500kV功果桥水电站送出线路设计风速取值分析

谢银昌

(云南省电力设计院，云南 昆明 650011)

大风是危害架空输电线路铁塔塔身及电线等柔性结构的重要大气现象。正确估算大风，既可提高线路的抗灾能力，又可避免不必要的投资浪费。

500kV功果桥水电站送出线路，始于功果桥水电站升压站，止于已建的500kV大理变电站。沿线海拔在1310m～2720m之间，线路全长约115.6km。

风速基准高度按《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB50545－2010)的规定，本工程设计风速的基准高度为10m，重现期为50年。基本风速不宜低于27m/s。

根据沿线附近气象站的大风记录、风灾调查、地区建筑结构采用的风压等值线图和《建筑结构荷载规范》的有关规定，结合所经地区已建输电线路采用的设计风速，并考虑到本工程线路大多数走在开阔的山头上，而气象站都处在平坝、城区内等因素进行综合分析，本线路大理与巍山县界的和尚冒～500kV大理变地段离地10m高50年一遇平均10min基本风速为33m/s(本文将进行重点论证)，其余地段基本风速取27m/s。

1 气象站设计风速

500kV功果桥水电站送出线路工程所经地区有云龙、永平、漾濞、巍山和大理五个气象站。根据上述区域气象站建站至今历年实测最大风速资料系列，经高度和时距订正后，采用耿贝尔进行频率计算，得到离地10m高30年、50年一遇10min平均最大风速成果见表1。

表1 沿线各气象站10m高10min设计风速成果

根据上表大理气象站10m高10min风速成果，推算出大理地区30年至50年一遇风速换算关系为W50=W30×1.057。

由于上述气象站位于城区或县城附近，受人类活动影响较大，而线路均走在海拔较高的山区，因此，气象站最大风速资料仅供分析参考，不宜直接采用。按电力工程气象勘测技术规程(DL/T5158－2002)：山区风速调整系数按1.1考虑。订正后除大理站设计风速(30、50年一遇设计风速为36.7、38.8m/s；)较大外，其余各站设计风速值均小于27m/s。

大理气象站风速较大，主要是因为气象站位置正对西洱河风槽，从河谷吹来的西南风，进入下关盆坝时，与洱海吹来的东南风汇合，使得风力增大；从西洱河吹来的西南风受狭管效应的影响，也是大理气象站观测风速较大的原因。

2 风压反算设计风速

由《建筑结构荷载规范》(GB50009－2001)查算得线路区域云龙～巍山段，30年、50年一遇风压值为0.27 kN/m2和0.30 kN/m2；大理地区30年、50年一遇风压值为0.60 kN/m2和0.65 kN/m2；并计算出各地区30年、50年一遇10m高10min平均最大风速成果见表2。

表2 利用风压计算沿线区域设计最大风速成果

根据上表大理地区风压等值线图反算的10m高设计最大风速成果，推算出大理地区30年至50年一遇风速换算关系为W50=W30×1.046。

3 大风灾害调查

本次对线路所经地区进行了大量的风灾调查。调查资料表明：线路沿线除大理地区多次发生过破坏性较大，有吹倒吹断大树、掀翻房顶、洱海边水泥电杆、高压线杆吹断等重大危害的现象发生，此地大风多属局地大风。其余地区很少有风灾事故。根据大风的破坏性情况分析，估计线路区域大理地区最大风力达11～12级，相应风速为28.5m/s～36.5m/s。其余地区最大风力达9～10级，相应风速为20.8m/s～28.4m/s。在小范围内有时还会出现时间很短而风力极强的飑线大风和龙卷风，但工程不予考虑。

4 已建线路的设计及运行情况

根据本工程线路所经地区气象站、地区风压等值线图反算的“大理地区30年至50年一遇风速换算关系”，考虑工程安全性、经济性等因素，综合分析认为选择大理地区30年至50年一遇风速换算关系为：“W50=W30×1.05”比较合理。

2003年8月，在下～昆500kV送电线工程(大理变出线至马厂箐段)设计时，云南省电力设计院委托云南省气象科研所对《下～昆500kV线部分地区30年一遇风速、覆冰气象论证报告》。该气象论证报告采用五种方法进行分析论证，最终推荐区域内20m高30年一遇的最大风速为33m/s～35.5m/s。换算为10m高50年一遇最大风速为31m/s～33.4m/s。

500kV大理～和平输电线路，500kV大理变至弥渡九顶山分水岭迎风面一段30年一遇20m高10min最大风速按35m/s设计(10m高30年一遇最大风速为31.3m/s)，换算为10m高50年一遇最大风速为32.9m/s。

500kV大理变电站设计时(初步设计)，离地10m高30年一遇和50年一遇10min设计最大风速值分别为32.2m/s和34.5m/s。

以上线路运行至今从未发生过风灾事故。

5 大风成因

线路经过地区的11月至次年5月，基本上处于西风南支急流的控制之下。它是从西亚低纬度沙漠和内陆地区平流过来的干热气流，由于其北部的青藏高原对西北利亚寒流的阻挡作用，使其处于一个单一的强大而稳定的干暖气团控制之下。由于受西风南支急流的影响，沿线晴天多、日照充足，地面升温快，热空气迅速上升，高空冷气流迅速下降，易形成大风，山区尤为明显。大风主要发生在春夏季节，夏季多为雷雨大风，这种大风多由积雨云中强对流的下沉气流形成，来势突然，持续时间短，风力强，往往伴有暴雨冰雹。在小范围内有时还会出现时间很短而风力极强的飑线大风和龙卷风。

大理的雪风。是指气流由高山沿山坡吹下来的较寒冷的强风。多发生在冬、春两季。这是由于高山上堆积着极冷的空气，它比山下低地湿度低得多，这股冷气流沿山坡下滑时，其绝热增温仍不足以补偿这种差值，因而下降到山下的冷空气仍很冷，当山上与山下温度差愈大时，风速愈大。大理西面为海拔较高的点苍山，东面为洱海。在冬、春季，山顶积雪几个月不化，气温在0℃以下，雪面积累、冷空气堆积到一定程度，就加速的流向山下，其风速很大，并产生极大的阵风。

6 云南大风灾害分布

根据云南省气象科学研究所编著的《云南省气象灾害史料》，云南省大风灾害分区图见图1。

图1 云南省大风灾害分区图

7 地形地貌背景

500kV功果桥水电站送出线路的大理与巍山县界(和尚帽)～500kV大理变地段段，长度约为5.5km，地处大理市与巍山县交界的分水岭，大理大风坝风电场的东南面。大理苍山山脉的南端余脉，大风时主要吹W、WSW风，因此该线路区域受大风影响相对小些。

8 设计基本风速

大理气象站地理位置为东经100º11′、北纬25º42′，观测场地海拔1990.50m。大理气象站实测大风资料表明：大风一般发生在冬、春季节，以西风为主。本工程线路路径走在大理气象站南面，在此区域内有已建的220kV大理～保山I、II回(2005、2006年建成)线路、220kV漫湾～下关I、II回(均为1993年建成)线路，以上线路均按15m高15年一遇最大风速30m/s设计，换算为10m高15年一遇最大风速为28m/s，运行至今从未发生过风灾事故。

结合本工程线路所经地区气象站设计风速、地区风压等值线图反算的风速成果以及大风灾害调查，重点参考沿线已建送电线路设计风速的取值和运行情况，结合地区大风成因、沿线地形、海拔等因素，确定本线路工程：离地10m高50年一遇平均10min设计基本风速取为33m/s和27m/s。

9 结语

(1)通过据区域各个属地气象站设计风速、地区风压等值线图反算的风速成果以及大风灾害调查，重点参考沿线已建送电线路设计风速的取值和运行情况，结合当地大风成因分类、大风灾害区域分布和地形地貌特征的分析，且该线路建成投运后未发生过风灾事故。表明该线路设计风速取值依据是科学、合理的。

(2)设计风速与线路工程的安全性和经济性密切相关，设计风速取值时应综合分析，多方论证，在满足现行规范对工程安全性能要求的前提下，提出合理设计的风速，力争节约工程成本、降低工程造价，提高工程的经济性。

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