王朝品,戎曉洪,陳 濤
(廣東科諾電力巖土工程有限公司,廣東 廣州 510600)
設計覆冰厚度與送電線路走向關系的探討
王朝品,戎曉洪,陳 濤
(廣東科諾電力巖土工程有限公司,廣東 廣州 510600)
在相同氣候區(qū)、相同海拔高度甚至同一地點,送電線路工程不同走向的導線發(fā)生覆冰時,覆冰厚度存在明顯差異。本文探討了造成這種差異的原因,并在工程實例中確定了合理的設計覆冰厚度。
覆冰;送電線路;風向。
導線覆冰形成的氣象條件包括:①具有可能凍結(jié)氣溫(一般為-20℃~-2℃),②空氣相對濕度較大(一般在90%之上),③風速大于1 m/s(一般為2~7 m/s)。
目前,廣東地區(qū)由于缺乏覆冰觀測資料,送電線路往往在冰區(qū)劃分的基礎上,再依據(jù)海拔高低來確定采用的設計覆冰厚度。但在同一海拔高度,甚至同一地點,雖然采用的設計覆冰厚度相同,發(fā)生覆冰時卻出現(xiàn)有些工程安全運行,有些工程發(fā)生斷線、倒塔事故等截然不同的情況。在后期的改造中往往在原有基礎上大幅度提高設計覆冰厚度,增加了投資成本。本文正是在此認識的基礎上展開研究,以期獲取相同氣候區(qū)產(chǎn)生線路工程覆冰厚度差異的原因,準確提出設計覆冰厚度,使工程更安全、更經(jīng)濟。
廣東省內(nèi)僅樂昌高山站自1971年~1978年進行了覆冰現(xiàn)象觀測,其中1975年12月~1976年3月進行了導線覆冰觀測。該站位于樂昌市慶云鄉(xiāng)原祖山山頂,觀測點海拔高度為1024.0 m(1985年國家高程基準,下同)。
根據(jù)該站導線覆冰紀錄換算為標準冰厚,見表1。
表1 樂昌高山站標準冰厚
由表可以看出:
①發(fā)生覆冰時平均溫度為-5.8℃,平均風速9 m/s;
②發(fā)生覆冰時風向較穩(wěn)定,以W、NWW為主;
③南北向平均覆冰厚度15.2 mm,東西向覆冰厚度8.2 mm,兩者相差7.0 mm;
④覆冰厚度最大一次發(fā)生在1976年2月19日,其南北向覆冰厚度為29.7 mm,比東西向覆冰厚度大14.1 mm,是觀測記錄中差距最大的一次,發(fā)生覆冰時吹W風,風速9 m/s,最低氣溫-2.8℃。
根據(jù)上述分析可以看出,樂昌高山站發(fā)生覆冰時的主導風向為W、NWW風,與冬季主導風向垂直導線覆冰厚度較順風向?qū)Ь€覆冰厚度平均高7.0 mm,兩者最大相差14.1 mm。因此,風向與導線之間的夾角是造成相同氣候區(qū)覆冰厚度懸殊的關鍵因素。
在工程應用上,與冬季主導風向垂直導線設計覆冰厚度取值應較順風向?qū)Ь€覆冰厚度高10 mm為宜,而當線路工程與風向夾角在45°左右的時候,設計覆冰厚度可以適當較順風向?qū)Ь€提高5 mm。
220 kV坪關甲線(坪通線解口入關春站)輸電線路工程自位于樂昌市梅花鎮(zhèn)西北側(cè)約2.3 km的220 kV關春變電站向東北出發(fā),路徑沿線高程自350 m逐漸上升至550 m,向東約2.9 km后折向北130 m,最后接入220 kV坪通線,路徑全長3.0 km。線路路徑概況見圖1。
圖1 線路路徑概況
我國大部分易覆冰地區(qū)缺乏實測覆冰資料,線路工程設計覆冰取值主要依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及短期觀測資料。本線路工程位于樂昌市梅花鎮(zhèn),屬于重冰區(qū),基準設計覆冰厚度30 mm。
根據(jù)規(guī)程[4]要求,330 kV及以下架空送電線路采用離地15 m高15年一遇標準冰厚,限于樂昌高山站覆冰資料僅一年,無法以此進行頻率分析獲得線路所需設計覆冰厚度。本項研究依據(jù)冰區(qū)的劃分,并結(jié)合線路工程走向與當?shù)囟局鲗эL向(NEE)的關系,最終確定了設計覆冰厚度,成果見表2。
表2 線路設計覆冰厚度劃分
根據(jù)廣東地區(qū)送電線路工程設計資料測算,覆冰厚度增加對桿塔的承受能力要求很高,當導線覆冰厚度由10 mm增加至20 mm時,桿塔承受荷載大幅增加,其中垂直荷載增加約50%,相應的單基桿塔材料重量增加約120%;當導線覆冰厚度由10 mm增加至30 mm時,桿塔垂直荷載增加約120%,桿塔材料重量增加約240%。如果考慮線路能夠抵御極端天氣條件,線路的設計標準必然需要提高,線路的造價也將大幅上升,在其他條件相同的情況下,按20 mm覆冰設計的線路造價約是10 mm覆冰的1.8倍,按30 mm覆冰設計的線路造價是10 mm覆冰的2.6倍。
本文采用當?shù)刂鲗эL向研究線路設計覆冰厚度問題,實際上是從宏觀角度來研究區(qū)域地形對覆冰厚度的影響。依據(jù)這個思路,將來在確定設計覆冰厚度時應加強線路沿線踏勘、調(diào)查、訪問以及現(xiàn)場觀測,研究微地形對覆冰厚度的影響,將宏觀問題微觀化,從微觀角度來研究微觀問題,最終實現(xiàn)解決宏觀問題的目的。
送電線路走向與覆冰時風向夾角的大小對覆冰厚度的影響可達10 mm量級,根據(jù)風向與線路走向的關系合理確定設計覆冰厚度,對降低工程造價及提高安全性具有積極意義。
建議在送電線路位于覆冰影響嚴重的地區(qū)設置南-北、東-西、東南-西北、東北-西南四個方向的導線,展開覆冰觀測,提高設計覆冰厚度的精度。
[1]廖毅,潘春平,周冰.廣東電網(wǎng)冰災事故分析與應對措施[J].廣東輸電與變電技術,2008,5(48).
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[4]DL/T 5158-2002,電力工程氣象勘測技術規(guī)程 [S].
The Relation Between Ice-coating Thickness and Transmission Lines’ Direction
WANG Chao-pin, RONG Xiao-hong, CHEN Tao
(Guangdong Kenuo Geotechical Engineering Corporation, Guangzhou 510600, China)
TAlthough in the same climatic region or at the same altitude, even at the same place, the thickness of ice-coating for transmission lines in different direction is varied. This paper will discuss the reasons for the difference of the thickness of ice-coating and determine the reasonable thickness of ice-coating in the example of a project.
ice-coating; transmission lines; wind direction.
P49
B
1671-9913(2010)06-0033-03
2010-07-20
王朝品(1979- ),男,山東成武人,碩士,工程師,主要從事電力工程水文氣象勘測工作。