趙建華，連 捷

(廣東省電力設計研究院，廣東 廣州 510663)

大風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。我國地域遼闊，氣候多樣，受地理位置及氣候影響，各地的大風成因及強度也各不相同，正確估算大風，既可提高線路的抗災能力，又可避免不必要的投資浪費。本文從決定設計風速密切相關的風壓系數(shù)、地貌類型、山區(qū)風速調(diào)整以及設計標準幾個方面入手，對架空輸電線路的設計風速取值進行了探討。

1 風壓系數(shù)

計算架空輸電線路的設計風速通常采用兩種方法，并根據(jù)其結(jié)果經(jīng)綜合分析確定其取值。方法一是頻率計算法，即選用具代表性氣象臺站的年最大風速系列，經(jīng)“三性”審查，次、時及高度訂正，采用皮爾遜Ⅲ型或極值Ⅰ型頻率曲線進行頻率計算。方法二是基本風壓反算法，即根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(2006版)》(GB50009-2001)確定的基本風壓，由伯努利方程計算設計風速，公式如下：

式中：v為風速(m/s)；W0為基本風壓(kN/m2)；(r/2g)為風壓系數(shù)，是當?shù)乜諝庵亓γ芏萺(容重)和重力加速度g的函數(shù)。

一般情況下，風壓系數(shù)通常選用定值1/1600。該值是在標準大氣壓下，氣壓為1013hPa，溫度為15℃時的干空氣重度r=0.01225kPa，緯度45°處的重力加速度g=9.8m/s2時求得的。因各地緯度不同，海拔各異，空氣重度與重力加速度也隨之變化，故風壓系數(shù)必為一變數(shù)。據(jù)相關分析研究，我國大部分地區(qū)風壓系數(shù)值均小于1/1600，如廣東地區(qū)為1/1760～1/1740；廣西地區(qū)約1/1750，云南地區(qū)則為1/2070～1/2040。

風壓系數(shù)在不同地區(qū)統(tǒng)一采用1/1600，不能反映各地區(qū)的差異性，更重要的將使設計風速計算值偏小，不利于線路的安全、穩(wěn)定運行。故在工程實際中應具體分析計算當?shù)仫L壓系數(shù)，不可盲目采用標準值。

2 地貌類型

在摩擦層內(nèi)，風速主要取決于氣壓場及地面粗糙度，當氣壓場不變時，地面粗糙度直接決定著風速的大小。我國現(xiàn)行規(guī)范將地面粗糙度指數(shù)α分成4類，即A類α=0.12，對應近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類α=0.16，對應田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類α=0.22，對應有密集建筑群的城市市區(qū)；D類α=0.30，對應有密集建筑群且房屋比較高的城市市區(qū)。

建筑荷載規(guī)范中基本風壓定義的標準地貌條件為B類。一般而言，線路工程跨度大，沿線地貌條件千變?nèi)f化，在確定設計風速時，需具體分析線路沿線具體狀況，按實際情況確定地面粗糙度類別，再將標準地貌的風速、風壓換算至線路沿線實際情況。根據(jù)相關統(tǒng)計分析，以B類風速、風壓為基準，由B類地貌轉(zhuǎn)換為A類地貌的風速、風壓，換算系數(shù)分別1.174、1.379；換算至C類，分別為0.785、0.616，至D類為0.564、0.318。以某濱海線路工程為例，線路沿線基本風壓為0.75kN/m2，風壓系數(shù)取1/1740，標準地貌條件下，該線路的離地10m高50年一遇10分鐘平均最大風速為36.1m/s。但由于該工程基本平行于海岸線走線，且距離海岸線在10km范圍內(nèi)，該線路的地貌類型應按A考慮，由此推求的設計風速值為42.4m/s。若不考慮不同地面粗糙度對近地層風速的影響，勢必會造成設計風速與實際不符，影響線路的安全運行。

3 山區(qū)調(diào)整

氣流行進過程中遇局地復雜地形影響，流速在一些地方減小，而另一些地方增加。如山間盆地、谷地等閉塞地形，或因氣流運動受四周地形屏障阻塞，或因進入山谷前能量消耗較大，風速較平地大為減小。而對于與大風方向一致的峽谷口、山口等束窄地區(qū)，因狹管效應風速則大為增加。對于風速風向受局部地形影響較大區(qū)域，線路設計風速的確定尚是一個難題，目前行之有效的方法是在沿線進行實地觀測，與同期長期站的觀測資料對比分析，建立相關關系，生成線路沿線的長期風速系列。華北電力設計研究院與中國氣象科學研究院曾采用Taylor-Lee模型，對華北部分地區(qū)山峰實測風速與氣象臺站觀測風速的關系進行了分析研究；西北電力設計院也曾依托工程，采用對數(shù)關系分析了風速隨海拔高度及地形的變化規(guī)律，取得了一定研究成果。但由于該問題的復雜性，以上研究成果均無普遍適應性。

根據(jù)線路設計規(guī)范，在無可靠資料的山區(qū)地區(qū)，線路設計風速可參照臨近平原地區(qū)設計風速加大10%取用。而對于山谷狹窄、收縮作用使風速加速明顯地區(qū)，風速調(diào)整系數(shù)則為平原地區(qū)的1.1～1.23倍。工程中應通過實地調(diào)查及現(xiàn)場對比觀測，分析確實合理的調(diào)整系數(shù)，在不具備開展對比觀測條件及無法進行大風調(diào)查的地區(qū)，則應從安全出發(fā)取較大值。

4 設計標準及取值

以500kV架空線路為例，我國電力行業(yè)現(xiàn)行規(guī)定的設計風速標準為“離地20m高、30年一遇10min平均最大風速，且不小于30m/s”。根據(jù)《110～750kV架空輸電線路設計規(guī)范(報批稿)》及南方電網(wǎng)公司企業(yè)標準《110～500kV架空送電線路設計技術規(guī)定(暫行)》(Q/CSG 11502-2008)，設計風速的重現(xiàn)期由30年一遇提高到50年一遇。由于我國氣象臺站記錄風速儀高度大都安裝在8～12m，為便于計算、減少換算誤差，也便于與其他行業(yè)比較，新規(guī)范也將設計高度由離地20m高調(diào)整到離地10m高，按照基本與原設計保持一致的原則，將離地20m高設計風速的最小值30m/s歸算到離地10m基準高，最小值定為27m/s。

與原規(guī)范相比，新規(guī)范的設計風速標準有所提高，即由30年一遇提高到50年一遇。根據(jù)我國各地觀測資料統(tǒng)計，50年一遇重現(xiàn)期設計風速與30年一遇設計風速比值約為0.964。在設計風速標準提高的同時，由于新、舊規(guī)范的最小值基本保持一致，執(zhí)行新規(guī)范后，線路工程的設計風速取值并未全面提高，應分以下三種情況加以區(qū)分：

⑴ 當離20m高30年一遇風速小于28.9m/s，對應的離地20m高50年一遇風速小于30m/s，按規(guī)范中最小取值條款規(guī)定，線路設計風速應采用最小值。即設計標準提高，設計風速取值并沒有提高。

⑵ 當離20m高30年一遇風速大于30m/s時，由于設計標準的提高，設計風速取值也相應提高，提高幅度為v2%/v3.3%，其平均值約為1.04。

⑶ 當離20m高30年一遇風速介于28.9m/s與30m/s之間時，30年一遇風速小于規(guī)范最小取值，但50年一遇風速已大于該值，故設計風速取值有所提高，提高幅度為1.0～1.04。

由以上分析，隨著新規(guī)范設計風速標準的提高，線路工程設計風速取值并未一致提高，這與我國各地大風災害輕重不一是相符的，即提高線路設計風速標準并不一概提高設計風速取值是合理的。

5 結(jié)語

設計風速與線路工程的安全性和經(jīng)濟性密切相關，設計風速取值時應綜合分析，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，提出合理設計的風速，力爭節(jié)約工程成本、降低工程造價，提高工程的經(jīng)濟性。

新規(guī)范已對工程的安全性做出了更高要求，但對照美、日、英等國，設計風速均采用50年一遇瞬時極大風速，粗略地估算其風壓取值比我國新標準高出30%左右。隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對電源的可靠性也提出了更高的要求，也為線路設計風速的合理取值提出了更高要求。

[1]朱瑞兆，等.應用氣候?qū)W概論[M].北京：氣象出版社，2005.

[2]張相庭.結(jié)構(gòu)風工程—理論·規(guī)范·實踐[M]，北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.