浅谈某架空输电线路微地形微气象的设计优化

吴才亮

摘 要：随着电网建设的迅速发展，越来越多的输电线路需要通过复杂的地形及恶劣的气候条地区，文章针对某工程的微地形、微气象（两微）情形，论述了“两微”地区线路的风速确定方法和线路设计优化措施。

关键词：微地形；微气象；输电线路；设计

中图分类号：TM726.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）11-0108-02

微地形是相对于大地形而言，是大地形中一个局部的狭小范围。微气象是因地形等因素的影响，使得该地点某些气象因子（如风、冰）特别增强，超过该地整个区段的气象因子，从而可能危及输电线路安全运行的气象点。微地形和微气象一般同时存在，故简称为“两微”。

“两微”主要有以下类别：垭口型、高山分水岭型、水气增大型、地形抬升型、峡谷风道型和综合叠加型。根据国内多起杆塔倾倒、断线事故的分析报告，暴露出线路设计时对运行环境考虑不到位，个别的微地形微气象点往往因为多种原因导致风速的大小超过了设计的安全范围，因此本文以某跨江段线路为例，浅谈“两微”情况下风速的确定方法和设计优化措施。

1 案例简介

1.1 线路概况

110 kV××T接线路工程，由220 kV××站110 kV构架起，止于××#117塔，新建线路全长17.51 km，导线型号为JL/LB1A-

630/45型铝包钢芯铝绞线，地线1根为JLB 40-80型铝包钢绞线，1根为OPGW光缆，导地线参数见表1。该线路NF42～NF43段跨越×江，跨越档距841 m，跨越耐张段为NF41～NF44段，耐张段代表档距为699 m，全线设计基本风速按28.2 m/s考虑。

1.2 地形地貌及气象条件

本工程NF41～NF44所处地形如图1所示，其断面和排塔结果如图2所示。该段线路NF41～NF44段所处地形为平原与山地的交界地带，NF42、NF43分别位于东江的两边，其中NF42位于平原侧，NF43位于山地上，两塔高差为23.7 m。因该段跨越档距小于1 000 m且杆塔全高不超过100 m，不符合大跨越设计范畴，但该段线路处于平原与山地的交界地带，且中间跨越×江，因该段线路处于平原与山地交界地带，地形呈抬升趋势，加之东江两侧有山丘阻挡，使得跨越段线路为风口地段，属于“两微”中的综合叠加型，需考虑微地形微气象情况。

2 设计基本风速取值

2.1 基本风速确定原则

因该段线路跨越东江，考虑“两微”情况，其设计风速根据以下原则确定：

①地面粗糙度类别取B类。

②设计风速宜将陆上输电线路的风速值换算到跨越处历年大风季节平均最低水位以上10 m处。

③河面宽度大于200 m时，宜考虑水面光滑对风速增大的影响，影响系数在0.02～0.1之间取值，对应200～1 000 m宽度的河流，大于1 000 m河流取0.1。

2.2 基本风速计算

设计风速的换算可按公式（1）计算确定。

式中：

Vz为线路设计高度为Z处的风速，m/s；

V0为基本风速（重现期内离地高度10 m、10 min时距），m/s；

Z为设计高度，m；

Kα为修正系数；

α为地面粗糙度指数。

根据《建筑结构荷载规范》折算的常用Kα、α见表2。

本线路所在地粗糙度为B类，取根据当地气象局资料，本线路陆上平均高程10 m，离地10 m，高30 a一遇10 min时距最大风速为28.2 m/s。根据当地航道局提供资料，该河流历年大风季节平均最低水位为0 m，与陆上平均高程差值为10 m，根据原则2，最低水位以上10 m，即0 m处风速为28.2 m/s。

线路设计的基本风速为杆塔所在地面以上10 m处，则实际为最低水位以上20 m，根据公式（1），Z取20，Kα取1.0，α取0.16，V0为28.2，计算得V20=31.5 m/s。

根据原则3，该跨江段河面宽度为590 m，因此水面光滑影响系数取0.06，则考虑水面光滑影响后的线路设计基本风速为33.4 m/s。因此本跨江段线路的设计风速应由28.2 m/s提高至33.4 m/s。

3 针对微地形的设计改进

3.1 导地线放松挂线

因该段线路杆塔高度较高，且受地形影响，导线平均高度不能按正常的15 m考虑，其实际导线平均高度可按下式计算。

Hv=H-L-2Fm/3（2）

式中：

H为杆塔下横担相对于基本风速处高差，m；

L为悬垂串长，m；

Fm为导线最大弧垂，m。

根据以上公式，从断面图中可以看出H为87 m，设计悬垂串长L为2.5 m，按正常放线确定的最大弧垂为60 m，则计算出Hv为44.5 m。则根据公式（2），可计算导线平均高度处的最大风速值为42.4 m/s，这比正常导线平均高度15 m处的风速30 m/s大了40%多，因此必须对风速为42.4 m/s时的悬挂点应力进行校验。

本工程正常段导线安全系数K=3.2，年平系数取0.25，根据导线15 m高度风速计算的特性表测算，若风速达到42.4 m/s时，挂线点应力已超过导线拉断力的77%，不满足规范要求。因此需对该段线路放松挂线，这样不仅可以减小导线最大使用应力，还能降低导线平均高度。通过试凑，确定安全系数为3.4时可保证挂线点应力不超过导线拉断力的77%。

3.2 优化耐张段配置

本跨江段本身选线路径即为独立耐张段，但根据线路转角度数选择的转角塔分别为J2、J3型转角，通过对该段线路放松挂线，造成两转角塔前后存在不平衡张力，另外在最大风来临时，平原段和上山段导地线的风速也会因微地形的影响而不同，导致转角塔两侧的张力存在较大差值，根据工程经验，有必要将普通转角塔换为JD型终端塔，而根据对JD型终端塔结构验算，也能够满足设计条件。

NF42、NF43原先采用1E2BZK型直线跨越塔，该类型杆塔按29 m/s基本风速设计，得出基本风速对其进行结构验算，发现杆塔需要更换大量杆件，因此将NF42、NF43杆塔更换为设计基本风速为33 m/s的1Z2CZK型跨越塔，能够满足该跨江段的设计条件。

3.3 挂线金具串优化

3.3.1 结构优化

因该处跨越较为重要，根据《110-750 kV架空输电线路设计规范》第13.0.10条，悬垂绝缘子串采用两个独立单联串，同时在线夹处使用预绞丝护线条代替铝包带，以加大对导线的保护，防止线夹处导线的磨损。

3.3.2 电气优化

因该处为平原与山地的交界地段，且杆塔全高超过90 m，根据《110-750 kV架空输电线路设计规范》第7.0.3条，全高超过40 m有地线的杆塔，高度每增加10 m，悬垂绝缘子的干弧距离需相应增加1片相当于146 mm的绝缘子，因此NF42、NF43杆塔的符合绝缘子的干弧距离至少应为12片146 mm的绝缘子，即1 752 mm。本工程最终选用了FXBW4-110/100-G型绝缘子，该绝缘子结构高度为2 150 mm，泄漏距离为6 300 mm，干弧距离为1 900 mm，机电荷载为100 kN。

4 结 语

输电线路安全稳定的关键在于设计气象条件的确定，而对于非覆冰区，基本风速的确定又是设计气象的关键。输电线路设计应根据线路的地形特征，分析论证工程中是否存在“两微”情形，并根据合理的设计风速取值原则及方法确定设计风速，并根据修正后的设计风速对线路进行优化设计。

参考文献：

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[2] 庞文保，刘宇，滕跃.最大风速取值的分析计算[A].中国气象学会2006年年会论文集[C].2006.

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