中外規范關于輸電線路風荷載的比較研究

廣西送變電建設公司 廣西南寧

摘要：隨著全球化的不斷深入，各類海外工程設計項目的數量有了大幅的增加。了解世界各國輸電線路風荷載的相關規范要求，對于我國輸電線路風荷載技術的提升有極大的指導意義。本文將我國的基本風速、風荷載調整系數、風壓高度系數變化等與美國、英國等國家規范的輸電線路風荷載相對比，希望能為我國的輸電線路規范提供一定的參考意見。

關鍵詞：中外規范；輸電線路；風荷載；比較研究

輸電塔是十分典型的高聳建筑結構，有著柔度大、阻力小、自重輕等特點，是一種十分明顯的風敏感結構。近年來，隨著全球氣候的不斷惡化，輸電線路的防護受到了越來越多的關注，而風荷載對于輸電線路的影響也引起了更大的重視。

一、基本風速與風壓

（一）基本風速

在確定最大設計風速時，我國的新規范是：按照該地區氣象臺站10min時距離年平均最大風速為樣本，概率模型使用極值Ⅰ型分布。其余規范與新規范的標準高度都是10m，并按照Gumbal極值Ⅰ型的分布來統計分析每年最大的風速，從而確定基本風速，但其中的標準參數規范各有不同。其中，我國的B類地貌（α=0.16），與IEC中的B類地貌（α=0.16）、英國的BS8100中的Ⅲ類地貌（α=0.165）、以及美國的ASCE中的C類地貌（α=0.143）基本相近。其中，除了英國的BS8100中存在5類地貌外，其余都是分為4類地貌。IEC規范、英國的BSB8100規范、以及美國的ASCE規范分別規定10min、1h以及3sec為平均風速時距。

（二）風壓

我國規范中的桿塔風載的規定標準值計算公式為：

W=Wo·μz·μs·βz·Af

其中Wo是基本風壓值；μz是風壓高度的變化系數，一般可按照地面的粗糙的B類地貌來進行計算；Af為塔桿承受的風力壓力迎風面積；μs為構件的風荷載體型系數；βz為塔桿的風振系數。

美國規范的計算公式為：

F=γw·Q·Kzt·Kz·Cf·V250·G·A

其中F是風向的風荷載；Q是空氣的密度Kzt是地形地貌對于風荷載的影響系數；γw是風荷載重現期的調整系數；Kz是風荷載高度的變化系數；Cf是風力系數；V50是50年重現期內3s的陣風風速；G是陣風的響應系數；A是構件承受風力壓力的投影面積。在風荷載的計算中，對于不同體型系數，其規范的計算方法都有所不同。

二、計算舉例

（一）基本參數

以某500kv線路的雙回路直線角鋼塔Z1為分析對象，對其風荷載值進行了計算對比。其基本參數為：地線型號：GJ-120（外徑14.5mm）；導線型號：LHAGJ-630/45（外徑為33.6mm）；水平檔距：Lh=750m；設計風速為27m/s；呼稱高度為51m。其角鋼塔及橫擔的主要材料為Q345高強鋼，下橫擔主材為180x18H和180x16H，中橫擔主材為180x18H和180x16H，上橫擔主材為180x16H和180x14H。桿塔塔身變坡一下的主材都是雙角鋼2180x14H。

（二）塔身的風荷載比較

按照各國規范對其風壓分段的風荷載進行計算，計算結果如圖1所示。其中ASCE與 IEC都是選取50年一遇的風壓值來計算。由圖可知，各國風壓變化趨勢基本一致，只是橫擔處由于其迎風面積加大，因此形成一個風壓突變。可以看出，在高度較低時，我國規范的計算結果相對于國外規范偏小，但高度較高時又明顯大于其他規范。究其原因，主要是由于我國規范計算風振系數時，使用的是由下至上漸漸加大的風振系數，而且加權值高于1.6。美國使用的是不變化的陣風系數，英國的BS8100與IEC都是使用了變化幅度較小的風振系數。

（三）導地線的風荷載比較

我國新規范中指出：500kV、750kV的輸電線路及該線路大跨越重現期，應該選取50年，設計風速最小為27m/s。而與之相比，美國規范使用的是3s時距，進行風速換算后的設計風速為38.18；英國則是使用1h時距，進行風速換算后的設計風速為25.19m/s。

我國的風荷載計算結果與IEC及英國規范下計算得出的風荷載較為相近，但比美國大5%左右。而且我國對于最小風速有一定的規定，即50年重現期時的風速低于27m/s時，我國的大部分地區的500kV輸電線路的設計風速的重現期大多在50年以上甚至長達100年，因此有一定的安全余度。

圖1 各分段高度風壓變化圖

三、總結

本文對輸電線路風荷載的中外規范進行了對比研究，總結分析，其對比結果主要有以下幾點：

（一）我國規范的線形風荷載計算值相較于美國ASCE有些偏大，但與英國BS8100以及IEC計算結果較為相近。

（二）我國的體型系數取值相較于國外各國規范較小。

（三）在全塔風振系數不統一時，就底部剪力分析，我國規范比英國BS8100偏大，和IEC（150年重現期）與美國ASCE（100年重現期）的計算結果較為相近。

（四）在全塔（呼高小于60m）風振系數統一時，我國規范的計算值處在IEC的50年與150年重現期、美國ASCE50年與150年重現期之間。與英國BS8100相差3%左右，較為相近。但由于我國的重現期規范相較于國外規范較低，以IEC舉例分析，它的500kV輸電線路的重現期規范為150年，但其150年重現期的計算取值比我國高了11%～12%左右。因此，比較來說，對于電壓等級較高、矮呼稱高的桿塔來說，我國的規范計算值明顯小于國外規范。

（五）總得來說，我國的新規范把基本風速的基本值設置為10m，將500kV輸電線路的重現期提高至50年，能夠極大的提高設計的安全性。

參考文獻：

[1]姜琦，鄧洪洲，張永飛. 中外規范關于輸電線路風荷載的比較研究[J]. 特種結構，2010，03：83-85.

[2]汪大海，吳海洋，梁樞果. 輸電線風荷載規范方法的理論解析和計算比較研究[J]. 中國電機工程學報，2014，36：6613-6621.

[3]岳浩，黃欲成，李健. 中美設計規范導地線風冰荷載比較[J]. 電力科學與工程，2015，01：72-78.

[4]屈訟昭. 國內外輸電塔風荷載技術標準比較分析[J]. 電力建設，2013，05：22-29.

[5]肖志軍，王振華. 日本JEC標準輸電塔風荷載計算介紹[J]. 廣東電力，2012，06：59-61+68.

[6]曾德森，徐彬，覃偉平，舒愛強. 中印輸電線路規范風荷載比較[J]. 電網與清潔能源，2012，07：6-11+18.