山區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速取值分析

王亮星 朱浩

智方工程設(shè)計(jì)有限公司武漢分公司 湖北 武漢 430000

山區(qū)輸電線路，由于路徑區(qū)地形復(fù)雜，且風(fēng)速觀測(cè)資料有限，因此要準(zhǔn)確分析確定山區(qū)輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值是較為困難，需要多方面的分析論證。

以下以一個(gè)工程實(shí)例說(shuō)明山區(qū)輸電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值的分析計(jì)算方法。

1 工程概況和設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期的確定

某輸電線路位于湖北神農(nóng)架山區(qū)，地貌為山地，海拔較高，高差較大，沿線海拔在400～1100m之間。

本例是35kV輸電線路，設(shè)計(jì)風(fēng)速的重現(xiàn)期為30年一遇，高度為離地面10m高，風(fēng)速時(shí)距為10min平均最大值[1]。

2 氣象站風(fēng)速的分析計(jì)算及移用至路徑區(qū)

輸電線路設(shè)計(jì)風(fēng)速的分析確定應(yīng)該以附近氣象站的歷年實(shí)測(cè)最大風(fēng)速資料的分析計(jì)算結(jié)果為依據(jù)。

根據(jù)收資，本工程附近的縣城建有氣象觀測(cè)站，氣象站觀測(cè)場(chǎng)距離項(xiàng)目最近點(diǎn)約45km，海拔高程454.5m，具有建站以來(lái)（1976～2017年）共41年的歷年最大風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)。

在對(duì)歷年最大風(fēng)速資料進(jìn)行頻率計(jì)算前，需對(duì)風(fēng)速資料進(jìn)行高度訂正和次時(shí)訂正。

2.1 高度訂正

我國(guó)氣象站風(fēng)速儀距離地面的高度一般設(shè)置為10m左右，但具體高度略有差別，必須根據(jù)風(fēng)速儀距離地面的高度訂正到規(guī)范要求的離地10m高的風(fēng)速。風(fēng)速訂正公式如下：

Vz=V1(Z/Z1)a

式中：VZ—高度為Z處的風(fēng)速（m/s）；V1—高度為Z1處的風(fēng)速（m/s）；Z—設(shè)計(jì)高度（m），本例為10m；Z1—風(fēng)速儀距離地面的高度（m）；α—地面粗糙度系數(shù)，與觀測(cè)場(chǎng)及周邊地區(qū)的地形地貌和地表物體類別有關(guān)，本例取0.16。

2.2 次時(shí)訂正

由于觀測(cè)儀器的不同，每天觀測(cè)次數(shù)及時(shí)距也不同。因此，需要對(duì)定時(shí)觀測(cè)資料進(jìn)行觀測(cè)次數(shù)和時(shí)距的訂正，訂正到規(guī)范要求的自記10min平均最大風(fēng)速。次時(shí)訂正公式如下：

V10min=aV2min+b

式中：V10min—自記10min平均最大風(fēng)速（m/s）；V2min—定時(shí)2min平均最大風(fēng)速（m/s）；a、b—訂正系數(shù)，應(yīng)采用當(dāng)?shù)胤治龀晒驅(qū)崪y(cè)資料計(jì)算確定，本例a取1.03、b取3.76。

2.3 頻率計(jì)算

通過(guò)高度訂正和次時(shí)訂正，得到氣象站歷年（1976～2017年）離地10m高自記10min的平均最大風(fēng)速，進(jìn)行頻率計(jì)算。頻率計(jì)算方法可采用極值Ⅰ型或P—Ⅲ型。本例采用極值Ⅰ型的計(jì)算結(jié)果，得氣象站30年一遇離地10m高自記10min平均最大風(fēng)速為27.57m/s。

2.4 氣象站風(fēng)速移用至路徑區(qū)

本例氣象站位于神農(nóng)架某縣城附近，地貌為山地，海拔454.5m，其風(fēng)速計(jì)算值對(duì)一般山地具有一定的代表性。本工程路徑區(qū)海拔較高，在400～1200m之間，尤其是位于山頂、山口、山脊及迎風(fēng)面的路段，風(fēng)速較氣象站風(fēng)速大。根據(jù)《電力工程氣象勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》，與大風(fēng)方向一致的風(fēng)口等地貌的山區(qū)風(fēng)壓，調(diào)整系數(shù)為1.20～1.50；考慮到氣象站本身位于山區(qū)，對(duì)中低山地貌具有一定的代表性，調(diào)整系數(shù)取較低值1.20。

地形修正涉及風(fēng)速與風(fēng)壓的轉(zhuǎn)換，風(fēng)速和風(fēng)壓的換算公式如下：

W=KvV2

公式中：W—風(fēng)壓（kN/m2）；V—離地10m高自記10min平均最大風(fēng)速（m/s）；Kv—風(fēng)壓系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下取1/1600。

本例氣象站30年一遇離地10m高計(jì)算風(fēng)速為27.57m/s，換算成風(fēng)壓為0.48kN/m2，調(diào)整后風(fēng)壓為0.58kN/m2，換算成風(fēng)速為30.5m/s。因此，考慮地形修正，調(diào)整后高山區(qū)風(fēng)速達(dá)到30.5m/s，接近于31m/s。

3 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[2]》中風(fēng)壓推算的風(fēng)速值

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》可查出距離路徑區(qū)最近的城市的風(fēng)壓數(shù)值，計(jì)算出30年一遇風(fēng)壓值，然后推算出對(duì)應(yīng)的風(fēng)速，并進(jìn)行必要的地形修正，供工程選用。

本工程路徑區(qū)附近具有風(fēng)壓值的城市，10年、50年和100年一遇風(fēng)壓值分別為0.25、0.40和0.45kN/m2，其30年一遇風(fēng)壓值可根據(jù)以下公式推算。

X30=X10+（X100-X10）（ln30/ln10-1）

式中：X30、X10、X100分別為30年、10年、100年一遇離地10m高處風(fēng)壓值。

經(jīng)計(jì)算，該城市相應(yīng)30年一遇風(fēng)壓為0.345kN/m2。由于該城市海拔較低，本工程路徑位于山區(qū)，部分路徑為高山大嶺，因此，需要進(jìn)行地形修正。根據(jù)《電力工程氣象勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》，與大風(fēng)方向一致的風(fēng)口等地貌的山區(qū)風(fēng)壓，調(diào)整系數(shù)為1.20～1.50，氣象站30年一遇風(fēng)壓為0.345kN/m2，調(diào)整后風(fēng)壓值達(dá)到0.41～0.52kN/m2，換算成風(fēng)速為25.6～28.8m/s，調(diào)整后山區(qū)最大風(fēng)速接近29m/s。

4 附近已建線路設(shè)計(jì)風(fēng)速取值及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

工程點(diǎn)附近已建輸電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)是新建工程設(shè)計(jì)風(fēng)速取值的重要參考依據(jù)。

本工程位于神農(nóng)架山區(qū)，根據(jù)收資，附近有一條已建的110kV輸電線路，該線路最高點(diǎn)海拔約800m左右，設(shè)計(jì)風(fēng)速取值為29m/s，運(yùn)行以來(lái)未發(fā)生因大風(fēng)造成的事故。

5 設(shè)計(jì)風(fēng)速取值分析

根據(jù)本工程附近氣象站的風(fēng)速計(jì)算結(jié)果、風(fēng)壓推算的風(fēng)速值，以及沿線地形地貌、海拔高度，考慮地形因素的風(fēng)速調(diào)整分析，和附近已建線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)綜合分析，本工程設(shè)計(jì)風(fēng)速取值建議中低山區(qū)（海拔控制在850m以下）取29m/s，高山區(qū)（海拔在850～1200m之間）取31m/s。

6 結(jié)束語(yǔ)

山區(qū)輸電線路經(jīng)過(guò)地區(qū)往往缺乏實(shí)測(cè)風(fēng)速資料，附近市（縣）氣象站雖有風(fēng)速觀測(cè)資料，但是對(duì)路徑區(qū)的代表性較差，不能直接引用。準(zhǔn)確分析確定輸電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速取值較為困難，因此，需要盡可能多的搜集路徑區(qū)附近與風(fēng)速相關(guān)的資料，多方面多角度地進(jìn)行分析計(jì)算，并綜合比較，從而確定一個(gè)比較合理的設(shè)計(jì)風(fēng)速的取值。