芳纶复合材料横担在配电线路上的应用

王建中，何 平，王金跃

（1.国网嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033；2.嘉兴恒创电力设计研究院，浙江 嘉兴 314033；3.嘉兴市恒创电力设备有限公司，浙江 嘉兴 314033）

芳纶复合材料横担在配电线路上的应用

王建中1，何 平2，王金跃3

（1.国网嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314033；2.嘉兴恒创电力设计研究院，浙江 嘉兴 314033；3.嘉兴市恒创电力设备有限公司，浙江 嘉兴 314033）

介绍了芳纶复合材料横担的力学、化学、热学、电学等性能，并与当前配电线路中的横担进行了性能比较，结合配电线路故障特点，就复合材料横担在配电线路的实际应用进行了相关研究，通过提高配电线路的绝缘水平，保障了配电线路的安全、可靠运行。

复合材料横担；配电线路；合成纤维；氧指数

1 芳纶复合材料的性能

芳纶全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，英文为Aramid fiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、质量轻等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而质量仅为钢丝的1/5，具有良好的绝缘性和抗老化性能，并且具有很长的使用寿命。

1.1 持久热稳定性

芳纶纤维最突出的优点是耐高温，可在220℃高温持续长久使用而不退化，其电气性能和机械性能保持长达10年之久，实现尺寸的稳定性。此外，其热收缩率仅为250℃，在目前的有机耐热纤维中，这种热稳定性非常罕见。

1.2 卓越的阻燃性

在空气中燃烧材料所需的氧的百分比被称为极限氧指数，而氧指数越大，阻燃性越好。一般而言，空气中的氧气含量为21%时，而芳纶纤维的极限氧指数大于29%，属于比较难燃纤维，所以不会在空气中燃烧，也不支持补助燃烧，因此，具有自熄性能。

1.3 优良的电气绝缘性能

芳纶纤维的介电常数很低，芳纶纤维的绝缘强度在高温、低温、高湿度下能保持良好的电绝缘性，用该方法制备的绝缘纸击穿电压可达100 000 V/mm，是世界上公认的最好的绝缘材料。

1.4 优异的化学稳定性

芳纶纤维的化学结构非常稳定，它耐高浓度无机酸，耐腐蚀、抗水解和蒸汽腐蚀。

1.5 优良的力学性能

芳纶纤维是一种柔性高分子材料，具有低刚度和高伸长率的特点，具有相同的与普通纤维的可纺性，可加工成各种传统的织物或无纺布，耐磨损、抗撕裂性强，适用范围广。

1.6 超强的耐辐射性

芳纶纤维耐α、β、Х射线以及紫外光线辐射的性能十分优异，用50 kV的Х射线辐射100 h，在纤维强度保持在本来的73%，此时，聚酯或尼龙将变成粉末。

2 配电线路横担型式及性能分析

2.1 铁横担+绝缘子

该方式为当前配电线路最常用的一种组合模式，由铁横担和各种绝缘子组合而成，其优点是通用性强，具有普遍性，运行经验成熟，可根据不同的地形、地质和气象条件进行修正，可适用于各种不同杆塔（比如直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔等）；其缺点是绝缘水平较低，难以承受直接雷和感应雷，因此，雷电感应过电压是线路绝缘闪络甚至绝缘断丝的主要原因，另外，该装置的形式不利于开展带电作业工作。

2.2 FRP复合材料横担

FRP学名为玻璃纤维增强塑料，由增强纤维和基体组成，一般用玻璃纤维增强不饱和聚脂、环氧树脂与酚醛树脂作为基体，以玻璃纤维或其制品（玻璃布、带、毡、纱等）作为增强材料的一种复合材料。其强度相当于钢，且还含有玻璃成分，具有玻璃的颜色、形状、耐腐蚀、电绝缘、隔热等性能，用该复合材料制成的绝缘横担具有优异的耐候性能，良好的机械性能、防腐性、防水防污性能，利于开展带电作业项目。该方式是近几年在国家电网公司配电线路试行的一种装置型式，但其缺点也比较明显——由于受横担抗弯强度和扰度比1%要求的影响，目前生产的FRP复合材料横担很重，安装难度大，只能用于配电线路直线杆塔上，不能用于耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔等受力杆塔上，局限性较大，不利于推广应用。

2.3 芳纶复合材料横担

由于该复合材料具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、质量轻等优良性能，可以有效弥补FRP复合材料横担存在的缺陷，其横担可应用于直线杆塔耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔等受力杆塔上，同时，还可以应用于设备杆塔，比如跌落式熔断器、负荷开关、断路器等杆型，在满足抗弯强度和扰度比1%要求的同时，实现质量轻、安装方便和利于开展带电作业等。

3 芳纶复合材料横担的应用研究

目前，配电线路故障主要是鸟害、过电压和设备故障，据统计其中鸟害故障率为42%、过电压故障率为48%、设备故障率10%，所以，通过安装芳纶复合材料横担，可提高在配电线路上的绝缘水平，可极大地减少配电线路故障，为配电网的安全、可靠运行提供有力保障。

3.1 可有效预防鸟害的发生

鸟害主要发生在配电架空裸导线线路；配电架空绝缘线路各耐张杆塔、分支杆塔、设备杆塔、电缆落火杆塔等连接处，由于配电线路绝缘子绝缘距离小、绝缘水平低，因此，每年的1—5月是鸟害故障频发时段，电力运行单位尽管每年用大量的人力、物力防鸟害，比如安装驱鸟器、加装绝缘防护罩等，但往往防不胜防、收效甚微。如果将上述故障频发点改装为芳纶复合材料横担，可提高其绝缘水平，彻底消除鸟害故障的发生。

3.2 可解决高污染区域绝缘子闪络问题

绝缘子闪络一般都发生在沿海或重污染地区，重污染区域绝缘子经过长期的运行，绝缘水平有所下降，出现过电压时就可能发生绝缘子闪络击穿故障，所以，在沿海或高污染地区建议采用芳纶复合材料横担，提高其绝缘水平，这样既可完善防雷措施，又可防止绝缘子闪络故障的发生。

3.3 可有效提升配电线路防雷水平

10 kV架空配电线路分布广泛，绝缘水平低，难以抵挡直击雷和闪电。据国外统计，配电线路遭受雷电感应占80%，感应雷的放电电流通常小于1 kA，感应过电压为200～300 kV。10 kV输电线路对过高的过电压幅值是难以承受的。因此，雷电感应过电压是线路绝缘闪络甚至绝缘断丝的主要原因。架空配电线路绝缘化对解决线树矛盾、降低瞬时性故障概率的作用较大。

3.4 有利于带电作业

配电线路采用复合材料绝缘横担，绝缘距离、线间距增大，这样为开展带电作业提供了极大的方便，也使带电作业人员在开展带电作业过程中的安全性得到了极大保证。

4 结束语

芳纶复合材料横担具有的超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、质量轻等特性，可有效防止鸟害、雷过电压和污秽闪络等配电线路常态性故障发生，大大提升了配电网的安全性和可靠性。

［1］张汶卓，徐明，杨淞朝，等.复合横担在输电线路上的应用［J］.电工技术，2015（08）.

〔编辑：张思楠〕

TB332

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.143

2095-6835（2017）24-0143-02