山區輸電線路的設計風速取值分析

摘要：設計風速取值是輸電線路設計的一個重要參數，對工程造價和安全性影響較大。山區輸電線路，由于地形變化較大且氣象資料較少，要準確的分析確定設計風速較為困難，需要多方面的分析論證。文章通過一個工程實例闡述了山區輸電線路設計風速的分析計算方法，在充分搜集與風速相關的資料的基礎上，從多方面多角度進行分析論證，最終確定一個合理的設計風速取值。

關鍵詞：山區輸電線路；設計風速；風速取值；氣象站風速

中圖分類號：U463文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2014）24-0146-02

設計風速是輸電線路設計的一個重要荷載條件，對工程造價影響很大，如何確定合理的設計風速對輸電線路的經濟性以及工程建成后的安全運行至關重要。

隨著我國經濟的發展，地區用電需求不斷增加，而能源的分布與用電負荷的分布是不均衡的，這使得遠距離跨區域送電逐漸增多。遠距離輸電線路以及山區風電場的電力送出線路的增加，越來越多的輸電線路不可避免的要穿過山區，甚至是高山峻嶺。

山區輸電線路，由于路徑區地形起伏較大，山頂、山脊、迎風面以及山凹、山谷等各種地貌風速均有所不同。有實測風速觀測資料的氣象站均位于市（縣）城區附近，城市一般位于山間谷底的河流旁，氣象站觀測風速不能代表山區復雜的地形地貌下的風速。由于風速觀測資料有限，山區地形復雜，因此要準確分析確定山區輸電線路設計風速的取值是較為困難的。

以下以一個工程實例說明山區輸電線路的設計風速取值的分析計算方法。

1工程概況和設計風速重現期的確定

某220kV輸電線路位于安徽省西南部的大別山區，地貌為山地，海拔較高，高差較大，沿線海拔在400～1200m之間。該地區屬北亞熱帶濕潤性季風氣候區，氣候溫涼，光照充足，雨熱同期，四季分明；由于地形復雜，小區域氣候差異大。

輸電線路設計風速的重現期根據電壓等級的不同而不同，電壓等級越高，重現期越高。本例是220kV輸電線路，設計風速的重現期為30年一遇，高度為離地面10m高，風速時距為10min平均最大值。

2氣象站風速的分析計算及移用至路徑區

輸電線路設計風速的分析確定應該以附近氣象站的歷年實測最大風速資料的分析計算結果為依據。

根據收資，本工程附近的縣城建有氣象觀測站，氣象站觀測場位于縣城城區附近的一個小山包上，海拔高程434.2m，具有建站以來（1957～2009年）共53年的歷年最大風速觀測數據。

在對歷年最大風速資料進行頻率計算前，需對風速資料進行高度訂正和次時訂正。

2.1高度訂正

我國氣象站風速儀距離地面的高度一般設置為10m左右，但具體高度略有差別。風速一般隨著距離地面高度的增加而增大，因此，必須根據風速儀距離地面的高度訂正到規范要求的離地10m高的風速。風速訂正公式如下：

式中：VZ—高度為Z處的風速（m/s）；V1—高度為Z1處的風速（m/s）；Z—設計高度（m），本例為10m；Z1—風速儀距離地面的高度（m）；α—地面粗糙度系數，與觀測場及周邊地區的地形地貌和地表物體類別有關，本例取0.16。

2.2次時訂正

我國氣象站最大風速的觀測方式和觀測時距現在一般均為自記觀測10min平均值，但是由于觀測儀器的不同，在氣象站建站初期一般為一天定時觀測4次，觀測時距為2mim，最大風速為4次定時觀測2min平均值。一天定時觀測4次，會漏掉很多大風記錄，因此，需要對定時觀測資料進行觀測次數和時距的訂正，訂正到規范要求的自記10min平均最大風速。次時訂正公式如下：

V10min=aV2min+b

式中：V10min—自記10min平均最大風速（m/s）；V2min—定時2min平均最大風速（m/s）；a、b—訂正系數，應采用當地分析成果或實測資料計算確定，本例a取1.03、b取3.76。

2.3頻率計算

通過高度訂正和次時訂正，得到氣象站歷年（1957～2009年）離地10m高自記10min的平均最大風速，進行頻率計算。頻率計算方法可采用極值Ⅰ型或P—Ⅲ型。本例采用極值Ⅰ型的計算結果，得氣象站30年一遇離地10m高自記10min平均最大風速為27.57m/s。

2.4氣象站風速移用至路徑區

本例氣象站位于大別山區中某縣城附近，地貌為山地，海拔434.2m，其風速計算值對一般山地具有一定的代表性。但是由于氣象站位于大別山區中山勢較低的地方，周圍高山對氣象站的風速觀測有一定的屏蔽作用，使得氣象站風速觀測值偏小。本工程路徑區海拔較高，在400～1200m之間，尤其是位于山頂、山口、山脊及迎風面的路段，風速較氣象站風速大。根據《電力工程氣象勘測技術規程》，與大風方向一致的風口等地貌的山區風壓，按附近氣象參證站風壓值乘以調整系數，調整系數為1.20～1.50；考慮到氣象站本身位于山區，對中低山地貌具有一定的代表性，調整系數取較低值1.20。

地形修正涉及到風速與風壓的轉換，風速和風壓的換算公式如下：

公式中：W—風壓（kN/m2）；V—離地10m高自記10min平均最大風速（m/s）；Kv—風壓系數，標準狀態下取1/1600。

本例氣象站30年一遇離地10m高計算風速為27.57m/s，換算成風壓為0.48kN/m2，調整后風壓為0.58kN/m2，換算成風速為30.5m/s。因此，考慮地形修正，調整后高山區風速達到30.5m/s，接近于31m/s。

3《建筑結構荷載規范》中風壓推算的風速值

《建筑結構荷載規范》中給出了全國部分城市的10年、50年和100年一遇風壓數值，離地高度均為10m。根據該規范可查出距離路徑區最近的城市的風壓數值，計算出30年一遇風壓值，然后推算出對應的風速，并進行必要的地形修正，供工程選用。

本工程路徑區附近具有風壓值的城市為安慶市，安慶市位于大別山區和長江之間，地貌為沿江平原，海拔高程19.8m，10年、50年和100年一遇風壓值分別為0.25、0.40和0.45kN/m2，其30年一遇風壓值可根據以下公式推算。

X30=X10+（X100-X10）（ln30/ln10-1）

式中：X30、X10、X100分別為30年、10年、100年一遇離地10m高處風壓值。

經計算，安慶市相應30年一遇風壓為0.345kN/m2。由于該城市海拔較低，為19.8m，地貌為長江沿岸平原，其風速對平地具有一定的代表性，本工程路徑位于山區，部分路徑為高山大嶺，因此，需要進行地形修正。根據《電力工程氣象勘測技術規程》，與大風方向一致的風口等地貌的山區風壓，按附近氣象參證站風壓值乘以調整系數，調整系數為1.20～1.50，安慶氣象站30年一遇風壓為0.345kN/m2，調整后風壓值達到0.41～0.52kN/m2，換算成風速為25.6～28.8m/s，調整后山區最大風速接近29m/s。

另外，根據《建筑結構荷載規范》，安徽省的皖南山區黃山光明頂氣象站海拔高度1840.4m，不受城市影響，對高山代表性較好，黃山光明頂50年一遇風壓0.70kN/m2，經計算相應的30年一遇風壓為0.643kN/m2，換算成風速為32.1m/s。

從風壓推算的風速值以及地形修正結果可以看出，本工程山區最大風速接近29m/s，高海拔山地風速則更大。

4附近已建線路設計風速取值及運行經驗

工程點附近已建輸電線路的設計風速取值和運行經驗是新建工程設計風速取值的重要參考依據。

本工程位于大別山區，附近目前尚無220kV及以上等級的輸電線路，但是根據收資，附近有一條已建的110kV輸電線路，該線路最高點海拔約650m左右，設計風速取值為30m/s（設計標準為15年一遇離地15m高，換算到離地10m高風速值約為28.12m/s），運行以來未發生因大風造成的事故。

5設計風速取值分析

由于本工程路徑區附近實測風速資料較少，因此，設計風速的取值需要進行多方面的分析計算和比較。根據本工程附近氣象站的風速計算結果、風壓推算的風速值，以及沿線地形地貌、海拔高度，考慮地形因素的風速調整分析，和附近已建線路的設計風速取值和運行經驗，經綜合分析，本工程設計風速取值建議分為29m/s和31m/s兩個風區，其中，中低山區（海拔控制在850m以下）取29m/s，高山區（海拔在850～1200m之間）取31m/s。

6結語

山區輸電線路經過地區往往缺乏實測風速資料，附近市（縣）氣象站雖有風速觀測資料，但是對路徑區的代表性較差，不能直接引用。準確分析確定山區輸電線路的設計風速取值較為困難，因此，需要盡可能多的搜集路徑區附近與風速相關的資料，多方面多角度的進行分析計算，并綜合比較，從而確定一個比較合理的設計風速的取值。

參考文獻

[1]?朱瑞兆，譚冠日，王石立．應用氣候學概論[M]．北

京：氣象出版社，2005．

[2]?建筑結構荷載規范（GB50009-2012）[S]．

作者簡介：鄭磊（1982—），男，安徽宿州人，中國能源建設集團安徽省電力設計院工程師，研究方向：水文與氣象。