新旧输电线路荷载规范对风荷载计算结果影响的探讨

2020-03-16孙月焕

山东电力高等专科学校学报 2020年1期

赵勇，孙月焕

（1.国网山东省电力公司，山东济南 250000；2.国网烟台供电公司，山东烟台 264000）

0 引言

风荷载是架空输电线路的主要设计荷载，其计算的准确性对输电线路建设的经济技术指标和安全稳定运行有重要影响。一直以来，我国缺乏输电线路设计荷载的专门规范，输电线路荷载的计算方法分散于各原有规范［1-2］中，架空输电线路风荷载的计算方法略显粗糙。新规范［3］于 2019 年 5 月 1 日正式实施，其对架空输电线路风荷载的计算方法较原有规范做出了较大修改，使其计算方法更加科学，相关参数取值具有明确的理论意义。本文探讨了新规范风荷载计算方法与结果较原有规范的变化，为后续工程设计中风荷载的计算提供参考。

1 风荷载计算方法

1.1 导线和地线风荷载计算

文献［1］和文献［2］对导线、地线风荷载的计算方法相同，均采用如下公式：

式中：α 为考虑风场空间不均匀性的风压不均匀系数，其取值仅与风速有关；μz为考虑风压沿高度变化的风压高度变化系数；βc为风荷载调整系数，其取值仅与电压等级和风速有关；μsc为导线体型系数，实际中常见的110 kV 及以上工程导线直径均大于17 mm，取 1.1；d、Lp、B1、θ、W0分别为导线外径、水平档距、覆冰风荷载增大系数、风向角、基本风压。

新规范对导线、地线风荷载计算采用如下公式：

式中：αL为档距折减系数，其取值仅与档距有关，较原规范αL的物理意义更加明确；μz为风压高度变化系数，其取值大小根据GB 5009—2012《建筑结构荷载规范》进行了更新；βc为导地线阵风系数，其仅与高度有关；其他参数的意义与式（1）相同。

值得一提的是，对于多分裂导线体型系数μsc，尽管近年中南电力设计院和同济大学的大量试验发现，受到多分裂导线间屏蔽效应的影响，其取值随导线分裂数的增大而显著减小［4］，新规范对多分裂导线仍然采用单根导线的体型系数取值。

1.2 杆塔风荷载计算

文献［1］对杆塔风荷载的计算采用如下公式：

式中：μs为构件的体型系数；B2为杆塔构件覆冰增大系数；βz为风荷载调整系数，当杆塔高度不超过60 m时，其为仅与塔高有关的定值。

新规范对杆塔风荷载计算公式与式（3）相同，但是风荷载调整系数βz的取值方法发生了明显变化，无论杆塔高是否超过60 m，均采用由下到上逐段增大的数值。

2 算例分析

2.1 导线地线风荷载

为比较新规范计算所得的导线、地线风荷载与原有规范计算结果大小的差异，选取B 类地貌、设计风速27 m／s、计算高度30 m、水平档距分别为350 m和450 m 的220 kV 和500 kV 输电线路作为算例，所得各计算参数见表1。

表1 风荷载计算参数

由表1 可见，新规范反映风场在一档内不匀均特性的档距折减系数较原规范反映风场相同特性的风压不均匀系数取值更加细化，且220 kV 和500 kV线路较原规范分别降低8%和2.7%。但是新规范反映风场脉动特性的阵风系数较原规范增大，220 kV和500 kV 线路分别增大49%和22.5%。总体上，新规范对于导线风荷载的计算较原规范有较大程度的增大，算例计算的风荷载220 kV 和500 kV 线路分别增大36%和17.3%，必然会导致按照新规范设计的杆塔重量有较大程度的增大。

2.2 杆塔风荷载

为比较新规范计算所得的杆塔荷载与原有规范计算结果大小的差异，选取B 类地貌下全高58.7 m的某220 kV 直线塔作为算例，杆塔单线图及分段如图1 所示，杆塔各段的风荷载参数计算结果如表2所示。式（3）中除 μz、βz外，新旧规范对于其余参数的取值相同，因此计算仅限于μz、βz即可反映风荷载大小的差异。