淺談某架空輸電線路微地形微氣象的設計優化

吳才亮

摘 要：隨著電網建設的迅速發展，越來越多的輸電線路需要通過復雜的地形及惡劣的氣候條地區，文章針對某工程的微地形、微氣象（兩微）情形，論述了“兩微”地區線路的風速確定方法和線路設計優化措施。

關鍵詞：微地形；微氣象；輸電線路；設計

中圖分類號：TM726.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0108-02

微地形是相對于大地形而言，是大地形中一個局部的狹小范圍。微氣象是因地形等因素的影響，使得該地點某些氣象因子（如風、冰）特別增強，超過該地整個區段的氣象因子，從而可能危及輸電線路安全運行的氣象點。微地形和微氣象一般同時存在，故簡稱為“兩微”。

“兩微”主要有以下類別：埡口型、高山分水嶺型、水氣增大型、地形抬升型、峽谷風道型和綜合疊加型。根據國內多起桿塔傾倒、斷線事故的分析報告，暴露出線路設計時對運行環境考慮不到位，個別的微地形微氣象點往往因為多種原因導致風速的大小超過了設計的安全范圍，因此本文以某跨江段線路為例，淺談“兩微”情況下風速的確定方法和設計優化措施。

1 案例簡介

1.1 線路概況

110 kV××T接線路工程，由220 kV××站110 kV構架起，止于××#117塔，新建線路全長17.51 km，導線型號為JL/LB1A-

630/45型鋁包鋼芯鋁絞線，地線1根為JLB 40-80型鋁包鋼絞線，1根為OPGW光纜，導地線參數見表1。該線路NF42～NF43段跨越×江，跨越檔距841 m，跨越耐張段為NF41～NF44段，耐張段代表檔距為699 m，全線設計基本風速按28.2 m/s考慮。

1.2 地形地貌及氣象條件

本工程NF41～NF44所處地形如圖1所示，其斷面和排塔結果如圖2所示。該段線路NF41～NF44段所處地形為平原與山地的交界地帶，NF42、NF43分別位于東江的兩邊，其中NF42位于平原側，NF43位于山地上，兩塔高差為23.7 m。因該段跨越檔距小于1 000 m且桿塔全高不超過100 m，不符合大跨越設計范疇，但該段線路處于平原與山地的交界地帶，且中間跨越×江，因該段線路處于平原與山地交界地帶，地形呈抬升趨勢，加之東江兩側有山丘阻擋，使得跨越段線路為風口地段，屬于“兩微”中的綜合疊加型，需考慮微地形微氣象情況。

2 設計基本風速取值

2.1 基本風速確定原則

因該段線路跨越東江，考慮“兩微”情況，其設計風速根據以下原則確定：

①地面粗糙度類別取B類。

②設計風速宜將陸上輸電線路的風速值換算到跨越處歷年大風季節平均最低水位以上10 m處。

③河面寬度大于200 m時，宜考慮水面光滑對風速增大的影響，影響系數在0.02～0.1之間取值，對應200～1 000 m寬度的河流，大于1 000 m河流取0.1。

2.2 基本風速計算

設計風速的換算可按公式（1）計算確定。

式中：

Vz為線路設計高度為Z處的風速，m/s；

V0為基本風速（重現期內離地高度10 m、10 min時距），m/s；

Z為設計高度，m；

Kα為修正系數；

α為地面粗糙度指數。

根據《建筑結構荷載規范》折算的常用Kα、α見表2。

本線路所在地粗糙度為B類，取根據當地氣象局資料，本線路陸上平均高程10 m，離地10 m，高30 a一遇10 min時距最大風速為28.2 m/s。根據當地航道局提供資料，該河流歷年大風季節平均最低水位為0 m，與陸上平均高程差值為10 m，根據原則2，最低水位以上10 m，即0 m處風速為28.2 m/s。

線路設計的基本風速為桿塔所在地面以上10 m處，則實際為最低水位以上20 m，根據公式（1），Z取20，Kα取1.0，α取0.16，V0為28.2，計算得V20=31.5 m/s。

根據原則3，該跨江段河面寬度為590 m，因此水面光滑影響系數取0.06，則考慮水面光滑影響后的線路設計基本風速為33.4 m/s。因此本跨江段線路的設計風速應由28.2 m/s提高至33.4 m/s。

3 針對微地形的設計改進

3.1 導地線放松掛線

因該段線路桿塔高度較高，且受地形影響，導線平均高度不能按正常的15 m考慮，其實際導線平均高度可按下式計算。

Hv=H-L-2Fm/3（2）

式中：

H為桿塔下橫擔相對于基本風速處高差，m；

L為懸垂串長，m；

Fm為導線最大弧垂，m。

根據以上公式，從斷面圖中可以看出H為87 m，設計懸垂串長L為2.5 m，按正常放線確定的最大弧垂為60 m，則計算出Hv為44.5 m。則根據公式（2），可計算導線平均高度處的最大風速值為42.4 m/s，這比正常導線平均高度15 m處的風速30 m/s大了40%多，因此必須對風速為42.4 m/s時的懸掛點應力進行校驗。

本工程正常段導線安全系數K=3.2，年平系數取0.25，根據導線15 m高度風速計算的特性表測算，若風速達到42.4 m/s時，掛線點應力已超過導線拉斷力的77%，不滿足規范要求。因此需對該段線路放松掛線，這樣不僅可以減小導線最大使用應力，還能降低導線平均高度。通過試湊，確定安全系數為3.4時可保證掛線點應力不超過導線拉斷力的77%。

3.2 優化耐張段配置

本跨江段本身選線路徑即為獨立耐張段，但根據線路轉角度數選擇的轉角塔分別為J2、J3型轉角，通過對該段線路放松掛線，造成兩轉角塔前后存在不平衡張力，另外在最大風來臨時，平原段和上山段導地線的風速也會因微地形的影響而不同，導致轉角塔兩側的張力存在較大差值，根據工程經驗，有必要將普通轉角塔換為JD型終端塔，而根據對JD型終端塔結構驗算，也能夠滿足設計條件。

NF42、NF43原先采用1E2BZK型直線跨越塔，該類型桿塔按29 m/s基本風速設計，得出基本風速對其進行結構驗算，發現桿塔需要更換大量桿件，因此將NF42、NF43桿塔更換為設計基本風速為33 m/s的1Z2CZK型跨越塔，能夠滿足該跨江段的設計條件。

3.3 掛線金具串優化

3.3.1 結構優化

因該處跨越較為重要，根據《110-750 kV架空輸電線路設計規范》第13.0.10條，懸垂絕緣子串采用兩個獨立單聯串，同時在線夾處使用預絞絲護線條代替鋁包帶，以加大對導線的保護，防止線夾處導線的磨損。

3.3.2 電氣優化

因該處為平原與山地的交界地段，且桿塔全高超過90 m，根據《110-750 kV架空輸電線路設計規范》第7.0.3條，全高超過40 m有地線的桿塔，高度每增加10 m，懸垂絕緣子的干弧距離需相應增加1片相當于146 mm的絕緣子，因此NF42、NF43桿塔的符合絕緣子的干弧距離至少應為12片146 mm的絕緣子，即1 752 mm。本工程最終選用了FXBW4-110/100-G型絕緣子，該絕緣子結構高度為2 150 mm，泄漏距離為6 300 mm，干弧距離為1 900 mm，機電荷載為100 kN。

4 結 語

輸電線路安全穩定的關鍵在于設計氣象條件的確定，而對于非覆冰區，基本風速的確定又是設計氣象的關鍵。輸電線路設計應根據線路的地形特征，分析論證工程中是否存在“兩微”情形，并根據合理的設計風速取值原則及方法確定設計風速，并根據修正后的設計風速對線路進行優化設計。

參考文獻：

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