海南电网线路设计标准探讨

凌晨光，凌四海

（海南电力设计研究院，海口570203）

海南电网线路设计标准探讨

凌晨光，凌四海

（海南电力设计研究院，海口570203）

根据海南气象资料、规程规范，对海南电网线路设计标准、倒塔原因进行了分析，提出不宜普遍提高设计风速标准的观点。在此基础上，又根据海南热带气候的不同特点，提出制定针对海南电网线路设计标准的必要性。

台风；风速；倒塔；设计标准；“威马逊”

0 引言

海南岛属热带岛屿季风性气候，受东北和西南季风影响，热带风暴和台风频繁。近年来“达维”、“海燕”给整个海南电网造成了巨大的影响，所以提高设计标准刻不容缓。2014年7月19日，40多年来最强的台风“威马逊”登陆海南地区，使文昌、海口大范围停电，35 kV及以上线路倒杆塔累计约20余座，造成很大的经济损失和社会影响。

1 台风数据及线路杆塔损坏情况

根据海南气象台记录数据，近年登陆台风如表1所示。

表1 近年海南台风记录数据

1409号超强台风“威马逊”于2014－07－18T15∶30在海南文昌市翁田镇登陆，台风中心最大风力17级，瞬时风速达60 m／s，12级风圈半径70 km，10级风圈半径160 km，是1973年以来登陆华南的最强台风。登陆后向西偏北方向移动，经文昌冯坡、锦山，过琼州海峡。文昌及海口部分气象台站测得的数据如表2所示。

表2 文昌、海口气象台站观测数据表

“威马逊”台风对文昌、海口地区35 kV及以上线路杆塔损坏统计如表3所示，共损坏51座，其中倒杆、断杆24座，表中未一一列出。

表3 线路杆塔损坏统计表

2 设计风速取值及依据

根据GB 50545—2010《110～750 kV架空输电线路设计规范》第4.0.1及4.0.2要求，110 kV线路确定基本风速时应按当地气象台站10 min时距平均的年最大风速为样本，并宜采用极值I型分布作为概率模型，统计风速的高度离地面10 m，重现期取30年。按照上述要求，根据收集到的近40年气象资料，计算结果如表4。

表4 文昌及海口地区最大设计风速表

参照GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，海口地区风压0.75 kN／m2，琼海地区风压0.85 kN／m2；根据风压计算得出的最大设计风速为：海口33.12 m／s，琼海35.26 m／s（文昌可参照海口、琼海之间取值）。

参照附近已运行线路的最大设计风速，基本都是35 m／s。

综上，海口、文昌地区线路设计最大设计风速取值为35 m／s，验算风速取40 m／s。自2005年达维台风之后，少数线路按照40 m／s设计，验算风速取45 m／s。本次台风损坏的线路中，既有35 m／s设计，也有40 m／s设计。均符合最大设计风速取值的相关要求。

3 线路损坏分析

3.1 风速比较

将台风瞬时风速折算为设计条件下的验算风速进行比较（阵风系数取1.4），结果见表5。

表5 瞬时风速与折算风速对比表

从表3、表5不难看出，翁田、龙马、冯坡站的折算风速（t=10 min；h=15 m）均超过了40 m／s，上述站点距台风中心在10.5 km内。由此推算，仅35 kV龙翁宝线超过验算风速。

3.2 历次台风受损比较

之前的台风对35 kV及以上线路损坏很少，都是10 kV配网损坏严重。达维全网瓦解，主网也仅有2座倒塌，一座是老旧线路断线所致；另一座是洪水冲刷所致。海燕主网也有倒杆现象，主要是拉线棒、线夹锈蚀、材料缺陷等原因。威马逊台风的损坏主要集中在文昌、海口地区，共倒杆塔51座（其中倒塔27座），特别是文昌，其中有一条线路倒13座。

3.3 原因分析

从上述风速分析不难看出，设计风速取值是没有问题的，用台风实测3 s瞬时风速折算后验算，仅35 kV龙翁宝线超过设计验算风速。归纳分析有以下主要原因。

1）气象台站漏测误测。台风局地性强［1］，倒塔现场瞬时风速可能远超过气象台站实测3 s瞬时风速。

2）设计存在问题。如例杆塔结构布置不合理；杆塔强度没有达到设计要求。

3）运行维护缺陷。现场发现有倒杆线路缺少拉线。

4）施工质量存在缺陷。

5）空旷、开阔的河面，没有按照局部微地形提高设计风速。如玉洲—海甸（新埠）110 kV双回线路，跨南渡江，跨越档800 m，塔高100 m，全线40 m／s设计，跨越档没有再适当提高设计风速。

6）微地形发生变化。海南电力设计院的分析报告中，宝邑线（共倒13座）按照40 m／s设计，沿线经过林区，砍伐通道，考虑了林区的风速屏蔽因素，受屏蔽段降低设计风速，按照35 m／s设计。但从倒塔的现场看，周边已经砍伐，比较空旷。

7）材料质量可能存在缺陷。

4 设计标准的探讨

4.1 新建主网线路设计风速标准

从上文看出，尽管本次台风造成线路杆塔损坏，但原因是多方面的，并不能说明设计标准存在问题。历年的台风对主网影响大多是跳闸故障，极少有倒杆塔现象。纵有倒塔，经分析，也没有反映是设计标准存在问题。

GB 50545—2010充分考虑了2008年南方冰灾的因素，增加了事故断线的影响。海南没有冰灾问题，但设计时同样要采用该规程。

线路设计历经1979、1999、2010版规程的更新，设计风速取值也在不断增大，110～330 kV线路1999版为15年重现期，而2010版提高到30年重现期，相同高度下，风速增加约6%。

海南沿海30年重现期设计基本风速均不低于35 m／s，属一类风区。南方电网2013年颁布了《输电线路防风设计技术规范》（试行），要求一类风区导地线大风工况水平风荷载调整系数取1.3，与GB50545—2010相比，220 kV及以下线路相应导地线水平荷载提高约30%。

标准的提高，将导致投资的进一步提高。提高标准固然可以提高线路的抗风能力，但据初步测算，设计风速每提升一个等级（2 m／s），对500 kV线路本体造价约增加7.5%，对220 kV及以下线路本体造价约增加5%～7%。因此，安全运行与降低造价之间要统筹兼顾，合理平衡。

在海南同样的气候、同样的导线、同样的档距条件下，笔者统计了部分110～220 kV线路铁塔，历经1979、1999、2010版规程，单基塔重已提高50%，造价直线上升，但实际情况是：包括1999年之前设计的主网线路（使用1979版规程），在历次台风中基本安然无恙。

4.2 主网已建线路改造

已建线路，即使是2010年之前设计的线路，甚至是1999年之前设计的线路，设计时设计最大风速取值不仅根据历年气象资料计算，同时参考了海南风压分布图的计算结果，沿海地区实际取值35 m／s；中部山区为30 m／s。这样的取值，套用最新的GB50545—2010规程也是没有问题的。

历次台风，35 kV及以上线路经受住了考验。本次超强台风倒塔最多，其原因已在上文中叙述，大范围改造的理由不充分。反向思考，这样的超强台风，如果没有倒塔，是不是反而有问题，只能说明设计过于保守了。

4.3 有针对性地提高主网设计标准

建议沿海20m范围内的新建线路，按照40 m／s设计，45 m／s的风速校验。新建线路，对高塔、大档距、风口、开阔地带、峡谷等情况，需适当提高设计风速。

对已建线路，按照新建线路的要求进行复核。加强可采用局部更换塔材、整体换塔、增加杆塔、更换导线等多种方式。

4.4 制定针对海南的线路设计标准

海南是我国唯一的热带气候岛屿，除台风外，还有高温、高盐雾、高雷暴日的特点，套用全国统一的技术规程，显然不太合理。

GB 50545—2010规程10.1.10“各类杆塔在断线情况下的断线张力，以及不均匀覆冰情况下的不平衡张力均按静态荷载计算”。按照静态荷载计算，与产生张力的力的性质（永久荷载）有关；而海南线路断线的主因不是覆冰而是大风，风是可变荷载。

GB 50545—2010设计荷载组合中，相对于GB 50545—1999规程，增加了事故断线的影响。主要考虑了2008年南方冰灾的因素，但海南没有冰灾问题。

海南线路设计的控制条件，基本上是“大风”工况。而杆塔受损失坏又基本是台风的影响。台风与良态“大风”有所区别：台风的风速分布更加不均匀［2］；台风瞬时大风［3］与设计风速（10 min平均最大风速）换算很可能不符合经验值（约1.4倍的关系），本次台风所收集的数据关系是1.6倍，接近文献［4］中推荐的1.63；文昌卫星发射台提供的数据，风速的高度变化也与规程上的高度系数明显不一致。可见，台风对线路设计的影响需进一步研究，不宜简单套用良态“大风”的一些特点。

历次台风后，海南电网公司甚至南方电网公司也相应制定了一些提高标准的“硬性”规定，也需要从理论上进一步论证。

5 结语

仅根据台风导致大面积停电事故而简单的提高设计风速标准是不可取的，应当根据深层次原因和海南的气象条件，科学合理的制定出针对海南电网线路设计标准，不但可以提高电网的整体供电可靠性，而且还节约了电网投资。

［1］葛耀君，赵林，项海帆.基于极值风速预测的台风数值模型评述［J］.自然灾害学报，2003（3）：31－35.

［2］肖玉凤，段忠东，肖仪清.基于数值模拟的台风危险性分析综述I：基于Monte Carlo模拟的极值风速预测［C］.第六届全国土木工程研究生学术论坛，清华大学，2008.

［3］段忠东，欧进萍，周道成.极值风速的最优概率模型［J］.土木工程学报，2002（5）：11－16.

［4］赵林，葛耀君，项海帆.基于台风数值模拟的极值风速预测研究［C］.第十一届全国结构风工程学术会议论文集，2004.

Discussion on Hainan Power Line Design Standard

LING Chenguang，LING Sihai
（Hainan Electric Power Design&Research Institute，Haikou 570203，China）

According to the meteorological data of Hainan and relevant technical specifications，carried out is the analysis on the design criteria of grid lines and the reason of the inverted tower.It is suggested that the standard design wind speed should not be generally raised to a higher level.On this basis，in view of the different characteristics of Hainan tropical climate，it is proposed that it is necessary to formulate the standard of circuit design in Hainan.

typhoon；wind speed；inverted tower；design standards；wimason

TM75

B

1007－9904（2015）06－0047－04

2015－01－07

凌晨光（1993），男，从事送电线路设计工作；

凌四海（1964），男，高级工程师，从事送电线路设计及管理工作。