芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)在配電線路上的應(yīng)用

王建中，何 平，王金躍

（1.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.嘉興恒創(chuàng)電力設(shè)計研究院，浙江 嘉興 314033；3.嘉興市恒創(chuàng)電力設(shè)備有限公司，浙江 嘉興 314033）

芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)在配電線路上的應(yīng)用

王建中1，何 平2，王金躍3

（1.國網(wǎng)嘉興供電公司，浙江 嘉興 314033；2.嘉興恒創(chuàng)電力設(shè)計研究院，浙江 嘉興 314033；3.嘉興市恒創(chuàng)電力設(shè)備有限公司，浙江 嘉興 314033）

介紹了芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)的力學(xué)、化學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能，并與當(dāng)前配電線路中的橫擔(dān)進行了性能比較，結(jié)合配電線路故障特點，就復(fù)合材料橫擔(dān)在配電線路的實際應(yīng)用進行了相關(guān)研究，通過提高配電線路的絕緣水平，保障了配電線路的安全、可靠運行。

復(fù)合材料橫擔(dān)；配電線路；合成纖維；氧指數(shù)

1 芳綸復(fù)合材料的性能

芳綸全稱為“聚對苯二甲酰對苯二胺”，英文為Aramid fiber，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能，其強度是鋼絲的5～6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2～3倍，韌性是鋼絲的2倍，而質(zhì)量僅為鋼絲的1/5，具有良好的絕緣性和抗老化性能，并且具有很長的使用壽命。

1.1 持久熱穩(wěn)定性

芳綸纖維最突出的優(yōu)點是耐高溫，可在220℃高溫持續(xù)長久使用而不退化，其電氣性能和機械性能保持長達10年之久，實現(xiàn)尺寸的穩(wěn)定性。此外，其熱收縮率僅為250℃，在目前的有機耐熱纖維中，這種熱穩(wěn)定性非常罕見。

1.2 卓越的阻燃性

在空氣中燃燒材料所需的氧的百分比被稱為極限氧指數(shù)，而氧指數(shù)越大，阻燃性越好。一般而言，空氣中的氧氣含量為21%時，而芳綸纖維的極限氧指數(shù)大于29%，屬于比較難燃纖維，所以不會在空氣中燃燒，也不支持補助燃燒，因此，具有自熄性能。

1.3 優(yōu)良的電氣絕緣性能

芳綸纖維的介電常數(shù)很低，芳綸纖維的絕緣強度在高溫、低溫、高濕度下能保持良好的電絕緣性，用該方法制備的絕緣紙擊穿電壓可達100 000 V/mm，是世界上公認的最好的絕緣材料。

1.4 優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性

芳綸纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，它耐高濃度無機酸，耐腐蝕、抗水解和蒸汽腐蝕。

1.5 優(yōu)良的力學(xué)性能

芳綸纖維是一種柔性高分子材料，具有低剛度和高伸長率的特點，具有相同的與普通纖維的可紡性，可加工成各種傳統(tǒng)的織物或無紡布，耐磨損、抗撕裂性強，適用范圍廣。

1.6 超強的耐輻射性

芳綸纖維耐α、β、Х射線以及紫外光線輻射的性能十分優(yōu)異，用50 kV的Х射線輻射100 h，在纖維強度保持在本來的73%，此時，聚酯或尼龍將變成粉末。

2 配電線路橫擔(dān)型式及性能分析

2.1 鐵橫擔(dān)+絕緣子

該方式為當(dāng)前配電線路最常用的一種組合模式，由鐵橫擔(dān)和各種絕緣子組合而成，其優(yōu)點是通用性強，具有普遍性，運行經(jīng)驗成熟，可根據(jù)不同的地形、地質(zhì)和氣象條件進行修正，可適用于各種不同桿塔（比如直線桿塔、耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔和終端桿塔等）；其缺點是絕緣水平較低，難以承受直接雷和感應(yīng)雷，因此，雷電感應(yīng)過電壓是線路絕緣閃絡(luò)甚至絕緣斷絲的主要原因，另外，該裝置的形式不利于開展帶電作業(yè)工作。

2.2 FRP復(fù)合材料橫擔(dān)

FRP學(xué)名為玻璃纖維增強塑料，由增強纖維和基體組成，一般用玻璃纖維增強不飽和聚脂、環(huán)氧樹脂與酚醛樹脂作為基體，以玻璃纖維或其制品（玻璃布、帶、氈、紗等）作為增強材料的一種復(fù)合材料。其強度相當(dāng)于鋼，且還含有玻璃成分，具有玻璃的顏色、形狀、耐腐蝕、電絕緣、隔熱等性能，用該復(fù)合材料制成的絕緣橫擔(dān)具有優(yōu)異的耐候性能，良好的機械性能、防腐性、防水防污性能，利于開展帶電作業(yè)項目。該方式是近幾年在國家電網(wǎng)公司配電線路試行的一種裝置型式，但其缺點也比較明顯——由于受橫擔(dān)抗彎強度和擾度比1%要求的影響，目前生產(chǎn)的FRP復(fù)合材料橫擔(dān)很重，安裝難度大，只能用于配電線路直線桿塔上，不能用于耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔和終端桿塔等受力桿塔上，局限性較大，不利于推廣應(yīng)用。

2.3 芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)

由于該復(fù)合材料具有超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、質(zhì)量輕等優(yōu)良性能，可以有效彌補FRP復(fù)合材料橫擔(dān)存在的缺陷，其橫擔(dān)可應(yīng)用于直線桿塔耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔和終端桿塔等受力桿塔上，同時，還可以應(yīng)用于設(shè)備桿塔，比如跌落式熔斷器、負荷開關(guān)、斷路器等桿型，在滿足抗彎強度和擾度比1%要求的同時，實現(xiàn)質(zhì)量輕、安裝方便和利于開展帶電作業(yè)等。

3 芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)的應(yīng)用研究

目前，配電線路故障主要是鳥害、過電壓和設(shè)備故障，據(jù)統(tǒng)計其中鳥害故障率為42%、過電壓故障率為48%、設(shè)備故障率10%，所以，通過安裝芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)，可提高在配電線路上的絕緣水平，可極大地減少配電線路故障，為配電網(wǎng)的安全、可靠運行提供有力保障。

3.1 可有效預(yù)防鳥害的發(fā)生

鳥害主要發(fā)生在配電架空裸導(dǎo)線線路；配電架空絕緣線路各耐張桿塔、分支桿塔、設(shè)備桿塔、電纜落火桿塔等連接處，由于配電線路絕緣子絕緣距離小、絕緣水平低，因此，每年的1—5月是鳥害故障頻發(fā)時段，電力運行單位盡管每年用大量的人力、物力防鳥害，比如安裝驅(qū)鳥器、加裝絕緣防護罩等，但往往防不勝防、收效甚微。如果將上述故障頻發(fā)點改裝為芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)，可提高其絕緣水平，徹底消除鳥害故障的發(fā)生。

3.2 可解決高污染區(qū)域絕緣子閃絡(luò)問題

絕緣子閃絡(luò)一般都發(fā)生在沿?；蛑匚廴镜貐^(qū)，重污染區(qū)域絕緣子經(jīng)過長期的運行，絕緣水平有所下降，出現(xiàn)過電壓時就可能發(fā)生絕緣子閃絡(luò)擊穿故障，所以，在沿海或高污染地區(qū)建議采用芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)，提高其絕緣水平，這樣既可完善防雷措施，又可防止絕緣子閃絡(luò)故障的發(fā)生。

3.3 可有效提升配電線路防雷水平

10 kV架空配電線路分布廣泛，絕緣水平低，難以抵擋直擊雷和閃電。據(jù)國外統(tǒng)計，配電線路遭受雷電感應(yīng)占80%，感應(yīng)雷的放電電流通常小于1 kA，感應(yīng)過電壓為200～300 kV。10 kV輸電線路對過高的過電壓幅值是難以承受的。因此，雷電感應(yīng)過電壓是線路絕緣閃絡(luò)甚至絕緣斷絲的主要原因。架空配電線路絕緣化對解決線樹矛盾、降低瞬時性故障概率的作用較大。

3.4 有利于帶電作業(yè)

配電線路采用復(fù)合材料絕緣橫擔(dān)，絕緣距離、線間距增大，這樣為開展帶電作業(yè)提供了極大的方便，也使帶電作業(yè)人員在開展帶電作業(yè)過程中的安全性得到了極大保證。

4 結(jié)束語

芳綸復(fù)合材料橫擔(dān)具有的超高強度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、質(zhì)量輕等特性，可有效防止鳥害、雷過電壓和污穢閃絡(luò)等配電線路常態(tài)性故障發(fā)生，大大提升了配電網(wǎng)的安全性和可靠性。

［1］張汶卓，徐明，楊淞朝，等.復(fù)合橫擔(dān)在輸電線路上的應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2015（08）.

〔編輯：張思楠〕

TB332

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.143

2095-6835（2017）24-0143-02