500kV功果橋水電站送出線路設(shè)計風(fēng)速取值分析

謝銀昌

(云南省電力設(shè)計院，云南 昆明 650011)

大風(fēng)是危害架空輸電線路鐵塔塔身及電線等柔性結(jié)構(gòu)的重要大氣現(xiàn)象。正確估算大風(fēng)，既可提高線路的抗災(zāi)能力，又可避免不必要的投資浪費。

500kV功果橋水電站送出線路，始于功果橋水電站升壓站，止于已建的500kV大理變電站。沿線海拔在1310m～2720m之間，線路全長約115.6km。

風(fēng)速基準(zhǔn)高度按《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》(GB50545－2010)的規(guī)定，本工程設(shè)計風(fēng)速的基準(zhǔn)高度為10m，重現(xiàn)期為50年。基本風(fēng)速不宜低于27m/s。

根據(jù)沿線附近氣象站的大風(fēng)記錄、風(fēng)災(zāi)調(diào)查、地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)采用的風(fēng)壓等值線圖和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合所經(jīng)地區(qū)已建輸電線路采用的設(shè)計風(fēng)速，并考慮到本工程線路大多數(shù)走在開闊的山頭上，而氣象站都處在平壩、城區(qū)內(nèi)等因素進(jìn)行綜合分析，本線路大理與巍山縣界的和尚冒～500kV大理變地段離地10m高50年一遇平均10min基本風(fēng)速為33m/s(本文將進(jìn)行重點論證)，其余地段基本風(fēng)速取27m/s。

1 氣象站設(shè)計風(fēng)速

500kV功果橋水電站送出線路工程所經(jīng)地區(qū)有云龍、永平、漾濞、巍山和大理五個氣象站。根據(jù)上述區(qū)域氣象站建站至今歷年實測最大風(fēng)速資料系列，經(jīng)高度和時距訂正后，采用耿貝爾進(jìn)行頻率計算，得到離地10m高30年、50年一遇10min平均最大風(fēng)速成果見表1。

表1 沿線各氣象站10m高10min設(shè)計風(fēng)速成果

根據(jù)上表大理氣象站10m高10min風(fēng)速成果，推算出大理地區(qū)30年至50年一遇風(fēng)速換算關(guān)系為W50=W30×1.057。

由于上述氣象站位于城區(qū)或縣城附近，受人類活動影響較大，而線路均走在海拔較高的山區(qū)，因此，氣象站最大風(fēng)速資料僅供分析參考，不宜直接采用。按電力工程氣象勘測技術(shù)規(guī)程(DL/T5158－2002)：山區(qū)風(fēng)速調(diào)整系數(shù)按1.1考慮。訂正后除大理站設(shè)計風(fēng)速(30、50年一遇設(shè)計風(fēng)速為36.7、38.8m/s；)較大外，其余各站設(shè)計風(fēng)速值均小于27m/s。

大理氣象站風(fēng)速較大，主要是因為氣象站位置正對西洱河風(fēng)槽，從河谷吹來的西南風(fēng)，進(jìn)入下關(guān)盆壩時，與洱海吹來的東南風(fēng)匯合，使得風(fēng)力增大；從西洱河吹來的西南風(fēng)受狹管效應(yīng)的影響，也是大理氣象站觀測風(fēng)速較大的原因。

2 風(fēng)壓反算設(shè)計風(fēng)速

由《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009－2001)查算得線路區(qū)域云龍～巍山段，30年、50年一遇風(fēng)壓值為0.27 kN/m2和0.30 kN/m2；大理地區(qū)30年、50年一遇風(fēng)壓值為0.60 kN/m2和0.65 kN/m2；并計算出各地區(qū)30年、50年一遇10m高10min平均最大風(fēng)速成果見表2。

表2 利用風(fēng)壓計算沿線區(qū)域設(shè)計最大風(fēng)速成果

根據(jù)上表大理地區(qū)風(fēng)壓等值線圖反算的10m高設(shè)計最大風(fēng)速成果，推算出大理地區(qū)30年至50年一遇風(fēng)速換算關(guān)系為W50=W30×1.046。

3 大風(fēng)災(zāi)害調(diào)查

本次對線路所經(jīng)地區(qū)進(jìn)行了大量的風(fēng)災(zāi)調(diào)查。調(diào)查資料表明：線路沿線除大理地區(qū)多次發(fā)生過破壞性較大，有吹倒吹斷大樹、掀翻房頂、洱海邊水泥電桿、高壓線桿吹斷等重大危害的現(xiàn)象發(fā)生，此地大風(fēng)多屬局地大風(fēng)。其余地區(qū)很少有風(fēng)災(zāi)事故。根據(jù)大風(fēng)的破壞性情況分析，估計線路區(qū)域大理地區(qū)最大風(fēng)力達(dá)11～12級，相應(yīng)風(fēng)速為28.5m/s～36.5m/s。其余地區(qū)最大風(fēng)力達(dá)9～10級，相應(yīng)風(fēng)速為20.8m/s～28.4m/s。在小范圍內(nèi)有時還會出現(xiàn)時間很短而風(fēng)力極強的颮線大風(fēng)和龍卷風(fēng)，但工程不予考慮。

4 已建線路的設(shè)計及運行情況

根據(jù)本工程線路所經(jīng)地區(qū)氣象站、地區(qū)風(fēng)壓等值線圖反算的“大理地區(qū)30年至50年一遇風(fēng)速換算關(guān)系”，考慮工程安全性、經(jīng)濟性等因素，綜合分析認(rèn)為選擇大理地區(qū)30年至50年一遇風(fēng)速換算關(guān)系為：“W50=W30×1.05”比較合理。

2003年8月，在下～昆500kV送電線工程(大理變出線至馬廠箐段)設(shè)計時，云南省電力設(shè)計院委托云南省氣象科研所對《下～昆500kV線部分地區(qū)30年一遇風(fēng)速、覆冰氣象論證報告》。該氣象論證報告采用五種方法進(jìn)行分析論證，最終推薦區(qū)域內(nèi)20m高30年一遇的最大風(fēng)速為33m/s～35.5m/s。換算為10m高50年一遇最大風(fēng)速為31m/s～33.4m/s。

500kV大理～和平輸電線路，500kV大理變至彌渡九頂山分水嶺迎風(fēng)面一段30年一遇20m高10min最大風(fēng)速按35m/s設(shè)計(10m高30年一遇最大風(fēng)速為31.3m/s)，換算為10m高50年一遇最大風(fēng)速為32.9m/s。

500kV大理變電站設(shè)計時(初步設(shè)計)，離地10m高30年一遇和50年一遇10min設(shè)計最大風(fēng)速值分別為32.2m/s和34.5m/s。

以上線路運行至今從未發(fā)生過風(fēng)災(zāi)事故。

5 大風(fēng)成因

線路經(jīng)過地區(qū)的11月至次年5月，基本上處于西風(fēng)南支急流的控制之下。它是從西亞低緯度沙漠和內(nèi)陸地區(qū)平流過來的干熱氣流，由于其北部的青藏高原對西北利亞寒流的阻擋作用，使其處于一個單一的強大而穩(wěn)定的干暖氣團(tuán)控制之下。由于受西風(fēng)南支急流的影響，沿線晴天多、日照充足，地面升溫快，熱空氣迅速上升，高空冷氣流迅速下降，易形成大風(fēng)，山區(qū)尤為明顯。大風(fēng)主要發(fā)生在春夏季節(jié)，夏季多為雷雨大風(fēng)，這種大風(fēng)多由積雨云中強對流的下沉氣流形成，來勢突然，持續(xù)時間短，風(fēng)力強，往往伴有暴雨冰雹。在小范圍內(nèi)有時還會出現(xiàn)時間很短而風(fēng)力極強的颮線大風(fēng)和龍卷風(fēng)。

大理的雪風(fēng)。是指氣流由高山沿山坡吹下來的較寒冷的強風(fēng)。多發(fā)生在冬、春兩季。這是由于高山上堆積著極冷的空氣，它比山下低地濕度低得多，這股冷氣流沿山坡下滑時，其絕熱增溫仍不足以補償這種差值，因而下降到山下的冷空氣仍很冷，當(dāng)山上與山下溫度差愈大時，風(fēng)速愈大。大理西面為海拔較高的點蒼山，東面為洱海。在冬、春季，山頂積雪幾個月不化，氣溫在0℃以下，雪面積累、冷空氣堆積到一定程度，就加速的流向山下，其風(fēng)速很大，并產(chǎn)生極大的陣風(fēng)。

6 云南大風(fēng)災(zāi)害分布

根據(jù)云南省氣象科學(xué)研究所編著的《云南省氣象災(zāi)害史料》，云南省大風(fēng)災(zāi)害分區(qū)圖見圖1。

圖1 云南省大風(fēng)災(zāi)害分區(qū)圖

7 地形地貌背景

500kV功果橋水電站送出線路的大理與巍山縣界(和尚帽)～500kV大理變地段段，長度約為5.5km，地處大理市與巍山縣交界的分水嶺，大理大風(fēng)壩風(fēng)電場的東南面。大理蒼山山脈的南端余脈，大風(fēng)時主要吹W、WSW風(fēng)，因此該線路區(qū)域受大風(fēng)影響相對小些。

8 設(shè)計基本風(fēng)速

大理氣象站地理位置為東經(jīng)100o11′、北緯25o42′，觀測場地海拔1990.50m。大理氣象站實測大風(fēng)資料表明：大風(fēng)一般發(fā)生在冬、春季節(jié)，以西風(fēng)為主。本工程線路路徑走在大理氣象站南面，在此區(qū)域內(nèi)有已建的220kV大理～保山I、II回(2005、2006年建成)線路、220kV漫灣～下關(guān)I、II回(均為1993年建成)線路，以上線路均按15m高15年一遇最大風(fēng)速30m/s設(shè)計，換算為10m高15年一遇最大風(fēng)速為28m/s，運行至今從未發(fā)生過風(fēng)災(zāi)事故。

結(jié)合本工程線路所經(jīng)地區(qū)氣象站設(shè)計風(fēng)速、地區(qū)風(fēng)壓等值線圖反算的風(fēng)速成果以及大風(fēng)災(zāi)害調(diào)查，重點參考沿線已建送電線路設(shè)計風(fēng)速的取值和運行情況，結(jié)合地區(qū)大風(fēng)成因、沿線地形、海拔等因素，確定本線路工程：離地10m高50年一遇平均10min設(shè)計基本風(fēng)速取為33m/s和27m/s。

9 結(jié)語

(1)通過據(jù)區(qū)域各個屬地氣象站設(shè)計風(fēng)速、地區(qū)風(fēng)壓等值線圖反算的風(fēng)速成果以及大風(fēng)災(zāi)害調(diào)查，重點參考沿線已建送電線路設(shè)計風(fēng)速的取值和運行情況，結(jié)合當(dāng)?shù)卮箫L(fēng)成因分類、大風(fēng)災(zāi)害區(qū)域分布和地形地貌特征的分析，且該線路建成投運后未發(fā)生過風(fēng)災(zāi)事故。表明該線路設(shè)計風(fēng)速取值依據(jù)是科學(xué)、合理的。

(2)設(shè)計風(fēng)速與線路工程的安全性和經(jīng)濟性密切相關(guān)，設(shè)計風(fēng)速取值時應(yīng)綜合分析，多方論證，在滿足現(xiàn)行規(guī)范對工程安全性能要求的前提下，提出合理設(shè)計的風(fēng)速，力爭節(jié)約工程成本、降低工程造價，提高工程的經(jīng)濟性。

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