沿海地區(qū)電力線路防風(fēng)能力評(píng)價(jià)體系研究

陳奕達(dá)，王海生

（海南電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究中心，海南 海口 570203）

沿海地區(qū)的臺(tái)風(fēng)災(zāi)害始終考驗(yàn)著電網(wǎng)的堅(jiān)強(qiáng)程度，現(xiàn)有輸電線路設(shè)計(jì)雖然滿足國家規(guī)程規(guī)范，但實(shí)際防風(fēng)能力卻一直沒有論證過，能抵御多強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)一直沒有明確，本文建立一套科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，并進(jìn)行分析研究。

1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)抗風(fēng)能力評(píng)價(jià)

1.1 臺(tái)風(fēng)等級(jí)與線路設(shè)計(jì)基本風(fēng)速關(guān)系

根據(jù)氣象學(xué)對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)速的定義，陣風(fēng)一般是指數(shù)秒內(nèi)的瞬時(shí)風(fēng)速，臺(tái)風(fēng)等級(jí)與10min 平均風(fēng)速值的換算關(guān)系與離岸距離、離地高度、風(fēng)速大小、空氣密度、地形地貌、地面粗糙度等因素相關(guān)，其取值在1.09 ～1.16 范圍內(nèi)，臺(tái)風(fēng)等級(jí)與10min 平均風(fēng)速值、3s 陣風(fēng)風(fēng)速值的關(guān)系如表1 所示。

注：1.2min 平均風(fēng)速值與10min平均風(fēng)速值的轉(zhuǎn)換比為1.12；3s 陣風(fēng)風(fēng)速值與10min 平均風(fēng)速值的轉(zhuǎn)換比為1.4；風(fēng)速值均為離地10m 高。

表1 臺(tái)風(fēng)等級(jí)與線路設(shè)計(jì)基本風(fēng)速換算關(guān)系

1.2 《110 ～750kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50545-2010）規(guī)范防風(fēng)能力評(píng)價(jià)。

（1）該規(guī)范500kV 送電線路的設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期調(diào)整為50 年，110 ～330kV 送電線路的重現(xiàn)期調(diào)整為30 年。

（2）為了與國標(biāo)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的統(tǒng)計(jì)風(fēng)速高度相同，方便風(fēng)速資料的收集和應(yīng)用，規(guī)范將110kV～750kV送電線路統(tǒng)計(jì)風(fēng)速高度統(tǒng)一調(diào)整為離地面10m 高。

（3）桿塔設(shè)計(jì)采用分項(xiàng)系數(shù)法，考慮活荷載分項(xiàng)系數(shù)及材料分項(xiàng)系數(shù)，其安全系數(shù)相當(dāng)于1.4×1.1=1.54。考慮了導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)βc。對(duì)于110 ～200kV 線路，βc取1.0；對(duì)于500kV 線路，βc取1.3。考慮了塔身風(fēng)調(diào)整系數(shù)。對(duì)于110 ～500kV 線路，根據(jù)桿塔高度的不同βz取1.0 ～1.6。

（4）通過鐵塔測算，對(duì)于110 ～220kV 線路，最大耐受風(fēng)速與設(shè)計(jì)風(fēng)速比值，而對(duì)于500kV 線路，。

遵循本規(guī)范設(shè)計(jì)的110 ～220kV 線路，設(shè)計(jì)風(fēng)速33m/s(10m 高)的角鋼塔最大耐受風(fēng)速為34.7m/s，為14 級(jí)臺(tái)風(fēng)下限；設(shè)計(jì)風(fēng)速35m/s(10m 高)的角鋼塔最大耐受風(fēng)速為36.8m/s，為14 級(jí)臺(tái)風(fēng)中限；而對(duì)于500kV 線路，設(shè)計(jì)風(fēng)速35m/s(10m 高)的角鋼塔最大耐受風(fēng)速為40.6m/s，為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)15 級(jí)中上限，設(shè)計(jì)風(fēng)速37m/s（10m 高）的角鋼塔最大耐受風(fēng)速為42.9m/s，為16 級(jí)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)下限。

2 輸電線路抗風(fēng)能力評(píng)價(jià)

我國《建筑荷載規(guī)范》（GB50009-2012）推薦風(fēng)、冰荷載重現(xiàn)期與荷載的關(guān)系式如下：

依據(jù)以上公式，可以推導(dǎo)出以下相關(guān)度計(jì)算公式：

需注意荷載等效重現(xiàn)期是在基準(zhǔn)氣象重現(xiàn)期的荷載上乘以荷載因子實(shí)現(xiàn)的。表1 中，荷載因子為以50 年重現(xiàn)期為基準(zhǔn)、不同重現(xiàn)期下的荷載轉(zhuǎn)換關(guān)系。而在我國標(biāo)準(zhǔn)中，可以用風(fēng)荷載計(jì)算過程中若干系數(shù)乘積（包括但不限于風(fēng)壓不均勻系數(shù)、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)等）與荷載因子的比較來判斷線路的可靠度級(jí)別，這些系數(shù)的乘積可稱為“等效因子”。

荷載等效重現(xiàn)期代表鐵塔能夠抵御的風(fēng)速概率水平。例如，當(dāng)荷載等效重現(xiàn)期為200 年時(shí)，代表鐵塔強(qiáng)度能抵御200 年一遇的風(fēng)速，而該風(fēng)速值每年被超越的概率為0.5%。荷載等效重現(xiàn)期越大，鐵塔損壞的概率越小，相應(yīng)地，工程投資就越大。

由表1 可知，可靠度為5 的線路荷載等效重現(xiàn)期為200年，相當(dāng)于美國標(biāo)準(zhǔn)的可靠度等級(jí)4，屬于美國標(biāo)準(zhǔn)的較高可靠度水平。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，16 級(jí)以上的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)出現(xiàn)的概率極低，考慮到社會(huì)發(fā)展對(duì)線路抗風(fēng)能力要求的提高，本文將可靠度級(jí)別為5 的線路評(píng)價(jià)為可靠，其他等級(jí)的可靠度評(píng)價(jià)依次降低或增加。沿海50 年一遇風(fēng)速39m/s 帶狀區(qū)域線路可靠度等級(jí)與抗風(fēng)能力的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2 所示。

表1 歐美標(biāo)準(zhǔn)荷載因子與可靠度對(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 50 年一遇風(fēng)速39m/s 區(qū)域線路可靠度等級(jí)與抗風(fēng)能力對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與可靠度對(duì)應(yīng)關(guān)系

以線路的等效因子與荷載因子相比較，從而可確定線路的可靠度級(jí)別。歷年設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的可靠度評(píng)估如表3 所示。

表3 現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與可靠度對(duì)應(yīng)關(guān)系

表3 中的等效因子為概化值，實(shí)際工程中，受導(dǎo)線型號(hào)、基本風(fēng)速、鐵塔材質(zhì)、鐵塔高度、導(dǎo)地線平均高度、重要性系數(shù)取值等多種因素的影響，等效因子與上表中數(shù)值有一定偏差，可靠度等級(jí)也可能因此發(fā)生變化。

4 結(jié)語

由此可見，按10 版設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)的輸電線路，以防16級(jí)臺(tái)風(fēng)的標(biāo)準(zhǔn)安全性評(píng)價(jià)，220kV 及以下輸電線路不可靠，500kV 輸電線路評(píng)價(jià)為可靠。因此，對(duì)于按照10 版設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)輸電線路，應(yīng)采用防風(fēng)加固改造。新建輸電線路應(yīng)進(jìn)一步提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步提升線路防風(fēng)能力，減少臺(tái)風(fēng)對(duì)輸電線路的災(zāi)害。