沿海地区电力线路防风能力评价体系研究

2020-01-01陈奕达王海生

中国设备工程 2019年23期

关键词：抗风铁塔台风

陈奕达，王海生

（海南电网规划设计研究中心，海南海口 570203）

沿海地区的台风灾害始终考验着电网的坚强程度，现有输电线路设计虽然满足国家规程规范，但实际防风能力却一直没有论证过，能抵御多强的台风一直没有明确，本文建立一套科学的评价体系，并进行分析研究。

1 现有标准抗风能力评价

1.1 台风等级与线路设计基本风速关系

根据气象学对台风风速的定义，阵风一般是指数秒内的瞬时风速，台风等级与10min 平均风速值的换算关系与离岸距离、离地高度、风速大小、空气密度、地形地貌、地面粗糙度等因素相关，其取值在1.09 ～1.16 范围内，台风等级与10min 平均风速值、3s 阵风风速值的关系如表1 所示。

注：1.2min 平均风速值与10min平均风速值的转换比为1.12；3s 阵风风速值与10min 平均风速值的转换比为1.4；风速值均为离地10m 高。

表1 台风等级与线路设计基本风速换算关系

1.2 《110 ～750kV 架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）规范防风能力评价。

（1）该规范500kV 送电线路的设计风速重现期调整为50 年，110 ～330kV 送电线路的重现期调整为30 年。

（2）为了与国标《建筑结构荷载规范》的统计风速高度相同，方便风速资料的收集和应用，规范将110kV～750kV送电线路统计风速高度统一调整为离地面10m 高。

（3）杆塔设计采用分项系数法，考虑活荷载分项系数及材料分项系数，其安全系数相当于1.4×1.1=1.54。考虑了导地线风荷载调整系数βc。对于110 ～200kV 线路，βc取1.0；对于500kV 线路，βc取1.3。考虑了塔身风调整系数。对于110 ～500kV 线路，根据杆塔高度的不同βz取1.0 ～1.6。

（4）通过铁塔测算，对于110 ～220kV 线路，最大耐受风速与设计风速比值，而对于500kV 线路，。

遵循本规范设计的110 ～220kV 线路，设计风速33m/s(10m 高)的角钢塔最大耐受风速为34.7m/s，为14 级台风下限；设计风速35m/s(10m 高)的角钢塔最大耐受风速为36.8m/s，为14 级台风中限；而对于500kV 线路，设计风速35m/s(10m 高)的角钢塔最大耐受风速为40.6m/s，为超强台风15 级中上限，设计风速37m/s（10m 高）的角钢塔最大耐受风速为42.9m/s，为16 级超强台风下限。

2 输电线路抗风能力评价

我国《建筑荷载规范》（GB50009-2012）推荐风、冰荷载重现期与荷载的关系式如下：

依据以上公式，可以推导出以下相关度计算公式：

需注意荷载等效重现期是在基准气象重现期的荷载上乘以荷载因子实现的。表1 中，荷载因子为以50 年重现期为基准、不同重现期下的荷载转换关系。而在我国标准中，可以用风荷载计算过程中若干系数乘积（包括但不限于风压不均匀系数、风荷载调整系数等）与荷载因子的比较来判断线路的可靠度级别，这些系数的乘积可称为“等效因子”。

荷载等效重现期代表铁塔能够抵御的风速概率水平。例如，当荷载等效重现期为200 年时，代表铁塔强度能抵御200 年一遇的风速，而该风速值每年被超越的概率为0.5%。荷载等效重现期越大，铁塔损坏的概率越小，相应地，工程投资就越大。

由表1 可知，可靠度为5 的线路荷载等效重现期为200年，相当于美国标准的可靠度等级4，属于美国标准的较高可靠度水平。根据统计，16 级以上的超强台风出现的概率极低，考虑到社会发展对线路抗风能力要求的提高，本文将可靠度级别为5 的线路评价为可靠，其他等级的可靠度评价依次降低或增加。沿海50 年一遇风速39m/s 带状区域线路可靠度等级与抗风能力的对应关系如表2 所示。