宋 俊，王瑋瑋，桂紅華

(1.中國電力規(guī)劃設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)，北京 10020；2.中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430071)

近年來，以糯扎渡水電站開發(fā)為代表一系列工程，極大刺激了云南電網(wǎng)事業(yè)的發(fā)展，主要表現(xiàn)在云廣直流、糯扎渡送電廣東直流等位于高海拔地區(qū)的輸電工程相繼上馬。由于高海拔地區(qū)空氣密度較小，基本風(fēng)壓計(jì)算公式ω0＝v2/1600沒有考慮空氣密度的影響，不能簡(jiǎn)單應(yīng)用于高海拔地區(qū)，必須對(duì)其進(jìn)行空氣密度修正，否則會(huì)導(dǎo)致過大的計(jì)算誤差。

云南思茅地區(qū)作為糯扎渡送電廣東直流、思茅至通寶等輸電工程的起點(diǎn)，其接地級(jí)線路基本風(fēng)速的合理確定，對(duì)這一系列工程經(jīng)濟(jì)造價(jià)、安全運(yùn)行具有重大意義。

1 基本風(fēng)壓的定義

現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009－2001)(2006版)(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》)規(guī)定基本風(fēng)壓是指風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0 m 高度處10 min平均的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50 年一遇最大值確定的風(fēng)速，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按公式ω0＝ρv2/2確定的風(fēng)壓?；撅L(fēng)壓要能反映本地區(qū)較大范圍內(nèi)的氣象特點(diǎn)，避免局部地形和環(huán)境的影響。現(xiàn)在，國內(nèi)氣象站多采用風(fēng)杯式自記風(fēng)速儀，在確定風(fēng)壓時(shí)，必須考慮各臺(tái)站觀測(cè)當(dāng)時(shí)的空氣密度。從《規(guī)范》附錄D基本雪壓和風(fēng)壓的確定方法，可查得考慮空氣密度的公式為：

由公式(1)又可推導(dǎo)出由基本風(fēng)壓計(jì)算基本風(fēng)速的公式如下：

式中：ω0為基本風(fēng)壓，v0為50年一遇的基本風(fēng)速，ρ為空氣密度。

《規(guī)范》條文說明中指出，以往國內(nèi)的風(fēng)速記錄大多數(shù)根據(jù)風(fēng)壓板的觀測(cè)結(jié)果，刻度所反映的風(fēng)速實(shí)際上是統(tǒng)一根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的空氣密度1.25 kg/m3按上述公式反算而得，因此以往在按該風(fēng)速確定風(fēng)壓時(shí)，可統(tǒng)一按公式ω0＝v2/1600計(jì)算。

標(biāo)準(zhǔn)空氣密度是標(biāo)準(zhǔn)大氣壓1013 hPa(水銀柱高為760 mm標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下、溫度為15℃時(shí)、緯度45°的海平面處計(jì)算出來的，該公式為：

其中，干空氣重度r= 12.25 Pa，g= 9.8 m/s2，可得ρ=1.25 kg/m3，將式 (3)代回式 (2)，可推演出在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由基本風(fēng)壓值計(jì)算基本風(fēng)速的公式：

在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由基本風(fēng)速計(jì)算基本風(fēng)壓的公式：

2 送電線路基準(zhǔn)風(fēng)壓計(jì)算公式

根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)定，基本風(fēng)速應(yīng)根據(jù)沿線氣象資料的數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)果，參考《規(guī)范》的風(fēng)壓圖以及附近已有線路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定。其中，110 kV～330 kV輸電線路重現(xiàn)期為30年一遇；500 kV、750 kV輸電線路重現(xiàn)期為50年一遇。

現(xiàn)行送電線路相關(guān)導(dǎo)則中關(guān)于導(dǎo)線及地線、桿塔以及絕緣子基準(zhǔn)風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值，統(tǒng)一采用如下簡(jiǎn)化公式計(jì)算：

v為離地10m高度處的基本風(fēng)速。可見，現(xiàn)行送電相關(guān)導(dǎo)則中計(jì)算基準(zhǔn)風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)值采用公式實(shí)際上是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下由基本風(fēng)速計(jì)算基本風(fēng)壓的公式(5)。這樣采用，用以往風(fēng)壓板測(cè)出的風(fēng)速計(jì)算時(shí)是正確的；在低海拔地區(qū)，如海拔為30 m的地區(qū)應(yīng)該采用ω0＝v2/1605，采用簡(jiǎn)化公式計(jì)算出的基準(zhǔn)風(fēng)壓只是偏大0.3%，其區(qū)別也不大；但海拔達(dá)到1000 m的地區(qū)，應(yīng)該采用ω0＝v2/1768，采用簡(jiǎn)化公式計(jì)算結(jié)果偏大了10.5%。

3 思茅地區(qū)基準(zhǔn)風(fēng)壓取值

3.1 思茅地區(qū)基本風(fēng)速的計(jì)算

以思茅地區(qū)接地極線路為例，據(jù)相關(guān)規(guī)范，500 kV接地極線路按照220 kV輸電線路設(shè)計(jì)要求考慮，其基本風(fēng)速的設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為30年一遇。思茅氣象站經(jīng)緯度為100°58′E、22°47′N，海拔高度1302.1 m。10、50、100年一遇的風(fēng)壓值分別為：0.25、0.45、0.55 kN/m2。

由于《規(guī)范》根據(jù)新的觀測(cè)資料重新對(duì)全國各氣象臺(tái)站統(tǒng)計(jì)了風(fēng)壓和雪壓，并將風(fēng)雪荷載的基本值的重新期由30年一遇改為50年一遇，故還需根據(jù)下式轉(zhuǎn)換為其他重現(xiàn)期R對(duì)應(yīng)風(fēng)壓值：

其中，x100、x10分別為100年一遇風(fēng)壓值、10年一遇風(fēng)壓值。若求思茅地區(qū)30年一遇風(fēng)壓值，則根據(jù)式(7)算得該值約為0.39 kN/m2。

若以常用簡(jiǎn)化公式 由風(fēng)壓計(jì)算風(fēng)速，則思茅地區(qū)30年一遇基本風(fēng)速約為25.1 m/s。但是云南的地理位置具有海拔高、緯度低特點(diǎn)，與簡(jiǎn)化公式中標(biāo)準(zhǔn)空氣密度要求有較大差別，故空氣密度需要重新求算?！兑?guī)范》中給出了密度隨海拔高度變化的簡(jiǎn)要計(jì)算公式：

思茅地區(qū)的海拔高度z=1302 m，代入式(8)計(jì)算得空氣密度ρ＝0.0011 t/m3＝1.1 kg/m3，再由式 ，可推出思茅地區(qū)30年一遇基本風(fēng)速約為26.7 m/s。

可見，采用簡(jiǎn)化公式 計(jì)算結(jié)果偏小，不安全。本工程30年一遇的基本風(fēng)速推薦采用由風(fēng)壓推算值26.7 m/s(近年來思茅氣象站周圍建設(shè)了不少高樓房，采用實(shí)測(cè)風(fēng)速計(jì)算值較小)。

3.2 接地極線路基準(zhǔn)風(fēng)壓的計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)算，思茅地區(qū)30年一遇基本風(fēng)速為26.7 m/s，據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)定的計(jì)算公式ω0＝v2/1600計(jì)算出思茅地區(qū)30年一遇基準(zhǔn)風(fēng)壓為0.45 kN/m2。從以上基本風(fēng)速的計(jì)算過程可知，該地區(qū)30年一遇實(shí)際基準(zhǔn)風(fēng)壓為0.39 kN/m2，計(jì)算值偏大了15%。如果設(shè)計(jì)專業(yè)知道水文氣象專業(yè)基本風(fēng)速的取值過程，直接采用0.39 kN/m2作為接地極線路的基準(zhǔn)風(fēng)壓就不會(huì)出現(xiàn)取值偏大的現(xiàn)象，無需采用ω0＝v2/1600進(jìn)行計(jì)算。可見，公式的使用條件錯(cuò)誤還可導(dǎo)致送電線路各專業(yè)之間接口的計(jì)算錯(cuò)誤。

4 誤差分析

從式(2)、(8)可看出，隨著海拔高度增高，密度ρ不斷減小，基本風(fēng)速相應(yīng)地不斷增加。由于簡(jiǎn)化計(jì)算的vf不考慮密度變化，所以總是小于真值vt，故式(9)可以簡(jiǎn)化為：

采用常規(guī)簡(jiǎn)化公式ω0＝v2/1600計(jì)算出的基準(zhǔn)風(fēng)壓值一般偏大，偏大的相對(duì)誤差計(jì)算公式：

5 結(jié)語

(1) 《規(guī)范》中的基本風(fēng)壓值對(duì)城市附近空曠平坦地區(qū)的代表性較好，而輸電線路多走在荒山大嶺，因此還需考慮微地形、微氣象的影響，才能得出工程地點(diǎn)可靠的風(fēng)壓值。

(2) 當(dāng)線路位于高海拔地區(qū)，若由氣象站自記觀測(cè)儀器實(shí)測(cè)的風(fēng)速經(jīng)過統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出或由公式 推算，并統(tǒng)一采用簡(jiǎn)化公式 計(jì)算導(dǎo)線及地線、桿塔以及絕緣子的基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，由于未考慮空氣密度的影響，所計(jì)算的基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值偏大，造成了浪費(fèi)。

(3) 當(dāng)線路位于高海拔地區(qū)，若按常用公式推算得出基本風(fēng)速時(shí)，其計(jì)算的風(fēng)速值一般偏小，基準(zhǔn)風(fēng)壓的計(jì)算結(jié)果偏小，偏于不安全。

(4)在工程設(shè)計(jì)過程中，建議相關(guān)專業(yè)多溝通協(xié)商，氣象報(bào)告中寫明設(shè)計(jì)風(fēng)速及基本風(fēng)壓的計(jì)算方法，以避免設(shè)計(jì)專業(yè)重復(fù)考慮，造成計(jì)算錯(cuò)誤。

(5)基準(zhǔn)風(fēng)壓計(jì)算公式在中國廣大的低海拔地區(qū)應(yīng)用時(shí)誤差不大，但在高海拔地區(qū)的誤差較大。當(dāng)海拔在1000 m以上時(shí)，其基準(zhǔn)風(fēng)壓的計(jì)算誤差超過了10%。

[1]DL/T5158－2002，電力工程氣象勘測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]．

[2]GB50009－2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]．

[3]Q/DG1－D005－2009，110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則[S]．