蔡 鈞，傅鵬程

(華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200001)

近年來，有許多設(shè)計(jì)院參加了國外輸電線路工程的設(shè)計(jì)工作，國外工程一般都要按業(yè)主提出的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，輸電線路工程風(fēng)荷載計(jì)算國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)是：國際標(biāo)準(zhǔn)《Design criteria of overhead transmission lines》(IEC 60826-2003) (以下簡稱IEC) 、美國標(biāo)準(zhǔn)《Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading》(ASCE 74-2009)(以下簡稱ASCE)。與我國《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50545-2010)(以下簡稱GB)在風(fēng)壓高度變化系數(shù)上有較大差異。正確理解之間的差異對(duì)掌握和運(yùn)用IEC、ASCE標(biāo)準(zhǔn)有很重用的意義。

1 風(fēng)壓高度變化系數(shù)在風(fēng)荷載計(jì)算的作用

在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度而增大。但在風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，均是以10m高的風(fēng)速為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算的，高度對(duì)風(fēng)荷載的影響是通過風(fēng)壓高度變化系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。各標(biāo)準(zhǔn)的桿塔風(fēng)壓計(jì)算公式見表1，從公式可見，風(fēng)壓高度變化系數(shù)與風(fēng)壓值成正比。

表1 各標(biāo)準(zhǔn)的桿塔風(fēng)壓計(jì)算公式

2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)與地面粗糙度的關(guān)系

當(dāng)氣壓場(chǎng)隨高度不變時(shí)，風(fēng)速隨高度增大的規(guī)律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度。因此，風(fēng)壓高度變化系數(shù)與地面粗糙度有很大的關(guān)系。

IEC、GB把地面粗糙度可分為A、B、C、D四類，相對(duì)應(yīng)的地形描敘如下：

A類：指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

C類：指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類：指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。

ASCE的分類與GB和IEC有較大的差別，僅分為三類，即B、C、D類，從分類的地形描述上可以將ACSE中的B類等同于GB和IEC中的C類；ACSE中的C類等同于GB和IEC中的B類；ASCE中的D類等同于GB和IEC中的A類。各標(biāo)準(zhǔn)不同地形類別的風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算公式見表2。

表2 各標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算公式

按上述公式計(jì)算各標(biāo)準(zhǔn)60m高的風(fēng)壓高度變化系數(shù)見表3、表4及表5。

表3 GB 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

表4 ASCE風(fēng)壓高度變化系數(shù)

表5 IEC風(fēng)壓高度變化系數(shù)

3 不同標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)的差異

從表3～表5可以看出，各標(biāo)準(zhǔn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)的計(jì)算公式不一樣，其值也不一樣?？偟囊?guī)律是GB、IEC、ASCE的風(fēng)壓高度變化系數(shù)都是隨高度而增加；GB比ASCE在數(shù)值上稍偏大；IEC與GB和ASCE在數(shù)值上有較大的差別，且在規(guī)律上也與GB相反，GB從A類到D類是從大變小，而IEC從A類到D類是從小變大。引起差別的原因筆者認(rèn)為有如下兩點(diǎn)：

(1)從風(fēng)荷載計(jì)算公式來看，GB和ASCE公式中除有風(fēng)壓高度變化系數(shù)外、分別還有風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)、陣風(fēng)系數(shù)，它們的作用就是考慮風(fēng)的脈動(dòng)影響因素。而IEC中僅有風(fēng)壓高度變化系數(shù)，那么風(fēng)的脈動(dòng)影響因素如何考慮？筆者認(rèn)為IEC中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)中綜合了風(fēng)的脈動(dòng)影響因素，即IEC中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)包含了高度和風(fēng)的脈動(dòng)影響，因此其值要比僅含高度影響的GB和ASCE公式中風(fēng)壓高度變化系數(shù)要大。

(2)在風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)GB和ASCE風(fēng)速按VRB(B類地形類別所得的基本風(fēng)速)計(jì)算，而IEC的風(fēng)速則還要以B類地形類別所得的基本風(fēng)速，根據(jù)實(shí)際地形類別按VR=KR·VRB式作轉(zhuǎn)換，KR取值見表6。

表6 IEC標(biāo)準(zhǔn)地形修正系數(shù)

這點(diǎn)十分重要，如果未能正確理解IEC標(biāo)準(zhǔn)，疏忽了這一點(diǎn)，將造成A地形下的風(fēng)載載少16.64%，線路將不安全；C地形下的風(fēng)荷載多27.75%，D地形下的風(fēng)荷載多55.11%，造成工程量增加，失去投標(biāo)競(jìng)爭(zhēng)力。

為了搞清之間的關(guān)系，進(jìn)行一些還原處理，風(fēng)速按GB和ASCE一樣考慮，則IEC風(fēng)壓高度變化系數(shù)公式作如表7。

表7 修改后的IEC標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)公式

修改后的風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表8：其值從A到D是從大變小，的規(guī)律與GB和ASCE就一致了。

表8 修改后的IEC標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓高度變化系數(shù)

IEC的風(fēng)壓高度變化系數(shù)包含了風(fēng)的高度影響和風(fēng)的脈動(dòng)影響，將IEC中的G 除以GB中的后，剩下風(fēng)的脈動(dòng)影響。即與GB相當(dāng)?shù)娘L(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)見表9。

表9 ITC相當(dāng)于GB的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)

從表9可以發(fā)現(xiàn)：

(1)隨高度的增加風(fēng)的脈動(dòng)影響減小；

(2)地面粗糙度越大風(fēng)的脈動(dòng)影響越大；

(3)與GB隨高度增加而增大的規(guī)律相反。

4 結(jié)語

(1)從表面上看IEC各地形類別下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)比GB和ASCE大，經(jīng)分析，筆者認(rèn)為IEC中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)中綜合了風(fēng)的脈動(dòng)影響因素，即IEC中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)中包含有高度和風(fēng)的脈動(dòng)影響，經(jīng)還原分析后，高度對(duì)風(fēng)荷載影響的規(guī)律基本一致。

(2)在風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)GB和ASCE風(fēng)速按VRB計(jì)算，IEC的風(fēng)速則要根據(jù)地形類別按VR=KR·VRB計(jì)算。也是標(biāo)準(zhǔn)差異的關(guān)鍵點(diǎn)。

(3)從IEC標(biāo)準(zhǔn)可以得出，地面粗糙度小，風(fēng)速將增加，風(fēng)的脈動(dòng)影響小；地面粗糙大，風(fēng)速將降低，而風(fēng)的脈動(dòng)影響增大。因此合理確定地形類別十分重要。

(4)IEC風(fēng)的脈動(dòng)影響隨高度的增加而減小，與GB風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)隨高度增加而增加的規(guī)律相反。風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)直接關(guān)系到風(fēng)荷載值，對(duì)工程造價(jià)有較大的影響，結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)，對(duì)此作進(jìn)一步的研究十分必要。

[1]GB50545-2010，110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]DL/T5154-2002，架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定[S].

[3]IEC 60826-2003，Design criteria of overhead transmission lines[S].

[4]ASCE 74-2009，Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading[S].