）1.02x1014>1.0x1013濕態(tài)體積電阻率（Q?cm）1.93x1012>1.0x1011水?dāng)U散（mA）0.29<1滲透試驗(yàn)（min）>15>15耐電痕化2.5級4.5級1h淋雨無漏電腐蝕無漏電腐蝕1000h鹽霧未通過\（3）1000h鹽霧試驗(yàn)圖3-10lOOOh鹽霧試驗(yàn)試驗(yàn)電壓20kV，試驗(yàn)爬電距離為692mm。試驗(yàn)過程中，試品沿面形成導(dǎo)電水流，泄漏電流較大，試驗(yàn)電壓加不上去，試驗(yàn)未通過。（3）浙江工程單桿污穢浙江工程采用的復(fù)合材料表面涂有涂料，復(fù)合材料及涂料不具有憎水性。進(jìn)行了0.5m長試品的人工污穢試驗(yàn)，試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級III級確定，鹽密/灰密=0.1/1.0（mg/cm2）。試驗(yàn)照片如圖3-11所示，結(jié)果如表3-9所/示O

圖3-11復(fù)合材料桿污穢試驗(yàn)表3-9復(fù)合材料桿污穢試驗(yàn)閃絡(luò)電壓（kV）15.9耐受電壓（kV）14.2⑷塔頭污穢試驗(yàn)浙江110kV工程采用復(fù)合橫擔(dān)，復(fù)合橫擔(dān)由復(fù)合材料管材構(gòu)成，無硅橡膠,外有涂層，并懸掛5片爬電距離為450mm的絕緣子。試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級III級確定，鹽密/灰密=0.1/1.0（mg/cm2）。如圖3-12,橫擔(dān)上桿的絕緣爬電距離為140cm，橫擔(dān)下桿的絕緣爬電距離為120cm，由此確定橫擔(dān)的絕緣爬電距離為120cm；絕緣子采用5片爬電距離為450mm的防污型玻璃絕緣子；由此確定相地絕緣爬電距離為345cm。試驗(yàn)電壓為73kV，試驗(yàn)過程中產(chǎn)生了電弧，但未發(fā)生閃絡(luò)。試驗(yàn)照片如圖3-13。

圖3-13污穢試驗(yàn)3.5北京、福建110kV工程北京、福建工程采用的為加硅橡膠傘裙的復(fù)合橫擔(dān)。復(fù)合橫擔(dān)照片如圖3-14所示。北京工程橫擔(dān)芯棒為實(shí)心復(fù)合材料桿，福建工程橫擔(dān)芯棒為泡沫填充空心復(fù)合材料管材。占-J.'LW-『'J占-J.'L一時(shí)：：丁一泡沫填充空心管材圖3-14復(fù)合橫擔(dān)照片⑴界面試驗(yàn)針對復(fù)合材料加硅橡膠傘套的復(fù)合橫擔(dān)，按照復(fù)合絕緣子標(biāo)準(zhǔn)，增加了復(fù)界面和連接區(qū)的試驗(yàn)。表3-10界面和連接區(qū)試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)項(xiàng)目北京工程界面和連接區(qū)試驗(yàn)通過⑵污穢試驗(yàn)北京、福建工程采用的為加硅橡膠傘裙的復(fù)合橫擔(dān)，取消懸垂絕緣子。北京工程橫擔(dān)芯棒為實(shí)心復(fù)合材料桿，福建工程橫擔(dān)芯棒為泡沫填充空心復(fù)合材料管材。試驗(yàn)采用固體層法，按照設(shè)計(jì)污穢等級III級確定，鹽密/灰密=0.1/1.0(mg/cm2)。110kV復(fù)合橫擔(dān)的爬電距離為3030mm，即為相地絕緣爬電距離。試驗(yàn)電壓為73kV，試驗(yàn)過程中未發(fā)生閃絡(luò)。如圖3-15。圖3-15污穢試驗(yàn)照片3.6復(fù)合材料覆冰試驗(yàn)為了研究復(fù)合材料的覆冰特性，對不同種復(fù)合材料進(jìn)行了模擬覆冰試驗(yàn)。為了模擬凍雨條件下的材料覆冰情況，在水的溫度降至2?3°C，用壓縮氣體將制冷水通過特制噴嘴打出，水滴成霧狀和毛毛雨?duì)睿脖覂?nèi)的氣溫為-4?-6C，覆冰時(shí)間約45分鐘。試品布置和覆冰后的狀況如圖3-16所示。圖3-16試品布置和覆冰后的狀況材料覆冰后，整個(gè)試驗(yàn)過程中保持覆冰室內(nèi)氣溫為-1?-5C,濕度為86?99%,送風(fēng)口有制冷后的冷風(fēng)吹入，風(fēng)速為5m/s~10m/s。保持覆冰時(shí)間為8小時(shí)，期間每隔一個(gè)小時(shí)進(jìn)入覆冰室內(nèi)觀察記錄一次。經(jīng)過8小時(shí)，材料表面覆冰狀況沒有改變，見圖3-17。

圖3-17覆冰8小時(shí)后狀況3.7110kV塔頭操作沖擊試驗(yàn)操作沖擊試驗(yàn)主要驗(yàn)證桿塔塔頭相地空氣間隙尺寸是否滿足要求，由于復(fù)合桿塔橫擔(dān)采用了復(fù)合材料，因此，桿塔的相地空氣間隙由以前的導(dǎo)線-鐵橫擔(dān)、導(dǎo)線-塔身兩種情況，變成了導(dǎo)線-塔身（或抱箍），如圖3-18所示。圖3-18試驗(yàn)示意圖按照桿塔基本布置，搭建了模擬塔頭，進(jìn)行了操作沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)布置如圖3-19所示：

圖3-19模擬塔頭間隙試驗(yàn)布置圖調(diào)節(jié)導(dǎo)線至桿塔的間隙距離，進(jìn)行操作沖擊放電試驗(yàn)，得到了相地操作沖擊放電數(shù)據(jù)。放電路徑如圖3-20所示，試驗(yàn)結(jié)果見表3-11。圖3-20操作沖擊試驗(yàn)放電路徑照片表3-11操作沖擊試驗(yàn)結(jié)果導(dǎo)線-抱箍距離（cm）9010011550%放電電壓（kV）6066587293.8110kV塔頭帶電作業(yè)試驗(yàn)操作沖擊試驗(yàn)主要驗(yàn)證桿塔塔頭相地空氣間隙尺寸是否滿足要求，用模擬人分別模擬塔上地電位作業(yè)人員，及導(dǎo)線處等電位作業(yè)人員，進(jìn)行帶電作業(yè)試驗(yàn)，放電路徑如圖3-21所示，試驗(yàn)結(jié)果見表3-12。圖3-21帶電作業(yè)試驗(yàn)放電路徑表3-12帶電作業(yè)試驗(yàn)結(jié)果放電路徑間隙距離（cm）50%放電電壓（kV）導(dǎo)線-模擬人89110模擬人-抱箍6066504試驗(yàn)結(jié)果初步分析（1）材料基本性能結(jié)果分析1）材料的密度在2.2g/cm3以下，大約為鋼材的約為鋼材密度（取7.8g/cm3）的1/4，顯示出復(fù)合材料具有密度小的特點(diǎn)。2）復(fù)合材料的強(qiáng)度要優(yōu)于Q235鋼材（屈服強(qiáng)度約為200MPa,破壞強(qiáng)度約為400MPa）,其彈性模量較低，約為普通鋼材（200GPa）的四分之一。3）復(fù)合材料氧指數(shù)在50%以上，具有較好的阻燃特性，但不耐高溫。4）復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與普通鋼材有一定的差異，普通鋼材的線膨脹系數(shù)約為11.5x10-6°C-1。5）試驗(yàn)中復(fù)合材料的主要性能都能滿足《國網(wǎng)公司復(fù)合材料桿塔技術(shù)條件（初稿）》要求。但部分復(fù)合材料的纖維體積含量和固化度，還未能達(dá)到《國網(wǎng)公司復(fù)合材料桿塔技術(shù)條件（初稿）》要求。（2）電氣性能試驗(yàn)結(jié)果分析1）復(fù)合材料具有較高的電阻率，屬于絕緣材料；水?dāng)U散、滲透等電氣性能基本都能滿足《國網(wǎng)公司復(fù)合材料桿塔技術(shù)條件（初稿）》要求。利用復(fù)合材料的絕緣性，可以有效提高桿塔的絕緣水平。2）復(fù)合材料的耐電痕化性能，比復(fù)合絕緣子硅橡膠要差，如圖4-1、4-2、4-3所示。

圖4-1淋雨試驗(yàn)（表面產(chǎn)生漏電腐蝕）圖4-2圖4-1淋雨試驗(yàn)（表面產(chǎn)生漏電腐蝕）圖4-2耐電痕化（表面產(chǎn)生漏電腐蝕）圖4-3復(fù)合材料與硅橡膠耐電痕化試驗(yàn)比較（復(fù)合材料2.5級，硅橡膠4.5級）復(fù)合材料在戶外及嚴(yán)酷環(huán)境中運(yùn)行往往受到鹽露、水分、灰塵等污穢物的污染，在表面形成電解質(zhì)。在電場作用下，在聚合物表面出現(xiàn)一種特殊放電破壞現(xiàn)象一漏電起痕破壞現(xiàn)象，在表面形成不完全導(dǎo)電通道。在表面或接近表面的放電產(chǎn)生漏電痕跡的過程稱“電痕化”，而絕緣材料在放電作用下引起的蝕損稱為“電腐蝕”。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的耐電痕化性能只能達(dá)到2.5級，且表面發(fā)生碳化，若復(fù)合材料桿塔在運(yùn)行中，復(fù)合材料承受較高的電壓，在嚴(yán)重污穢情況下，局部放電就容易導(dǎo)致材料發(fā)生電腐蝕,使材料的絕緣性喪失，并降低材料的機(jī)械強(qiáng)度。因此，復(fù)合材料目前不宜直接用