山区输电线路的设计风速取值分析

摘要：设计风速取值是输电线路设计的一个重要参数，对工程造价和安全性影响较大。山区输电线路，由于地形变化较大且气象资料较少，要准确的分析确定设计风速较为困难，需要多方面的分析论证。文章通过一个工程实例阐述了山区输电线路设计风速的分析计算方法，在充分搜集与风速相关的资料的基础上，从多方面多角度进行分析论证，最终确定一个合理的设计风速取值。

关键词：山区输电线路；设计风速；风速取值；气象站风速

中图分类号：U463文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）24-0146-02

设计风速是输电线路设计的一个重要荷载条件，对工程造价影响很大，如何确定合理的设计风速对输电线路的经济性以及工程建成后的安全运行至关重要。

随着我国经济的发展，地区用电需求不断增加，而能源的分布与用电负荷的分布是不均衡的，这使得远距离跨区域送电逐渐增多。远距离输电线路以及山区风电场的电力送出线路的增加，越来越多的输电线路不可避免的要穿过山区，甚至是高山峻岭。

山区输电线路，由于路径区地形起伏较大，山顶、山脊、迎风面以及山凹、山谷等各种地貌风速均有所不同。有实测风速观测资料的气象站均位于市（县）城区附近，城市一般位于山间谷底的河流旁，气象站观测风速不能代表山区复杂的地形地貌下的风速。由于风速观测资料有限，山区地形复杂，因此要准确分析确定山区输电线路设计风速的取值是较为困难的。

以下以一个工程实例说明山区输电线路的设计风速取值的分析计算方法。

1工程概况和设计风速重现期的确定

某220kV输电线路位于安徽省西南部的大别山区，地貌为山地，海拔较高，高差较大，沿线海拔在400～1200m之间。该地区属北亚热带湿润性季风气候区，气候温凉，光照充足，雨热同期，四季分明；由于地形复杂，小区域气候差异大。

输电线路设计风速的重现期根据电压等级的不同而不同，电压等级越高，重现期越高。本例是220kV输电线路，设计风速的重现期为30年一遇，高度为离地面10m高，风速时距为10min平均最大值。

2气象站风速的分析计算及移用至路径区

输电线路设计风速的分析确定应该以附近气象站的历年实测最大风速资料的分析计算结果为依据。

根据收资，本工程附近的县城建有气象观测站，气象站观测场位于县城城区附近的一个小山包上，海拔高程434.2m，具有建站以来（1957～2009年）共53年的历年最大风速观测数据。

在对历年最大风速资料进行频率计算前，需对风速资料进行高度订正和次时订正。

2.1高度订正

我国气象站风速仪距离地面的高度一般设置为10m左右，但具体高度略有差别。风速一般随着距离地面高度的增加而增大，因此，必须根据风速仪距离地面的高度订正到规范要求的离地10m高的风速。风速订正公式如下：

式中：VZ—高度为Z处的风速（m/s）；V1—高度为Z1处的风速（m/s）；Z—设计高度（m），本例为10m；Z1—风速仪距离地面的高度（m）；α—地面粗糙度系数，与观测场及周边地区的地形地貌和地表物体类别有关，本例取0.16。

2.2次时订正

我国气象站最大风速的观测方式和观测时距现在一般均为自记观测10min平均值，但是由于观测仪器的不同，在气象站建站初期一般为一天定时观测4次，观测时距为2mim，最大风速为4次定时观测2min平均值。一天定时观测4次，会漏掉很多大风记录，因此，需要对定时观测资料进行观测次数和时距的订正，订正到规范要求的自记10min平均最大风速。次时订正公式如下：

V10min=aV2min+b

式中：V10min—自记10min平均最大风速（m/s）；V2min—定时2min平均最大风速（m/s）；a、b—订正系数，应采用当地分析成果或实测资料计算确定，本例a取1.03、b取3.76。

2.3频率计算

通过高度订正和次时订正，得到气象站历年（1957～2009年）离地10m高自记10min的平均最大风速，进行频率计算。频率计算方法可采用极值Ⅰ型或P—Ⅲ型。本例采用极值Ⅰ型的计算结果，得气象站30年一遇离地10m高自记10min平均最大风速为27.57m/s。

2.4气象站风速移用至路径区

本例气象站位于大别山区中某县城附近，地貌为山地，海拔434.2m，其风速计算值对一般山地具有一定的代表性。但是由于气象站位于大别山区中山势较低的地方，周围高山对气象站的风速观测有一定的屏蔽作用，使得气象站风速观测值偏小。本工程路径区海拔较高，在400～1200m之间，尤其是位于山顶、山口、山脊及迎风面的路段，风速较气象站风速大。根据《电力工程气象勘测技术规程》，与大风方向一致的风口等地貌的山区风压，按附近气象参证站风压值乘以调整系数，调整系数为1.20～1.50；考虑到气象站本身位于山区，对中低山地貌具有一定的代表性，调整系数取较低值1.20。

地形修正涉及到风速与风压的转换，风速和风压的换算公式如下：

公式中：W—风压（kN/m2）；V—离地10m高自记10min平均最大风速（m/s）；Kv—风压系数，标准状态下取1/1600。

本例气象站30年一遇离地10m高计算风速为27.57m/s，换算成风压为0.48kN/m2，调整后风压为0.58kN/m2，换算成风速为30.5m/s。因此，考虑地形修正，调整后高山区风速达到30.5m/s，接近于31m/s。

3《建筑结构荷载规范》中风压推算的风速值

《建筑结构荷载规范》中给出了全国部分城市的10年、50年和100年一遇风压数值，离地高度均为10m。根据该规范可查出距离路径区最近的城市的风压数值，计算出30年一遇风压值，然后推算出对应的风速，并进行必要的地形修正，供工程选用。

本工程路径区附近具有风压值的城市为安庆市，安庆市位于大别山区和长江之间，地貌为沿江平原，海拔高程19.8m，10年、50年和100年一遇风压值分别为0.25、0.40和0.45kN/m2，其30年一遇风压值可根据以下公式推算。

X30=X10+（X100-X10）（ln30/ln10-1）

式中：X30、X10、X100分别为30年、10年、100年一遇离地10m高处风压值。

经计算，安庆市相应30年一遇风压为0.345kN/m2。由于该城市海拔较低，为19.8m，地貌为长江沿岸平原，其风速对平地具有一定的代表性，本工程路径位于山区，部分路径为高山大岭，因此，需要进行地形修正。根据《电力工程气象勘测技术规程》，与大风方向一致的风口等地貌的山区风压，按附近气象参证站风压值乘以调整系数，调整系数为1.20～1.50，安庆气象站30年一遇风压为0.345kN/m2，调整后风压值达到0.41～0.52kN/m2，换算成风速为25.6～28.8m/s，调整后山区最大风速接近29m/s。

另外，根据《建筑结构荷载规范》，安徽省的皖南山区黄山光明顶气象站海拔高度1840.4m，不受城市影响，对高山代表性较好，黄山光明顶50年一遇风压0.70kN/m2，经计算相应的30年一遇风压为0.643kN/m2，换算成风速为32.1m/s。

从风压推算的风速值以及地形修正结果可以看出，本工程山区最大风速接近29m/s，高海拔山地风速则更大。

4附近已建线路设计风速取值及运行经验

工程点附近已建输电线路的设计风速取值和运行经验是新建工程设计风速取值的重要参考依据。

本工程位于大别山区，附近目前尚无220kV及以上等级的输电线路，但是根据收资，附近有一条已建的110kV输电线路，该线路最高点海拔约650m左右，设计风速取值为30m/s（设计标准为15年一遇离地15m高，换算到离地10m高风速值约为28.12m/s），运行以来未发生因大风造成的事故。

5设计风速取值分析

由于本工程路径区附近实测风速资料较少，因此，设计风速的取值需要进行多方面的分析计算和比较。根据本工程附近气象站的风速计算结果、风压推算的风速值，以及沿线地形地貌、海拔高度，考虑地形因素的风速调整分析，和附近已建线路的设计风速取值和运行经验，经综合分析，本工程设计风速取值建议分为29m/s和31m/s两个风区，其中，中低山区（海拔控制在850m以下）取29m/s，高山区（海拔在850～1200m之间）取31m/s。

6结语

山区输电线路经过地区往往缺乏实测风速资料，附近市（县）气象站虽有风速观测资料，但是对路径区的代表性较差，不能直接引用。准确分析确定山区输电线路的设计风速取值较为困难，因此，需要尽可能多的搜集路径区附近与风速相关的资料，多方面多角度的进行分析计算，并综合比较，从而确定一个比较合理的设计风速的取值。

参考文献

[1] 朱瑞兆，谭冠日，王石立．应用气候学概论[M]．北

京：气象出版社，2005．

[2] 建筑结构荷载规范（GB50009-2012）[S]．

作者简介：郑磊（1982—），男，安徽宿州人，中国能源建设集团安徽省电力设计院工程师，研究方向：水文与气象。