吳才亮

摘 要：隨著電網(wǎng)建設(shè)的迅速發(fā)展，越來越多的輸電線路需要通過復(fù)雜的地形及惡劣的氣候條地區(qū)，文章針對某工程的微地形、微氣象（兩微）情形，論述了“兩微”地區(qū)線路的風(fēng)速確定方法和線路設(shè)計優(yōu)化措施。

關(guān)鍵詞：微地形；微氣象；輸電線路；設(shè)計

中圖分類號：TM726.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）11-0108-02

微地形是相對于大地形而言，是大地形中一個局部的狹小范圍。微氣象是因地形等因素的影響，使得該地點某些氣象因子（如風(fēng)、冰）特別增強，超過該地整個區(qū)段的氣象因子，從而可能危及輸電線路安全運行的氣象點。微地形和微氣象一般同時存在，故簡稱為“兩微”。

“兩微”主要有以下類別：埡口型、高山分水嶺型、水氣增大型、地形抬升型、峽谷風(fēng)道型和綜合疊加型。根據(jù)國內(nèi)多起桿塔傾倒、斷線事故的分析報告，暴露出線路設(shè)計時對運行環(huán)境考慮不到位，個別的微地形微氣象點往往因為多種原因?qū)е嘛L(fēng)速的大小超過了設(shè)計的安全范圍，因此本文以某跨江段線路為例，淺談“兩微”情況下風(fēng)速的確定方法和設(shè)計優(yōu)化措施。

1 案例簡介

1.1 線路概況

110 kV××T接線路工程，由220 kV××站110 kV構(gòu)架起，止于××#117塔，新建線路全長17.51 km，導(dǎo)線型號為JL/LB1A-

630/45型鋁包鋼芯鋁絞線，地線1根為JLB 40-80型鋁包鋼絞線，1根為OPGW光纜，導(dǎo)地線參數(shù)見表1。該線路NF42～NF43段跨越×江，跨越檔距841 m，跨越耐張段為NF41～NF44段，耐張段代表檔距為699 m，全線設(shè)計基本風(fēng)速按28.2 m/s考慮。

1.2 地形地貌及氣象條件

本工程NF41～NF44所處地形如圖1所示，其斷面和排塔結(jié)果如圖2所示。該段線路NF41～NF44段所處地形為平原與山地的交界地帶，NF42、NF43分別位于東江的兩邊，其中NF42位于平原側(cè)，NF43位于山地上，兩塔高差為23.7 m。因該段跨越檔距小于1 000 m且桿塔全高不超過100 m，不符合大跨越設(shè)計范疇，但該段線路處于平原與山地的交界地帶，且中間跨越×江，因該段線路處于平原與山地交界地帶，地形呈抬升趨勢，加之東江兩側(cè)有山丘阻擋，使得跨越段線路為風(fēng)口地段，屬于“兩微”中的綜合疊加型，需考慮微地形微氣象情況。

2 設(shè)計基本風(fēng)速取值

2.1 基本風(fēng)速確定原則

因該段線路跨越東江，考慮“兩微”情況，其設(shè)計風(fēng)速根據(jù)以下原則確定：

①地面粗糙度類別取B類。

②設(shè)計風(fēng)速宜將陸上輸電線路的風(fēng)速值換算到跨越處歷年大風(fēng)季節(jié)平均最低水位以上10 m處。

③河面寬度大于200 m時，宜考慮水面光滑對風(fēng)速增大的影響，影響系數(shù)在0.02～0.1之間取值，對應(yīng)200～1 000 m寬度的河流，大于1 000 m河流取0.1。

2.2 基本風(fēng)速計算

設(shè)計風(fēng)速的換算可按公式（1）計算確定。

式中：

Vz為線路設(shè)計高度為Z處的風(fēng)速，m/s；

V0為基本風(fēng)速（重現(xiàn)期內(nèi)離地高度10 m、10 min時距），m/s；

Z為設(shè)計高度，m；

Kα為修正系數(shù)；

α為地面粗糙度指數(shù)。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》折算的常用Kα、α見表2。

本線路所在地粗糙度為B類，取根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀缶仲Y料，本線路陸上平均高程10 m，離地10 m，高30 a一遇10 min時距最大風(fēng)速為28.2 m/s。根據(jù)當(dāng)?shù)睾降谰痔峁┵Y料，該河流歷年大風(fēng)季節(jié)平均最低水位為0 m，與陸上平均高程差值為10 m，根據(jù)原則2，最低水位以上10 m，即0 m處風(fēng)速為28.2 m/s。

線路設(shè)計的基本風(fēng)速為桿塔所在地面以上10 m處，則實際為最低水位以上20 m，根據(jù)公式（1），Z取20，Kα取1.0，α取0.16，V0為28.2，計算得V20=31.5 m/s。

根據(jù)原則3，該跨江段河面寬度為590 m，因此水面光滑影響系數(shù)取0.06，則考慮水面光滑影響后的線路設(shè)計基本風(fēng)速為33.4 m/s。因此本跨江段線路的設(shè)計風(fēng)速應(yīng)由28.2 m/s提高至33.4 m/s。

3 針對微地形的設(shè)計改進(jìn)

3.1 導(dǎo)地線放松掛線

因該段線路桿塔高度較高，且受地形影響，導(dǎo)線平均高度不能按正常的15 m考慮，其實際導(dǎo)線平均高度可按下式計算。

Hv=H-L-2Fm/3（2）

式中：

H為桿塔下橫擔(dān)相對于基本風(fēng)速處高差，m；

L為懸垂串長，m；

Fm為導(dǎo)線最大弧垂，m。

根據(jù)以上公式，從斷面圖中可以看出H為87 m，設(shè)計懸垂串長L為2.5 m，按正常放線確定的最大弧垂為60 m，則計算出Hv為44.5 m。則根據(jù)公式（2），可計算導(dǎo)線平均高度處的最大風(fēng)速值為42.4 m/s，這比正常導(dǎo)線平均高度15 m處的風(fēng)速30 m/s大了40%多，因此必須對風(fēng)速為42.4 m/s時的懸掛點應(yīng)力進(jìn)行校驗。

本工程正常段導(dǎo)線安全系數(shù)K=3.2，年平系數(shù)取0.25，根據(jù)導(dǎo)線15 m高度風(fēng)速計算的特性表測算，若風(fēng)速達(dá)到42.4 m/s時，掛線點應(yīng)力已超過導(dǎo)線拉斷力的77%，不滿足規(guī)范要求。因此需對該段線路放松掛線，這樣不僅可以減小導(dǎo)線最大使用應(yīng)力，還能降低導(dǎo)線平均高度。通過試湊，確定安全系數(shù)為3.4時可保證掛線點應(yīng)力不超過導(dǎo)線拉斷力的77%。

3.2 優(yōu)化耐張段配置

本跨江段本身選線路徑即為獨立耐張段，但根據(jù)線路轉(zhuǎn)角度數(shù)選擇的轉(zhuǎn)角塔分別為J2、J3型轉(zhuǎn)角，通過對該段線路放松掛線，造成兩轉(zhuǎn)角塔前后存在不平衡張力，另外在最大風(fēng)來臨時，平原段和上山段導(dǎo)地線的風(fēng)速也會因微地形的影響而不同，導(dǎo)致轉(zhuǎn)角塔兩側(cè)的張力存在較大差值，根據(jù)工程經(jīng)驗，有必要將普通轉(zhuǎn)角塔換為JD型終端塔，而根據(jù)對JD型終端塔結(jié)構(gòu)驗算，也能夠滿足設(shè)計條件。

NF42、NF43原先采用1E2BZK型直線跨越塔，該類型桿塔按29 m/s基本風(fēng)速設(shè)計，得出基本風(fēng)速對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算，發(fā)現(xiàn)桿塔需要更換大量桿件，因此將NF42、NF43桿塔更換為設(shè)計基本風(fēng)速為33 m/s的1Z2CZK型跨越塔，能夠滿足該跨江段的設(shè)計條件。

3.3 掛線金具串優(yōu)化

3.3.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

因該處跨越較為重要，根據(jù)《110-750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》第13.0.10條，懸垂絕緣子串采用兩個獨立單聯(lián)串，同時在線夾處使用預(yù)絞絲護線條代替鋁包帶，以加大對導(dǎo)線的保護，防止線夾處導(dǎo)線的磨損。

3.3.2 電氣優(yōu)化

因該處為平原與山地的交界地段，且桿塔全高超過90 m，根據(jù)《110-750 kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》第7.0.3條，全高超過40 m有地線的桿塔，高度每增加10 m，懸垂絕緣子的干弧距離需相應(yīng)增加1片相當(dāng)于146 mm的絕緣子，因此NF42、NF43桿塔的符合絕緣子的干弧距離至少應(yīng)為12片146 mm的絕緣子，即1 752 mm。本工程最終選用了FXBW4-110/100-G型絕緣子，該絕緣子結(jié)構(gòu)高度為2 150 mm，泄漏距離為6 300 mm，干弧距離為1 900 mm，機電荷載為100 kN。

4 結(jié) 語

輸電線路安全穩(wěn)定的關(guān)鍵在于設(shè)計氣象條件的確定，而對于非覆冰區(qū)，基本風(fēng)速的確定又是設(shè)計氣象的關(guān)鍵。輸電線路設(shè)計應(yīng)根據(jù)線路的地形特征，分析論證工程中是否存在“兩微”情形，并根據(jù)合理的設(shè)計風(fēng)速取值原則及方法確定設(shè)計風(fēng)速，并根據(jù)修正后的設(shè)計風(fēng)速對線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

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