山区输电线路设计风速取值分析

2018-02-16王亮星朱浩

建筑与装饰 2018年12期

关键词：气象站风压本例

王亮星朱浩

智方工程设计有限公司武汉分公司湖北武汉 430000

山区输电线路，由于路径区地形复杂，且风速观测资料有限，因此要准确分析确定山区输电线路设计风速的取值是较为困难，需要多方面的分析论证。

以下以一个工程实例说明山区输电线路的设计风速取值的分析计算方法。

1 工程概况和设计风速重现期的确定

某输电线路位于湖北神农架山区，地貌为山地，海拔较高，高差较大，沿线海拔在400～1100m之间。

本例是35kV输电线路，设计风速的重现期为30年一遇，高度为离地面10m高，风速时距为10min平均最大值[1]。

2 气象站风速的分析计算及移用至路径区

输电线路设计风速的分析确定应该以附近气象站的历年实测最大风速资料的分析计算结果为依据。

根据收资，本工程附近的县城建有气象观测站，气象站观测场距离项目最近点约45km，海拔高程454.5m，具有建站以来（1976～2017年）共41年的历年最大风速观测数据。

在对历年最大风速资料进行频率计算前，需对风速资料进行高度订正和次时订正。

2.1 高度订正

我国气象站风速仪距离地面的高度一般设置为10m左右，但具体高度略有差别，必须根据风速仪距离地面的高度订正到规范要求的离地10m高的风速。风速订正公式如下：

Vz=V1(Z/Z1)a

式中：VZ—高度为Z处的风速（m/s）；V1—高度为Z1处的风速（m/s）；Z—设计高度（m），本例为10m；Z1—风速仪距离地面的高度（m）；α—地面粗糙度系数，与观测场及周边地区的地形地貌和地表物体类别有关，本例取0.16。

2.2 次时订正

由于观测仪器的不同，每天观测次数及时距也不同。因此，需要对定时观测资料进行观测次数和时距的订正，订正到规范要求的自记10min平均最大风速。次时订正公式如下：

V10min=aV2min+b

式中：V10min—自记10min平均最大风速（m/s）；V2min—定时2min平均最大风速（m/s）；a、b—订正系数，应采用当地分析成果或实测资料计算确定，本例a取1.03、b取3.76。

2.3 频率计算

通过高度订正和次时订正，得到气象站历年（1976～2017年）离地10m高自记10min的平均最大风速，进行频率计算。频率计算方法可采用极值Ⅰ型或P—Ⅲ型。本例采用极值Ⅰ型的计算结果，得气象站30年一遇离地10m高自记10min平均最大风速为27.57m/s。

2.4 气象站风速移用至路径区

本例气象站位于神农架某县城附近，地貌为山地，海拔454.5m，其风速计算值对一般山地具有一定的代表性。本工程路径区海拔较高，在400～1200m之间，尤其是位于山顶、山口、山脊及迎风面的路段，风速较气象站风速大。根据《电力工程气象勘测技术规程》，与大风方向一致的风口等地貌的山区风压，调整系数为1.20～1.50；考虑到气象站本身位于山区，对中低山地貌具有一定的代表性，调整系数取较低值1.20。

地形修正涉及风速与风压的转换，风速和风压的换算公式如下：

W=KvV2

公式中：W—风压（kN/m2）；V—离地10m高自记10min平均最大风速（m/s）；Kv—风压系数，标准状态下取1/1600。

本例气象站30年一遇离地10m高计算风速为27.57m/s，换算成风压为0.48kN/m2，调整后风压为0.58kN/m2，换算成风速为30.5m/s。因此，考虑地形修正，调整后高山区风速达到30.5m/s，接近于31m/s。

3 《建筑结构荷载规范[2]》中风压推算的风速值

根据《建筑结构荷载规范》可查出距离路径区最近的城市的风压数值，计算出30年一遇风压值，然后推算出对应的风速，并进行必要的地形修正，供工程选用。

本工程路径区附近具有风压值的城市，10年、50年和100年一遇风压值分别为0.25、0.40和0.45kN/m2，其30年一遇风压值可根据以下公式推算。

X30=X10+（X100-X10）（ln30/ln10-1）

式中：X30、X10、X100分别为30年、10年、100年一遇离地10m高处风压值。

经计算，该城市相应30年一遇风压为0.345kN/m2。由于该城市海拔较低，本工程路径位于山区，部分路径为高山大岭，因此，需要进行地形修正。根据《电力工程气象勘测技术规程》，与大风方向一致的风口等地貌的山区风压，调整系数为1.20～1.50，气象站30年一遇风压为0.345kN/m2，调整后风压值达到0.41～0.52kN/m2，换算成风速为25.6～28.8m/s，调整后山区最大风速接近29m/s。