印度输电线路规范风荷载计算

丁 剑

(上海勘测设计研究院有限公司 上海 200434)

在我国“一带一路”战略的指引下，国内工程公司承接国外项目的机会越来越多，因此熟悉国外工程建设的规划、设计、施工和运维等各阶段的规程规范变得非常的迫切。

由中国水利电力对外公司投资兴建的尼泊尔上马蒂水电站工程位于尼泊尔博克拉市，该工程配套建设一条输电线路接入尼泊尔电网。根据尼泊尔电网公司要求，该线路设计需采用印度规范进行设计。

本工程输电线路采用交流同塔双回132 kV架空电压等级输送，线路路径长度约11 km，导线采用英国标准1xBear型钢芯铝绞线，地线采用双地线设计，一侧采用OPGW光纤复合地线，另一侧采用IEC标准的JLB20A-80型铝包钢绞线。

根据前期收集资料，当地最高气温为45℃，年平气温为32℃，最低气温为0℃，无覆冰情况，当地风速为第2风速分区，无历年最大风速统计成果。

输电线路风荷载的大小直接影响到导地线、铁塔和基础的设计，对工程的安全性和造价影响很大[1]，因此有必要掌握印度规范的具体规定。本文主要对印度输电线路规范风荷载进行计算，为国内设计单位对尼泊尔甚至是印度输电线路设计提供参考和借鉴。

印度输电线路规范为《Use of Structual Steel in Overhead Transmissio Line Towers-Code of Pratice》[2](IS 802：2015)(以下简称“印度规范”)是由印度结构工程组织委员会制定，土木工程委员为通过批准，印度标准局采用的现行标准。该规范自1967年出版以来，已修改四版，该版本为最新版使用规范。主要包括两个大类，其中第一大类又包括五个部门，本文主要对印度规范的第一大类的第一部分即 IS 802(Part 1/Sec 1)：2015中有关风荷载的规定进行说明。同时将印度规范和我国输电线路设计规范《110～750 kV架空输电线路设计规范》(GB50545-2010)[3](以下简称中国规范)中有关风荷载的规定进行比较和分析。

1 风荷载重现期

印度规范中风荷载的重现期与线路的可靠性等级有关[4]，分别将输电线路按重现期50年、150年和500年划分为1、2和3三种等级，并规定，级别1适用于400 kV以下的输电线路，级别2适用于400 kV以上的输电线路；级别3适用于跨越河流的大跨越以及具有特殊型式的输电线路。

由中印规范对风荷载重现期的规定可以看出，重现期均与电压等级有关，对于同等电压等级的输电线路，中国规范风荷载的重现期低于印度规范。

2 风速计算

2.1 基本风速计算

印度规范按照50年重现期10 m高度3 s阵风风速，并将全国分为6个风速分区，给出了全国基本风速分布图，其基本风速分为33、39、44、47、50、55 m/s[2]。

印度规范同时给出了10 min风速与3 s风速的换算关系，即VR=Vb/K0，式中，VR为10 min风速；Vb为3 s风速；K0为转换系数，其值为1.375。

尼泊尔同样根据印度的标准绘制出了尼泊尔的全国风区分布图，本工程所在区域的基本风速为39 m/s。

中印规范都引入了基本风速的概念，只是在平均时距上有差别，但印度规范给出了换算关系，可以认为中印规范在平均时距上是一致的。

目前，国家电网公司和南方电网公司都绘制了辖区各省的基本风速分布图，可以认为中印规范在使用基本风速的的手段上是一样的。

2.2 设计风速

印度规范引入了设计风速的概念，同时规定设计风速的计算公式为：Vd=VRK1K2，式中，K1为风险系数，其取值与风速分区和输电线路可靠性等级有关，见表1；K2为地面粗糙度系数，其取值与地貌类别有关，见表2。

表1 印度规范风险系数K1表

表2 印度规范地面粗糙度系数K2表

中印规范都考虑了地面粗糙度对风速的影响，但是系数不一致，中国规范没有考虑风险系数的影响，但是在400 kV及以下线路，风险系数为1.0，可以认为在400 kV及以上线路，印度规范对风速的取值偏于保守。

2.3 风压

3 计算公式

印度规范将输电线路的风荷载分为作用于导地线的线条风荷载、作用于杆塔的风荷载和作用于绝缘子串的风荷载，并给出了相应的计算公式。

3.1 线条风荷载

印度规范的线条风荷载为FWC=(Pdsin2Ω)LdGCCdc，式中，Ω为导线或地线与风向之间的的夹角；L为杆塔的水平档距；d为导地线外径；Cdc为导地线阻力系数，导线取1.0，地线取1.2；GC为阵风响应系数，与地面粗糙度、导地线高度和代表档距有关，其数值见表3。

表3 导地线阵风响应系数表

3.2 杆塔风荷载

印度规范的杆塔风荷载为Fwt=Pd(1+0.2sin22θ)(AeLCdtLcos2θ+AeTCdtTsin2θ)GT，式中，θ为横担与风向之间的的夹角；CdtL和CdtT为垂直横担和平行横担方向的构件阻力系数，与填充系数有关，其值见表4；AeL和AeT为构件的垂直横担和平行横担方向的投影面积计算值；GT为阵风响应系数，与地面粗糙度和杆件高度有关，其值见表5。

表4 构件阻力系数表

表5 阵风响应系数表

3.3 绝缘子串风荷载

印度规范的绝缘子串风荷载为FWi=PdAiGiCdi，式中，Cdi为绝缘子串阻力系数，取值1.2；Ai为绝缘子串承受风压面积；Gi为绝缘子串阵风响应系数，与绝缘子串高度有关，其值与杆塔的阵风响应系数数值相同。

4 风荷载计算

以本工程的DA塔型为例，结合工程实际分别计算12、21 m和30 m呼称高度对应的导地线、绝缘子串和杆塔风荷载，同时将中国规范与印度规范的计算结果进行对比分析。

4.1 计算条件

DA塔型设计条件见表6，各呼称高度对应的导地线和塔高见表7。

表6 DA塔型设计条件表

表7 DA塔型各呼称高度对应的导地线和塔高

4.2 计算结果

根据中印规范计算出的DA塔型导地线、绝缘子串和杆塔风荷载的结果见表8。

5 结 语

通过对中印规范风荷载的计算对比可知，印度规范导地线风荷载和绝缘子串风荷载大于中国规范，但随着高度越高，两者之间的比值越来越小；当杆塔较矮时，印度规范杆塔风荷载大于中国规范，当铁塔较高时，印度规范杆塔风荷载小于中国规范。

表8 DA塔型设计条件表