66千伏复合杆塔技术最后

2011年依托工程基建新技术研究项目可行性研究报告项目名称：66千伏复合杆塔的技术研究 起止时间：2010年10月-2010年12月申报单位：吉林省延边供电公司通讯地址：延吉市牛市街21号联系电话：0433-2582428申请日期：2011年1月28日 一、 目的和意义电网是关系国民经济命脉的基础产业和公用事业，为了应对日益严峻的资源和环境压力，实现资源优化配置，提高运行能力，满足结构能源调整的需要，发展智能电网已成趋势。我国也明确了发展智能电网的战略，并强调智能电网首先必须是坚强的电网。当前，国内外输电杆塔主要有钢材、混凝土和木质三种材质，钢铁塔已逐渐成为主流，变电构架仅有钢铁结构。多年运行证明三种材质各有缺陷：钢材是电导体，质量重，运输安装困难，易腐蚀，加工制造过程碳排放高，而铁矿石资源正日益枯竭，不可持续；混凝土杆质量比钢材更重，且易受环境影响；木质杆塔需要进行化学处理，易造成环境污染，且因为还有其他缺陷，在美国等国家已经限制使用。由于复合材料电绝缘性能好，且重量轻、强度高、耐疲劳、耐腐蚀、加工成型方便、易维护、耐久性能好，被各国认为是替代现有杆塔材质的最理想材料。美国、瑞士等国已经研制出试品，但因为工艺缺陷，产品造价昂贵，无法满足产业化要求。我国在20世纪50年代已经开始对复合材料进行过研究，但由于材料性能和制造工艺限制，复合杆塔一直未能取得重要突破。随着电网建设规模不断发展，变电站将越来越多，变电站构架、铁塔对钢材的需求也越来越大，不仅消耗了大量的矿产资源，并且在钢材的生产和加工过程中造成生态环境的严重污染。目前现有的66kV变电站构架和杆塔均采用全钢制结构，钢材存在质量重、易锈蚀或开裂、低温性能差等缺陷，还存在施工运输和运行维护困难等问题；复合材料由于有高强、轻质、耐腐蚀、加工容易、可设计性和绝缘性能良好等优点，越来越为工程界所重视，特别是为输变电行业工程应用所亲睐。随着复合材料技术及其制造工艺的发展，66kV杆塔采用复合材料已成为可能。复合杆塔用于变电工程可以节约大量的钢材，并且利用复合材料的绝缘性，不仅易于解决风偏和污闪事故，提高变电站安全运行水平，同时还可以减小构架尺寸、走廊宽度，复合材料轻便，易加工成型的特点，可以大幅度地降低构架及横担的运输和组装成本；材料的耐腐蚀、耐高低温、强度大的特点，可降低线路的维护成本；同时由于复合材料颜色可调、无毒害、报废后可再利用，还增强了线路的环境友好性。随着经济、技术与管理的发展，人们越来越倾向于采用包括运行维护在内的结构全寿命过程的经济、技术以及环境影响等综合指标来评价输电杆塔及变电构架结构。随着输电网建设规模的不断扩大，输电杆塔及变电站构架结构的运行维护问题将日益突出，综合费用效益分析将逐步受到重视。通过综合费用效益分析发现，复合杆塔在全寿命使用期内的年平均成本最低，显示出良好的技术经济性。由此可见，复合杆塔具有更好的综合性能，在材料性能满足要求的基础上，通过合理的设计，将复合杆塔用于变电工程，技术可行先进，经济效益显著，并有利于环保，符合建设“两型一化”输变电工程的指导思想。通过研究输电复合杆塔，我国将在该领域占据国际制高点。实现项目产品在全球市场范围内的革命性替代，将有效提升电网安全性能，大幅削减风摆闪络、覆冰倒塔等事故损失和维护费用，大幅降低工程造价的同时节约大量土地资源，实现低碳经济发展；更为重要的是，产品使用的矿石国内蕴藏量最丰富，能真正把我国自主掌握的资源优势变成国家竞争力优势，最终转变成经济优势。开展本项目研究，对于电网建设具有重要意义。二、 国内外研究水平综述复合材料在电力行业中已经有了较为广泛的应用，如输电线路中使用的复合绝缘子、电站用空心、支柱复合绝缘子、带电作业中使用的绝缘操作杆、绝缘支拉吊工具等。这些绝缘产品在应用前都经过了电气、机械及相应的老化试验，在干或湿状态下的闪络试验、泄露电流试验、机械老化试验等方面都显示出较好的特性。 国内尚未有66kV线路全复合杆塔投入应用，世界上仅美国、加拿大等国家在高压领域采用了复合材料杆塔替代传统的铁塔。复合材料一般是指由树脂和加强纤维两种材料结合而成。加强纤维通常是玻璃钢纤维，树脂中主要为聚脂、乙烯脂、聚氨酯、环氧树脂和酚醛树脂。其中聚脂是制造行业的首选，约占市场的70%以上，但聚脂的强度和抗冲击能力最小。复合横担及构架具有重量轻、结构简单、安装方便、绝缘性能好、发生碰撞事故时可吸收能量以避免事故扩大等优点。 加拿大RS技术公司从1995年开始复合材料研究，2003年研制出复合材料杆塔并完成电气试验和雷电、操作冲击闪络电压试验，通过试验表现出强度高、重量轻、绝缘性能好、应力-质量比大、冲击钻空无龟裂、使用寿命长、绿色环保等特点。根据输变电线路运行要求，可加工成60m及以下高度的杆塔。试验结果显示出较好的电气及机械性能，具有一定的应用前景。本课题将以国产复合材料为原型，对复合材料的电气、机械物理力学性能进行全面考核及验证，对新型复合材料杆塔结构形式、力学和电气性能进行研究并试验验证，最终应用于实际工程三、 项目的理论和实践依据目前66kV线路全复合杆塔未形成完整的理论体系，在国内也未得到应用。2009年，神马公司杆塔研究团队承接了国家电网660kV葛沪直流改造工程中500kV接地极复合杆塔及变电构架的研究，并成功挂网运行；江苏省电力公司220kV茅蔷线复合横担的研究并挂网运行等复合杆塔项目。通过本项目的实施，可以采用新技术、新材料、新工艺研发出资源节约型和环境友好型的66kV输电复合塔，并在全国率先实现整体工程“全复合化”，提高工程一次设备可靠性，降低工程建设和维护的碳排放量，节约土地征用。神马公司结合实践，分析总结出线路全复合杆塔的优势：1、性能更安全1）由于复合材料的绝缘特性，可以杜绝线路因风摆产生的闪络跳电事故；2）由于材料的憎水特性，可以减少杆塔的覆冰倒塔事故；3）由于材料的耐腐蚀和抗疲劳特性，可以实现杆塔的免维护，避免杆塔维护高空作业的危险。2、成本更经济：1）对比传统铁塔高度降低了，宽度缩小了，塔身减小了，重量更轻了，所以成本造价及运输、安装成本降低15%以上；2）实现规模化生产后，由于其优异的材料特性，复合杆塔全寿命周期内的成本为传统铁塔的60%。3、安装运输方便：由于材料特性，设计合理的杆塔重量为铁塔的三分之一，运输安装便利4、资源更节约：1）由于复合材料的绝缘特性，与传统铁塔相比，线路走廊可以减少三分之一，能够大量节约土地资源。2）由于传统的铁塔原材料为铁矿石，为不可再生资源，且需要大量进口，并受制于人。复合杆塔原材料为二氧化硅矿石，中国蕴藏量世界第一。5、环境更友好：1）由于材料和制品的加工特性，与传统铁塔相比生产所需的能耗大为降低，也避免了铁塔在加工过程中的镀锌工艺带来的环境污染。2）由于材料的加工工艺和颜色可调，能够美化环境；本项目的技术关键和难点在于：1、66kV线路全复合杆塔结构型式；2、66kV线路全复合杆塔的材料选型；3、覆冰、风载等荷载计算；4、规范66kV线路全复合杆塔绝缘水平；5、对复合杆塔材料配置深化研究，提出设计原则；6、对66kV线路全复合杆塔型式，提出设计原则；7、不同树脂体系和玻璃钢配方对应不同机械性能要求；8、避雷线的设计与布置。四、 项目研究内容和实施方案1、本项目研究总体思路：1）完成复合材料选型，确定复合杆塔结构型式和导地线布置。2) 完成复合杆塔结构布材和计算分析。3）深入研究复合杆塔的设计相关问题，并在导则中明确规定。4) 研究复合杆塔运行中出现的设计相关问题，并在导则中明确规定。5）研究国网公司“两型一化”、差异化等建设要求，在深化研究中予以落实。2、本项目的实施内容如下：1）以近年来66kV变电工程的设计经验和研究成果形成的规范为基础，完成66kV复合杆塔材料选型，并完成相关的材料基础性研究2）确定复合杆塔结构型式和导地线布置。3）完成复合杆塔结构布材和计算分析,针对66kV复合杆塔变形、连接节点设计等问题进行深入细化研究，并确保设计满足运行要求。4）近年来66kV变电工程的设计经验和研究成果形成的规范完成复合杆塔相关的试验验证；5）将复合杆塔应用于延边和龙66kV西山变电站新建工程的66kV西山甲乙线上，对复合杆塔试验结果进行总结，完成项目验收。3、项目具体实施分工如下：供电公司总体负责项目的实施和组织管理，协调各项目的进度，汇总各单位研究内容，并组织验收工作。供电公司负责科技成果的梳理和总结、施工及运行中的设计相关问题的汇总及整理、，并提出设计优化意见;延边电力设计院负责技术规定的深化研究和差异化研究，包括总平面布置、污秽系列、海拔系列等。神马公司负责具体的材料基础性研究，方案的执行，试品生产。五、 预期目标和成果形式1、项目研究预期达到的目标：通过本研究以及形成的技术规定，规范66kV变电站主要设计原则和有关技术参数的选择，为差异化设计、合理确定工程投资创造条件。在延边和龙66kV西山甲乙线新建工程中应用复合杆塔，线路全长5.5公里，试验线路用在市区开发区内1公里。2、项目的成果形式：项目完成后提交复合材料性能试验报告、构件性能试验报告、66kV复合杆塔工程应用研究，申报发明专利1项、实用新型专利5项，形成66kV复合杆塔产品标准1项。六、 合作单位或依托工程单位落实情况主要合作单位是江苏（神马）复合电力装备研究院。七、 项目承担单位的条件1 项目负责人 项 目负 责 人姓名孔繁辉单位延边电力勘察设计有限责任公司性别男年龄46专业电气职称高级工程师2 项目研究人员姓名所在单位年龄职称岗位从事专业本项目职责孔繁辉延边电力勘察设计院46高级工程师院长电气总协调张学军延边供电公司40工程师基建部主任土建项目实施关富元延边供电公司28助 工专工送电专业负责人金俊杰延边电力勘察设计院44工程师副院长送电专业负责人严永吉延边电力勘察设计院48工程师专工送电专业负责人初占明延边电力勘察设计院55工程师送电主任送电专业负责人朱勇江苏省（神马）复合电力装备研究院35高级工程师副总工高电压与绝缘技术专业负责人张周吉江苏省（神马）复合电力装备研究院65高级工程师研究员机械设计专业负责人张晓容江苏省（神马）复合电力装备研究院45高级工程师研究员高分子材料专业负责人赵晓静江苏省（神马）复合电力装备研究院31工程师研究员复合材料专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人专业负责人3 实验室条件神马公司拥有电气性能检测平台、机械性能检测平台、密封性能检测平台、材料试验室，现有科研用房5000，其中：实验室2000，高压检测大厅2000，其他配套用房1000，保障设施齐全。电气性能检测平台拥有冲击试验装置、试验变压器、电压测试仪等设备18台（套）；机械性能检测中心拥有冲击试验机、维卡温度测定仪、脆性测试试验机等设备14台（套）。密封性能检测平台拥有六氟化硫气体检漏仪、SF6气体回收净化充放装置、试验密封装置等设备21台（套）。材料试验室拥有环氧树脂注射机、高温恒温试验箱、硫化仪、智能型无转子硫化仪等设备32台（套）。公司整体检测能力、试验能力处于同行业领先地位，为产品的持续创新和研发提供了技术支撑。该团队在近年特高压1000kV空心复合绝缘子、800kV支柱复合绝缘子、全系列线路复合绝缘子的开发中做出了大量的基础性研究，为后续复合杆塔的研制打下坚实的技术基础。紫外老化试验机疝灯老化试验机化学分析室物理电性能实验室老化烘箱酸度计门尼粘度仪旋转粘度仪通风橱脆性温度试验机高低温试验箱DSCJTGN-5kVA/50kV工频耐压试验系统水平垂直燃烧测定仪电子拉力机万能电子拉力机交直流漏电起痕试验装置无转子硫化仪示差扫描量热仪自动电位滴定仪4 理论研究环境延边供电公司：位于祖国东北边陲，中、朝、俄三国交界处的延边朝鲜族自治州首府延吉市，是吉林省电力有限公司所属的国家中型一类供电企业。截止2009年11月末，公司拥有固定资产原值25.38亿元。公司下设34个二级机构，员工1500人。所辖延边地区8个县市级地区，售电量30.5亿千瓦时。公司在卫冕“全国文明单位”的同时，先后荣获全国“安康杯”竞赛优胜企业、“吉林省劳动模范集体”、“吉林省和谐劳动关系十佳模范企业”、“吉林省职工职业道德建设十佳单位”和“延边州先进基层党组织标兵”等多项殊荣。神马公司：系科技部火炬计划重点高科技企业、江苏省重点高新技术企业、江苏省百强名营企业。公司以解决行业问题、振兴装备为己任，不断通过自主创新解决行业难题。企业依靠自主创新，已经发展成为国际领先的输变电橡胶件和复合绝缘子制造企业，在全球范围内享有极高声誉。在复合材料设计、加工成型等方面具有巨大的技术优势，目前已经承接了国家电网660kV葛沪直流改造工程中接地极复合杆塔及变电构架的研究，并成功挂网运行；江苏省电力公司220kV茅蔷线复合横担的研究并挂网运行等复合杆塔项目。八、 项目的进度安排序号时间段内 容12010年10月-2010年12月完成项目调研、大纲编写22011年1月-2011年2月完成材料性能基础性研究，连接结构方案确定32011年3月-2011年5月确认复合杆塔设计方案，完成试品结构设计42011年6月-2011年10月完成复合杆塔样品试制52011年11月-2011年12月对复合杆塔进行相关性能及工况试验验证62011年12月对复合杆塔试验结果进行总结；完成项目验收1. 列出分年度计划研究内容和人员、设备安排；2. 分年度提供成果的内容和形式，要具有可检查性。九、 项目经费预算 单位：万元科目名称预算金额甲方拨款乙方自筹备 注226.51.样品试制302.样品委外试验费（中国电科院）253.现有仪器设备费使用费84.小批样品费（5基杆塔）505.委外研究费（哈尔滨玻璃钢研究院）786.公司内部研发人员费用157.软件购买费1.58.专利申报费49.差旅费510.会议费1010