8月23日，西北院研發(fā)設(shè)計(jì)的世界首基1000千伏特高壓交流單回路復(fù)合橫擔(dān)塔在中國(guó)電科院霸州桿塔試驗(yàn)基地順利通過(guò)正常負(fù)荷以及超載真型試驗(yàn)；8月30日，在中國(guó)電科院武漢分院試驗(yàn)基地順利通過(guò)電氣試驗(yàn)。試驗(yàn)成功后，現(xiàn)場(chǎng)工作人員歡聲雷動(dòng)，紛紛互相表示祝賀。國(guó)家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理劉澤洪高興地說(shuō)：“今天試驗(yàn)的成功將成為輸電技術(shù)創(chuàng)新的又一座里程碑！”

回顧西北院七年來(lái)的復(fù)合材料桿塔創(chuàng)新之路，許多故事值得與大家分享。

起步接地極，小線路一試鋒芒

傳統(tǒng)輸電鐵塔有幾大缺點(diǎn)：一是煉制鋼鐵需消耗大量的礦產(chǎn)資源和能源；二是鋼塔質(zhì)量重，安裝、運(yùn)輸困難；三是因風(fēng)偏和污閃事故，塔頭尺寸較大；四是運(yùn)行維護(hù)成本高。隨著環(huán)保壓力越來(lái)越大，線路建設(shè)環(huán)境越來(lái)越艱苦，線路走廊越來(lái)越難打通，尋找一種解決和減小鋼制塔缺陷的方法成為迫切的需要。2009年，在國(guó)網(wǎng)公司的指示下，西北院開(kāi)始了輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕、易加工、環(huán)保、電氣絕緣性能好的復(fù)合材料（環(huán)氧/E玻璃纖維）塔研發(fā)工作。

用復(fù)合材料來(lái)制造桿塔，大體可以分為材料試驗(yàn)、設(shè)計(jì)理論研究、構(gòu)件制造與整塔安裝三個(gè)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都沒(méi)有任何前人的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。為了將創(chuàng)新成果應(yīng)用到實(shí)踐中，同時(shí)將創(chuàng)新失敗的危害降到最低，西北院選定了電壓等級(jí)僅為35千伏的寧東～山東±660千伏直流輸電線路中的接地極線路作為復(fù)合材料桿塔技術(shù)的起點(diǎn)，以實(shí)踐來(lái)檢驗(yàn)真理。

從2009年開(kāi)始，西北院通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)復(fù)合材料進(jìn)行大量的調(diào)研，在掌握復(fù)合材料基本性能的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型、方案設(shè)計(jì)，提出并完成了10大類226個(gè)試件的試驗(yàn)，系統(tǒng)地研究了材料強(qiáng)度、穩(wěn)定、老化、疲勞以及極端環(huán)境下的材料性能等項(xiàng)目，探索并解決了復(fù)合材料桿塔結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，終于成功地研制出國(guó)內(nèi)首基格構(gòu)式復(fù)合材料桿塔，通過(guò)真型試驗(yàn)并在工程中進(jìn)行了試點(diǎn)應(yīng)用。目前，工程投運(yùn)近5年，復(fù)合材料桿塔運(yùn)行安全可靠，取得了良好的效果。

邁入超高壓，大效益初現(xiàn)端倪

雖然復(fù)合材料塔在35千伏接地極線路中試點(diǎn)成功，但是因?yàn)閷儆趯ｉT定制生產(chǎn)，成本太高，而且電壓等級(jí)太低，對(duì)于超高壓、特高壓線路不具代表性。所以，復(fù)合塔的研發(fā)只能算是剛剛起步。2011年，舉世矚目的750千伏新疆與西北主網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)第二通道工程啟動(dòng)。國(guó)網(wǎng)公司做出指示，要依托二通道工程繼續(xù)開(kāi)展復(fù)合材料塔的研發(fā)與應(yīng)用。作為二通道工程的牽頭設(shè)計(jì)單位，西北院再一次擔(dān)負(fù)起復(fù)合材料塔的研發(fā)使命。

但是，電壓等級(jí)從接地極的35千伏直接提升到超高壓的750千伏，研發(fā)設(shè)計(jì)難度發(fā)生了質(zhì)的變化。在機(jī)遇與壓力面前，西北院選擇了迎難而上，在充分吸收寧東接地極格構(gòu)式復(fù)合材料塔的研究成果基礎(chǔ)上，通過(guò)工作電壓污穢耐受、操作沖擊耐受、雷電耐受等電氣驗(yàn)證試驗(yàn)和構(gòu)件疲勞、橫擔(dān)過(guò)載以及真型試驗(yàn)等結(jié)構(gòu)驗(yàn)證試驗(yàn)，終于研發(fā)設(shè)計(jì)成功世界首基750千伏復(fù)合橫擔(dān)桿塔，并在工程中試點(diǎn)應(yīng)用7基。這是復(fù)合材料桿塔首次應(yīng)用于超高壓輸電線路工程！目前工程已投運(yùn)近3年，復(fù)合橫擔(dān)塔運(yùn)行情況良好。

對(duì)于750千伏復(fù)合橫擔(dān)塔，國(guó)網(wǎng)公司這樣評(píng)價(jià)：“它實(shí)現(xiàn)了功能材料和結(jié)構(gòu)材料的高度統(tǒng)一和全面的技術(shù)突破，其科研、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)為復(fù)合橫擔(dān)塔在特高壓線路上的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該塔型采用導(dǎo)線三角排列的上字型，結(jié)構(gòu)型式簡(jiǎn)單，便于復(fù)合材料橫擔(dān)的實(shí)現(xiàn)，更重要的是實(shí)現(xiàn)了‘走廊寬度節(jié)約10米、塔材節(jié)約10噸和基礎(chǔ)混凝土節(jié)約10立方米’，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益潛力巨大?！?/span>

首攻轉(zhuǎn)動(dòng)塔，新思路顛覆傳統(tǒng)

隨著國(guó)家特高壓工程的飛速建設(shè)，將復(fù)合材料引進(jìn)特高壓工程成為研究熱門課題。2012年，寧東～紹興±800千伏特高壓直流輸電線路工程啟動(dòng)。國(guó)網(wǎng)公司提議，以寧紹線為依托，繼續(xù)開(kāi)展特高壓直流復(fù)合塔的研究。鑒于西北院已有兩個(gè)工程的成功經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)的重任于是又落在了肩頭。

在寧東～紹興±800千伏特高壓直流輸電線路工程中，西北院開(kāi)展了特高壓直流線路工程中應(yīng)用免橫擔(dān)組合絕緣子的研究，首次提出了轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)的概念。與常規(guī)桿塔相比，±800千伏復(fù)合材料轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)塔，可以說(shuō)顛覆了以往輸電桿塔橫擔(dān)越固定越好的設(shè)計(jì)理念。正常情況下，輸電桿塔前后側(cè)導(dǎo)線的拉力是平衡的，但是一旦發(fā)生導(dǎo)線縱向出現(xiàn)不平衡力的情況，這種平衡就會(huì)被打破，對(duì)塔身產(chǎn)生扭矩。傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)增大塔身構(gòu)件來(lái)抵抗破壞，造成塔重變得很大。而復(fù)合材料轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)塔則是通過(guò)在塔身連接處增加轉(zhuǎn)盤，讓橫擔(dān)可以隨著不平衡力發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到新的平衡，這樣設(shè)計(jì)時(shí)不必選擇過(guò)大的構(gòu)件，從而降低塔重。

另一方面，設(shè)計(jì)人員對(duì)橫擔(dān)布置進(jìn)行了優(yōu)化，將平橫擔(dān)改為上翹橫擔(dān)布置，在保持橫擔(dān)絕緣距離不變的前提下，一方面減小了線路走廊，另一方面改善了桿塔受力，進(jìn)一步降低鐵塔造價(jià)。在西北院不懈的努力下，世界首基±800千伏復(fù)合材料轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)塔就此誕生！經(jīng)測(cè)算，單塔降低本體投資約17%！

再戰(zhàn)錫勝線，特高壓又奏凱歌

“特高壓直流復(fù)合材料塔的研發(fā)已經(jīng)取得了成功，應(yīng)該加大投入攻克特高壓交流復(fù)合材料塔這最后的難關(guān)?！眹?guó)網(wǎng)公司再次做出指示。于是，西北院在復(fù)合材料塔的研發(fā)之路上繼續(xù)邁進(jìn)。

2016年，西北院依托錫盟～勝利1000千伏特高壓交流線路工程，深入開(kāi)展了《新型復(fù)合橫擔(dān)塔在特高壓輸電線路中的應(yīng)用》專題技術(shù)研究，在充分利用以上研究成果基礎(chǔ)上，對(duì)1000千伏特高壓交流單回路復(fù)合橫擔(dān)塔的電磁環(huán)境、絕緣配置、金具研制、塔型選擇、橫擔(dān)布置方案、節(jié)點(diǎn)型式等方面均進(jìn)行了深入的分析論證，全面系統(tǒng)地完成了材料試驗(yàn)、構(gòu)件疲勞試驗(yàn)、橫擔(dān)過(guò)載試驗(yàn)、覆雪污耐壓試驗(yàn)、電氣性能驗(yàn)證試驗(yàn)，以及電場(chǎng)仿真和結(jié)構(gòu)有限元分析，終于成功研制出世界首基特高壓交流單回路復(fù)合橫擔(dān)塔，并于本文開(kāi)篇所述時(shí)間完成了真型試驗(yàn)和電氣試驗(yàn)。

試驗(yàn)成功后，現(xiàn)場(chǎng)的國(guó)家電網(wǎng)公司副總經(jīng)理劉澤洪第一時(shí)間表示了祝賀，也提出了下一步工作要求：“應(yīng)加強(qiáng)和繼續(xù)開(kāi)展復(fù)合橫擔(dān)塔在1000千伏特高壓交流雙回線路工程的應(yīng)用研究，并形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在后續(xù)工程中推廣使用。”因此，西北院的復(fù)合材料塔研發(fā)之路依舊任重而道遠(yuǎn)?？上驳氖?，通過(guò)多年的復(fù)合材料桿塔研發(fā)，西北院已經(jīng)培養(yǎng)了一批骨干力量，形成了老中青結(jié)合的階梯式工作團(tuán)隊(duì)，有經(jīng)驗(yàn)、有能力也有勇氣承擔(dān)起后續(xù)的研發(fā)設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)制定工作。

后 記

如今，西北院在復(fù)合材料方面的研究已日漸成熟，取得的成果也越來(lái)越多。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從2009年開(kāi)始，在國(guó)家電網(wǎng)公司的堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，西北院作為主體研發(fā)設(shè)計(jì)單位，發(fā)表論文20余篇，取得3項(xiàng)發(fā)明專利、4項(xiàng)實(shí)用新型專利，1項(xiàng)專有技術(shù)，制定了2本技術(shù)規(guī)程規(guī)范，正在申請(qǐng)2項(xiàng)發(fā)明專利，已經(jīng)初步形成了各電壓等級(jí)復(fù)合材料桿塔整套研發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)。

雖然取得了如此豐碩的成果，但是復(fù)合材料輸電塔未來(lái)的研究依然任重道遠(yuǎn)。西北院將繼續(xù)研究后續(xù)施工、運(yùn)行等成套方案的優(yōu)化工作，尤其是加強(qiáng)復(fù)合橫擔(dān)塔在1000千伏特高壓交流雙回路工程的應(yīng)用研究，加強(qiáng)復(fù)合材料塔野外自然環(huán)境耐久性和全壽命周期成本的研究，以形成系統(tǒng)完整的配套解決方案，為復(fù)合材料塔能夠批量的投入使用做更充足的準(zhǔn)備。