丁 劍

(上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 上海 200434)

在我國(guó)“一帶一路”戰(zhàn)略的指引下，國(guó)內(nèi)工程公司承接國(guó)外項(xiàng)目的機(jī)會(huì)越來越多，因此熟悉國(guó)外工程建設(shè)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維等各階段的規(guī)程規(guī)范變得非常的迫切。

由中國(guó)水利電力對(duì)外公司投資興建的尼泊爾上馬蒂水電站工程位于尼泊爾博克拉市，該工程配套建設(shè)一條輸電線路接入尼泊爾電網(wǎng)。根據(jù)尼泊爾電網(wǎng)公司要求，該線路設(shè)計(jì)需采用印度規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本工程輸電線路采用交流同塔雙回132 kV架空電壓等級(jí)輸送，線路路徑長(zhǎng)度約11 km，導(dǎo)線采用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)1xBear型鋼芯鋁絞線，地線采用雙地線設(shè)計(jì)，一側(cè)采用OPGW光纖復(fù)合地線，另一側(cè)采用IEC標(biāo)準(zhǔn)的JLB20A-80型鋁包鋼絞線。

根據(jù)前期收集資料，當(dāng)?shù)刈罡邭鉁貫?5℃，年平氣溫為32℃，最低氣溫為0℃，無覆冰情況，當(dāng)?shù)仫L(fēng)速為第2風(fēng)速分區(qū)，無歷年最大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)成果。

輸電線路風(fēng)荷載的大小直接影響到導(dǎo)地線、鐵塔和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，對(duì)工程的安全性和造價(jià)影響很大[1]，因此有必要掌握印度規(guī)范的具體規(guī)定。本文主要對(duì)印度輸電線路規(guī)范風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，為國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)單位對(duì)尼泊爾甚至是印度輸電線路設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

印度輸電線路規(guī)范為《Use of Structual Steel in Overhead Transmissio Line Towers-Code of Pratice》[2](IS 802：2015)(以下簡(jiǎn)稱“印度規(guī)范”)是由印度結(jié)構(gòu)工程組織委員會(huì)制定，土木工程委員為通過批準(zhǔn)，印度標(biāo)準(zhǔn)局采用的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范自1967年出版以來，已修改四版，該版本為最新版使用規(guī)范。主要包括兩個(gè)大類，其中第一大類又包括五個(gè)部門，本文主要對(duì)印度規(guī)范的第一大類的第一部分即 IS 802(Part 1/Sec 1)：2015中有關(guān)風(fēng)荷載的規(guī)定進(jìn)行說明。同時(shí)將印度規(guī)范和我國(guó)輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50545-2010)[3](以下簡(jiǎn)稱中國(guó)規(guī)范)中有關(guān)風(fēng)荷載的規(guī)定進(jìn)行比較和分析。

1 風(fēng)荷載重現(xiàn)期

印度規(guī)范中風(fēng)荷載的重現(xiàn)期與線路的可靠性等級(jí)有關(guān)[4]，分別將輸電線路按重現(xiàn)期50年、150年和500年劃分為1、2和3三種等級(jí)，并規(guī)定，級(jí)別1適用于400 kV以下的輸電線路，級(jí)別2適用于400 kV以上的輸電線路；級(jí)別3適用于跨越河流的大跨越以及具有特殊型式的輸電線路。

由中印規(guī)范對(duì)風(fēng)荷載重現(xiàn)期的規(guī)定可以看出，重現(xiàn)期均與電壓等級(jí)有關(guān)，對(duì)于同等電壓等級(jí)的輸電線路，中國(guó)規(guī)范風(fēng)荷載的重現(xiàn)期低于印度規(guī)范。

2 風(fēng)速計(jì)算

2.1 基本風(fēng)速計(jì)算

印度規(guī)范按照50年重現(xiàn)期10 m高度3 s陣風(fēng)風(fēng)速，并將全國(guó)分為6個(gè)風(fēng)速分區(qū)，給出了全國(guó)基本風(fēng)速分布圖，其基本風(fēng)速分為33、39、44、47、50、55 m/s[2]。

印度規(guī)范同時(shí)給出了10 min風(fēng)速與3 s風(fēng)速的換算關(guān)系，即VR=Vb/K0，式中，VR為10 min風(fēng)速；Vb為3 s風(fēng)速；K0為轉(zhuǎn)換系數(shù)，其值為1.375。

尼泊爾同樣根據(jù)印度的標(biāo)準(zhǔn)繪制出了尼泊爾的全國(guó)風(fēng)區(qū)分布圖，本工程所在區(qū)域的基本風(fēng)速為39 m/s。

中印規(guī)范都引入了基本風(fēng)速的概念，只是在平均時(shí)距上有差別，但印度規(guī)范給出了換算關(guān)系，可以認(rèn)為中印規(guī)范在平均時(shí)距上是一致的。

目前，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司都繪制了轄區(qū)各省的基本風(fēng)速分布圖，可以認(rèn)為中印規(guī)范在使用基本風(fēng)速的的手段上是一樣的。

2.2 設(shè)計(jì)風(fēng)速

印度規(guī)范引入了設(shè)計(jì)風(fēng)速的概念，同時(shí)規(guī)定設(shè)計(jì)風(fēng)速的計(jì)算公式為：Vd=VRK1K2，式中，K1為風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，其取值與風(fēng)速分區(qū)和輸電線路可靠性等級(jí)有關(guān)，見表1；K2為地面粗糙度系數(shù)，其取值與地貌類別有關(guān)，見表2。

表1 印度規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)K1表

表2 印度規(guī)范地面粗糙度系數(shù)K2表

中印規(guī)范都考慮了地面粗糙度對(duì)風(fēng)速的影響，但是系數(shù)不一致，中國(guó)規(guī)范沒有考慮風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)的影響，但是在400 kV及以下線路，風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為1.0，可以認(rèn)為在400 kV及以上線路，印度規(guī)范對(duì)風(fēng)速的取值偏于保守。

2.3 風(fēng)壓

3 計(jì)算公式

印度規(guī)范將輸電線路的風(fēng)荷載分為作用于導(dǎo)地線的線條風(fēng)荷載、作用于桿塔的風(fēng)荷載和作用于絕緣子串的風(fēng)荷載，并給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。

3.1 線條風(fēng)荷載

印度規(guī)范的線條風(fēng)荷載為FWC=(Pdsin2Ω)LdGCCdc，式中，Ω為導(dǎo)線或地線與風(fēng)向之間的的夾角；L為桿塔的水平檔距；d為導(dǎo)地線外徑；Cdc為導(dǎo)地線阻力系數(shù)，導(dǎo)線取1.0，地線取1.2；GC為陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)，與地面粗糙度、導(dǎo)地線高度和代表檔距有關(guān)，其數(shù)值見表3。

表3 導(dǎo)地線陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)表

3.2 桿塔風(fēng)荷載

印度規(guī)范的桿塔風(fēng)荷載為Fwt=Pd(1+0.2sin22θ)(AeLCdtLcos2θ+AeTCdtTsin2θ)GT，式中，θ為橫擔(dān)與風(fēng)向之間的的夾角；CdtL和CdtT為垂直橫擔(dān)和平行橫擔(dān)方向的構(gòu)件阻力系數(shù)，與填充系數(shù)有關(guān)，其值見表4；AeL和AeT為構(gòu)件的垂直橫擔(dān)和平行橫擔(dān)方向的投影面積計(jì)算值；GT為陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)，與地面粗糙度和桿件高度有關(guān)，其值見表5。

表4 構(gòu)件阻力系數(shù)表

表5 陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)表

3.3 絕緣子串風(fēng)荷載

印度規(guī)范的絕緣子串風(fēng)荷載為FWi=PdAiGiCdi，式中，Cdi為絕緣子串阻力系數(shù)，取值1.2；Ai為絕緣子串承受風(fēng)壓面積；Gi為絕緣子串陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)，與絕緣子串高度有關(guān)，其值與桿塔的陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)數(shù)值相同。

4 風(fēng)荷載計(jì)算

以本工程的DA塔型為例，結(jié)合工程實(shí)際分別計(jì)算12、21 m和30 m呼稱高度對(duì)應(yīng)的導(dǎo)地線、絕緣子串和桿塔風(fēng)荷載，同時(shí)將中國(guó)規(guī)范與印度規(guī)范的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 計(jì)算條件

DA塔型設(shè)計(jì)條件見表6，各呼稱高度對(duì)應(yīng)的導(dǎo)地線和塔高見表7。

表6 DA塔型設(shè)計(jì)條件表

表7 DA塔型各呼稱高度對(duì)應(yīng)的導(dǎo)地線和塔高

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)中印規(guī)范計(jì)算出的DA塔型導(dǎo)地線、絕緣子串和桿塔風(fēng)荷載的結(jié)果見表8。

5 結(jié) 語

通過對(duì)中印規(guī)范風(fēng)荷載的計(jì)算對(duì)比可知，印度規(guī)范導(dǎo)地線風(fēng)荷載和絕緣子串風(fēng)荷載大于中國(guó)規(guī)范，但隨著高度越高，兩者之間的比值越來越??；當(dāng)桿塔較矮時(shí)，印度規(guī)范桿塔風(fēng)荷載大于中國(guó)規(guī)范，當(dāng)鐵塔較高時(shí)，印度規(guī)范桿塔風(fēng)荷載小于中國(guó)規(guī)范。

表8 DA塔型設(shè)計(jì)條件表