500kV功果橋水電站送出線路設計風速取值分析

謝銀昌

(云南省電力設計院，云南 昆明 650011)

大風是危害架空輸電線路鐵塔塔身及電線等柔性結構的重要大氣現象。正確估算大風，既可提高線路的抗災能力，又可避免不必要的投資浪費。

500kV功果橋水電站送出線路，始于功果橋水電站升壓站，止于已建的500kV大理變電站。沿線海拔在1310m～2720m之間，線路全長約115.6km。

風速基準高度按《110kV～750kV架空輸電線路設計規范》(GB50545－2010)的規定，本工程設計風速的基準高度為10m，重現期為50年。基本風速不宜低于27m/s。

根據沿線附近氣象站的大風記錄、風災調查、地區建筑結構采用的風壓等值線圖和《建筑結構荷載規范》的有關規定，結合所經地區已建輸電線路采用的設計風速，并考慮到本工程線路大多數走在開闊的山頭上，而氣象站都處在平壩、城區內等因素進行綜合分析，本線路大理與巍山縣界的和尚冒～500kV大理變地段離地10m高50年一遇平均10min基本風速為33m/s(本文將進行重點論證)，其余地段基本風速取27m/s。

1 氣象站設計風速

500kV功果橋水電站送出線路工程所經地區有云龍、永平、漾濞、巍山和大理五個氣象站。根據上述區域氣象站建站至今歷年實測最大風速資料系列，經高度和時距訂正后，采用耿貝爾進行頻率計算，得到離地10m高30年、50年一遇10min平均最大風速成果見表1。

表1 沿線各氣象站10m高10min設計風速成果

根據上表大理氣象站10m高10min風速成果，推算出大理地區30年至50年一遇風速換算關系為W50=W30×1.057。

由于上述氣象站位于城區或縣城附近，受人類活動影響較大，而線路均走在海拔較高的山區，因此，氣象站最大風速資料僅供分析參考，不宜直接采用。按電力工程氣象勘測技術規程(DL/T5158－2002)：山區風速調整系數按1.1考慮。訂正后除大理站設計風速(30、50年一遇設計風速為36.7、38.8m/s；)較大外，其余各站設計風速值均小于27m/s。

大理氣象站風速較大，主要是因為氣象站位置正對西洱河風槽，從河谷吹來的西南風，進入下關盆壩時，與洱海吹來的東南風匯合，使得風力增大；從西洱河吹來的西南風受狹管效應的影響，也是大理氣象站觀測風速較大的原因。

2 風壓反算設計風速

由《建筑結構荷載規范》(GB50009－2001)查算得線路區域云龍～巍山段，30年、50年一遇風壓值為0.27 kN/m2和0.30 kN/m2；大理地區30年、50年一遇風壓值為0.60 kN/m2和0.65 kN/m2；并計算出各地區30年、50年一遇10m高10min平均最大風速成果見表2。

表2 利用風壓計算沿線區域設計最大風速成果

根據上表大理地區風壓等值線圖反算的10m高設計最大風速成果，推算出大理地區30年至50年一遇風速換算關系為W50=W30×1.046。

3 大風災害調查

本次對線路所經地區進行了大量的風災調查。調查資料表明：線路沿線除大理地區多次發生過破壞性較大，有吹倒吹斷大樹、掀翻房頂、洱海邊水泥電桿、高壓線桿吹斷等重大危害的現象發生，此地大風多屬局地大風。其余地區很少有風災事故。根據大風的破壞性情況分析，估計線路區域大理地區最大風力達11～12級，相應風速為28.5m/s～36.5m/s。其余地區最大風力達9～10級，相應風速為20.8m/s～28.4m/s。在小范圍內有時還會出現時間很短而風力極強的颮線大風和龍卷風，但工程不予考慮。

4 已建線路的設計及運行情況

根據本工程線路所經地區氣象站、地區風壓等值線圖反算的“大理地區30年至50年一遇風速換算關系”，考慮工程安全性、經濟性等因素，綜合分析認為選擇大理地區30年至50年一遇風速換算關系為：“W50=W30×1.05”比較合理。

2003年8月，在下～昆500kV送電線工程(大理變出線至馬廠箐段)設計時，云南省電力設計院委托云南省氣象科研所對《下～昆500kV線部分地區30年一遇風速、覆冰氣象論證報告》。該氣象論證報告采用五種方法進行分析論證，最終推薦區域內20m高30年一遇的最大風速為33m/s～35.5m/s。換算為10m高50年一遇最大風速為31m/s～33.4m/s。

500kV大理～和平輸電線路，500kV大理變至彌渡九頂山分水嶺迎風面一段30年一遇20m高10min最大風速按35m/s設計(10m高30年一遇最大風速為31.3m/s)，換算為10m高50年一遇最大風速為32.9m/s。

500kV大理變電站設計時(初步設計)，離地10m高30年一遇和50年一遇10min設計最大風速值分別為32.2m/s和34.5m/s。

以上線路運行至今從未發生過風災事故。

5 大風成因

線路經過地區的11月至次年5月，基本上處于西風南支急流的控制之下。它是從西亞低緯度沙漠和內陸地區平流過來的干熱氣流，由于其北部的青藏高原對西北利亞寒流的阻擋作用，使其處于一個單一的強大而穩定的干暖氣團控制之下。由于受西風南支急流的影響，沿線晴天多、日照充足，地面升溫快，熱空氣迅速上升，高空冷氣流迅速下降，易形成大風，山區尤為明顯。大風主要發生在春夏季節，夏季多為雷雨大風，這種大風多由積雨云中強對流的下沉氣流形成，來勢突然，持續時間短，風力強，往往伴有暴雨冰雹。在小范圍內有時還會出現時間很短而風力極強的颮線大風和龍卷風。

大理的雪風。是指氣流由高山沿山坡吹下來的較寒冷的強風。多發生在冬、春兩季。這是由于高山上堆積著極冷的空氣，它比山下低地濕度低得多，這股冷氣流沿山坡下滑時，其絕熱增溫仍不足以補償這種差值，因而下降到山下的冷空氣仍很冷，當山上與山下溫度差愈大時，風速愈大。大理西面為海拔較高的點蒼山，東面為洱海。在冬、春季，山頂積雪幾個月不化，氣溫在0℃以下，雪面積累、冷空氣堆積到一定程度，就加速的流向山下，其風速很大，并產生極大的陣風。

6 云南大風災害分布

根據云南省氣象科學研究所編著的《云南省氣象災害史料》，云南省大風災害分區圖見圖1。

圖1 云南省大風災害分區圖

7 地形地貌背景

500kV功果橋水電站送出線路的大理與巍山縣界(和尚帽)～500kV大理變地段段，長度約為5.5km，地處大理市與巍山縣交界的分水嶺，大理大風壩風電場的東南面。大理蒼山山脈的南端余脈，大風時主要吹W、WSW風，因此該線路區域受大風影響相對小些。

8 設計基本風速

大理氣象站地理位置為東經100o11′、北緯25o42′，觀測場地海拔1990.50m。大理氣象站實測大風資料表明：大風一般發生在冬、春季節，以西風為主。本工程線路路徑走在大理氣象站南面，在此區域內有已建的220kV大理～保山I、II回(2005、2006年建成)線路、220kV漫灣～下關I、II回(均為1993年建成)線路，以上線路均按15m高15年一遇最大風速30m/s設計，換算為10m高15年一遇最大風速為28m/s，運行至今從未發生過風災事故。

結合本工程線路所經地區氣象站設計風速、地區風壓等值線圖反算的風速成果以及大風災害調查，重點參考沿線已建送電線路設計風速的取值和運行情況，結合地區大風成因、沿線地形、海拔等因素，確定本線路工程：離地10m高50年一遇平均10min設計基本風速取為33m/s和27m/s。

9 結語

(1)通過據區域各個屬地氣象站設計風速、地區風壓等值線圖反算的風速成果以及大風災害調查，重點參考沿線已建送電線路設計風速的取值和運行情況，結合當地大風成因分類、大風災害區域分布和地形地貌特征的分析，且該線路建成投運后未發生過風災事故。表明該線路設計風速取值依據是科學、合理的。

(2)設計風速與線路工程的安全性和經濟性密切相關，設計風速取值時應綜合分析，多方論證，在滿足現行規范對工程安全性能要求的前提下，提出合理設計的風速，力爭節約工程成本、降低工程造價，提高工程的經濟性。

[1]朱瑞兆.風壓計算的研究[M].北京：科學出版社，1976.

[2]朱瑞兆，等.應用氣候學概論[M].北京：氣象出版社，2005.

[3]陳宗瑜.云南氣候總論[M].上海：氣象出版社，2001.

[4]秦劍，等.云南氣象災害總論[M].北京：氣象出版社，2000.

[5]謝運華.糯扎渡送出工程設計風速取值分析[J].電力勘測設計，2011，(3).