某330 kV高壓輸電線路風災事故原因分析

晁 銳

（中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司，陜西 西安 710054）

某330 kV高壓輸電線路風災事故原因分析

晁 銳

（中國能源建設集團陜西省電力設計院有限公司，陜西 西安 710054）

受大風災害影響，造成某330 kV高壓輸電線路7基鐵塔倒塌、1基鐵塔嚴重受損的事故。本文從桿塔的分布和利用、風速以及微地形微氣象特點等方面分析了事故原因，認為本次事故主要是由稀遇大風引起，稀遇大風在微地形微氣候段風速進一步增大，造成了鐵塔的傾倒。此外，耐張段長度過長加劇了災害。在事故分析的基礎上，提出了線路修復的措施以及預防此類災害的建議。

輸電線路；風災；最大風速；極大風速；微地形；微氣象。

輸電桿塔作為電網輸電線路的重要組成部分，為導地線提供支撐作用并保證足夠的安全距離。一旦輸電線路出現倒塔斷線，便會造成大面積停電事故，不僅給電力企業造成重大損失，而且直接影響生產建設和人民的生活秩序。近年來，極端天氣現象愈加頻繁，特別是大風和覆冰災害給輸電線路的安全運行造成了極大的危害。針對大風災害引發的某330 kV輸電線路的倒塔事故，本文從多個方面分析了事故原因，并提出了應對此類災害的措施和建議。

1　概述

2013年8月4日，榆林地區出現強對流颶風天氣，普降暴雨、冰雹，造成某330 kV輸電線路發生倒塔跳閘事故，其中7基鐵塔傾倒，1基鐵塔扭轉。次發生事故的330 kV輸電線路于1999年投運，線路全長約130 km，共295基桿塔，導線采用2×LGJ—300/40雙分裂鋼芯鋁絞線。線路氣象條件按西北Ⅲ級氣象區設計，其中設計風速的標準為15 m高15年一遇10 min平均最大風速，取值為30 m/s，折算到10 m高度為28.1 m/s。本次事故中倒塌的鐵塔均為我國第一代330 kV送電線路鐵塔84A塔型，在我國西北地區大量工程中使用過，使用和運行經驗豐富。

根據現場勘查，本次大風災害造成330 kV線路35#塔～40#塔、46#塔共7基直線鐵塔倒塌，41#塔扭轉，導線多處斷股和斷線。桿塔的傾倒方向較為一致，均為東偏南；位于上述330 kV線路西側約600 m平行走線的110 kV線路在本次大風災害中倒塔2基，多處斷線斷股，其傾倒方向也為東偏南。此外，事故段南北走向的10 kV配網線路幾乎全部倒桿斷線，附近許多直徑40、50 cm的楊樹被連根拔起，傾倒方向大多為東偏南。

2　桿塔情況分析

2.1鐵塔材質分析

事故發生后，針對現場倒塌的鐵塔逐基進行主材取樣，分別進行了常溫拉伸性能試驗、沖擊試驗和化學成分分析。經檢驗，送檢的材質均符合相關的規程規范標準，為合格產品，因此排除了鐵塔因材質而存在的隱患問題。

2.2受損鐵塔分布

根據事故統計結果，本次事故中35#塔～40#塔、46#塔共7基直線鐵塔倒塌，41#塔扭轉，受損的鐵塔均為直線塔，耐張塔無一受損。事故中的33#～43#這一個耐張段損失最為嚴重的，該段長度為4661 m，共分布9基直線塔，其中連續6基鐵塔發生串倒，另1基扭轉；而相鄰的耐張段（43#～45#）長度為533 m，共分布3基鐵塔，該耐張段同樣處于風暴中心，但鐵塔和導線均未受損。顯然，A段的長度過長，直線塔過多的連續分布加劇了本次事故災害程度。因此，建議在線路修復時將38#塔更換為耐張塔，縮短A段的耐張段長度。

2.3線路檔距利用情況

實際線路中各基鐵塔檔距使用率不盡相同，在荷載相同時，實際檔距（特別是水平檔距）使用率高、呼高較高的鐵塔抵抗超載能力相對較小，會首先發生超載倒塌。本次事故中受損的各基鐵塔的呼高和檔距利用情況見表1。

表1　受損鐵塔實際檔距利用率

從表1可以看出，37#和38#的水平檔距利用率均在90%以上，同時37#和38#的呼高達到34 m，受極端荷載的影響，這兩基鐵塔更易發生超載倒塌，這兩基鐵塔處于本次事故的中心也正好印證了這一點。在這兩基鐵塔倒塌過程中，由于導地線的牽扯，將會對相同耐張段的鄰檔鐵塔造成不平衡張力或沖擊荷載，而此時這些鐵塔受大風作用也處于超載的臨界狀態，突然增加的附加荷載會造成倒塌連鎖反應，發生鐵塔串倒情況，最終造成了A段受損最為嚴重的情況。此外，46#號鐵塔的水平檔距利用率達到了93.7%，受極端風荷載的影響，在本次事故中也造成了倒塔事故。

3　氣象站風速分析

3.1附近氣象站概況

本線路附近共有2座氣象站，分別為榆陽區氣象站和世紀廣場區域氣象站。榆陽區氣象站（以下簡稱“榆陽站”）為國家基本氣象觀測站，地處北緯38°16′，東經109°47′，海拔高度1157.0m，資料年限較長，至今積累了50多年的氣象觀測資料，觀測記錄規范，資料可靠性高。榆陽站位于線路事故段西北側約3～7.5 km，事故段線路塔位處的海拔高度介于1080～1120 m之間，與榆陽站的海拔相當，因此，榆陽站對本線路一般地段風速具有較好的代表性。世紀廣場區域氣象站（以下簡稱“世紀廣場站”）位于榆林市區世紀廣場內，海拔高度約1060 m，該氣象站位于線路事故段西北側約5～9 km，對本線路也具有一定的代表性。兩氣象站與本線路事故段的相對位置見圖1。

圖1　氣象站與事故地段線路路徑的相對位置圖

3.2最大風速的頻率計算

根據《電力工程氣象勘測技術規程》（DL/5158-2012）第3.3.1條規定，當氣象站有連續25年以上的年最大風速資料時，可直接進行頻率計算推求氣象站設計風速。氣象站設計風速應采用P-III型分布或極值I型分布進行頻率計算。

為了更好的分析本次事故，搜集了榆陽站1971～2013年共43年逐年自記10 min平均最大風速資料，分別采用極值I型和P-Ⅲ型分布對最大風速進行頻率計算，頻率計算圖見圖2，計算結果統計表見表2。

表2　榆陽站10 m高10 min平均最大風速的頻率計算

圖2　榆陽站最大風速頻率計算圖

從表2可知，榆陽站15年一遇10 m高10 min平均最大風速為20.2～20.9 m/s之間，換算到15 m高度最大風速為21.6～22.3 m/s，而原線路設計風速采用30 m/s，因此原線路設計風速取值合理。

3.3風速重現期分析

《地面氣象觀測規范》（2003版）中對“最大風速”和“極大風速”的定義如下：最大風速是指在某個時段內出現的最大10 min平均風速值。極大風速（陣風）是指某個時段內出現的最大瞬時風速值。瞬時風速是指3 s的平均風速。

大風過程往往持續時間較短，但是最大風速反映的是10 min內風速的平均值，因此，最大風速難以反映實際風速造成的損失情況。所以，采用極大風速分析本次事故更為合理。

根據氣象部門提供的資料，事發時榆陽站實測的最大風速僅為18.0 m/s，相當于5～10年一遇風速；然而同時實測的極大風速卻達到了29.7 m/s，超過了該站100年一遇最大風速，因此本次大風災害屬于稀遇的突發事故。

4　微地形微氣象分析

微氣象是指由于下墊面的某些特征所引起的近地面大氣層中小范圍氣候特點，這種小范圍的氣候特點一般表現在個別氣象的數值上，有時表現在個別天氣現象（如風、霧、霜、雨凇等）上。微地形是相對大地形而言，它是大地形中的一個局部的狹小的范圍。在一個具體的山地，通常由于局地形而使各氣象因子在小范圍內產生綜合巨變，使得該地點某些氣候因子特別增強，故微地形與微氣象密切相關，不可分割。這種微地形特征使氣象因素發生了驟變，它在電線覆冰及大風形成上反映十分明顯。微地形多種多樣，但從對大風的影響來看，應是那些有利于大風生成、發展和加重的局部地段，如埡口、谷口、山頂等。

本次發生事故的330 kV輸電線路運行時間較長，在當時的設計中未考慮微地形微氣候的影響。但是根據相關的試驗研究，與平地風速相比，山谷中軸線上的最大風速高出了33%，山丘峰頂最大風速更是高出了44%。事發時榆陽站的實測極大風速為29.7 m/s，推算的山谷中軸線和山丘峰頂的極大風速應為39.5 m/s和42.8 m/s。

經過現場勘查，事故倒塔段地形復雜，微地形特點顯著。37#和38#塔跨越山谷（見圖3），符合埡口微地形特點；35#、36#、39#、40#和46#塔均處于山梁頂部。因此，事故段線路在事故發生時的實際風速應該達到39.5 m/s（10 m高）以上，超過設計風速28.1 m/s（10 m高）40%以上。

倒塔事故的中心位于37#和38#鐵塔之間，此處兩基鐵塔正好跨越山谷，當時的大風風向為西偏北，與山谷走向基本一致，由于狹管效應的作用，使其效力達到極大，從而使鐵塔風荷載嚴重超載，引起了鐵塔的倒塌，見圖3。

圖3　37#和38#鐵塔之間的地形

46#地處孤立的山梁頂部，事故現場植被稀疏，大風經過迎風坡地表的加速作用，使風速在山梁頂部達到最大，加上46#鐵塔水平檔距利用率達到93.7%，從而造成了46#鐵塔的倒塌事故。

5　結語

（1）本次強對流天氣引發的大風災害是本次事故的主要原因。事發時代表性氣象站實測的極大風速達到了29.7 m/s，超過了該站100年一遇最大風速，而事故線路設計風速標準僅為15年一遇，因此本次大風災害屬于稀遇的突發事故。

（2）事故線路段的代表性氣象站15 m高度15年一遇最大風速為21.6～22.3 m/s，而原線路設計風速采用30 m/s，因此原線路設計風速取值合理，建議事故段線路修復時仍采用原設計風速。

（3）現行《電力工程氣象勘測技術規程》采用最大風速資料統計設計風速，但大風過程往往持續時間較短，最大風速反映的10 min內風速的平均值有時難以反映實際風速造成的損失情況，配合分析極大風速，可更好反映大風情況。因此，建議在極大風速資料充分的情況下，可統計極大風速作為確定設計風速時參考。

（4）原線路設計時未考慮微地形微氣候的影響，但微地形微氣候地段風速增大顯著，對輸電線路危害大，建議在輸電線路的規劃和設計中加強微地形微氣象的研究。

（5）耐張段過長加劇了本次災害的損失程度，建議在線路修復時縮短耐張段長度，將38#塔更換為耐張塔，

（6）由于運行時間較長的線路在當時設計時甚少考慮微地形微氣候影響，建議對在役的輸電線路進行微地形微氣候篩查，及時進行加固和改造，提高輸電線路抵御氣象災害的能力。同時，線路在經過微地形地段時，應適當縮短耐張段長度，加強桿塔設計，適當降低桿塔利用率。

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Analysis on Wind Disaster
of a 330 kV High Voltage Transmission Line

CHAO Rui
（Shaanxi Electric Power Design Institute，Xi'an 710054， China）

A 330 kV high voltage transmission line was destroyed by wind hazard， with seven transmission towers collapsed and one tower damaged seriously. According to the analysis of the distribution and utilization of towers ，wind speed ， micro topography and microclimate， the main reason of the disaster is the rare wind hazard，and the wind speed strengthened further in the microtopography， with the towers collapsed. In addition，it aggravated the degree of the disaster that the length of the strain section is too long. On this basis， the article puts forward the measures to deal with the disaster and prevent the similarity one.

transmission line； wind hazard； maximum wind speed； extreme wind speed； microtopography；microclimate.

P425

B

1671-9913（2016）03-0043-05

2015-03-19

晁銳（1985- ），男，陜西禮泉人，碩士，工程師，主要從事電力工程水文氣象勘測工作。