山區輸電線路設計風速取值分析

王亮星 朱浩

智方工程設計有限公司武漢分公司 湖北 武漢 430000

山區輸電線路，由于路徑區地形復雜，且風速觀測資料有限，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，需要多方面的分析論證。

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

某輸電線路位于湖北神農架山區，地貌為山地，海拔較高，高差較大，沿線海拔在400～1100m之間。

本例是35kV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[1]。

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，氣象站觀測場距離項目最近點約45km，海拔高程454.5m，具有建站以來（1976～2017年）共41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，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：

Vz=V1(Z/Z1)a

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

由于觀測儀器的不同，每天觀測次數及時距也不同。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（1976～2017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

本例氣象站位于神農架某縣城附近，地貌為山地，海拔454.5m，其風速計算值對一般山地具有一定的代表性。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，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。

地形修正涉及風速與風壓的轉換，風速和風壓的換算公式如下：

W=KvV2

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[2]》中風壓推算的風速值

根據《建筑結構荷載規范》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，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，該城市相應30年一遇風壓為0.345kN/m2。由于該城市海拔較低，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，調整系數為1.20～1.50，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。

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。

本工程位于神農架山區，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800m左右，設計風速取值為29m/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

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 結束語

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，多方面多角度地進行分析計算，并綜合比較，從而確定一個比較合理的設計風速的取值。