凌晨光，凌四海

（海南電力設(shè)計(jì)研究院，海口570203）

海南電網(wǎng)線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)探討

凌晨光，凌四海

（海南電力設(shè)計(jì)研究院，?？?70203）

根據(jù)海南氣象資料、規(guī)程規(guī)范，對(duì)海南電網(wǎng)線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、倒塔原因進(jìn)行了分析，提出不宜普遍提高設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)的觀點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，又根據(jù)海南熱帶氣候的不同特點(diǎn)，提出制定針對(duì)海南電網(wǎng)線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的必要性。

臺(tái)風(fēng)；風(fēng)速；倒塔；設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；“威馬遜”

0 引言

海南島屬熱帶島嶼季風(fēng)性氣候，受東北和西南季風(fēng)影響，熱帶風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)頻繁。近年來(lái)“達(dá)維”、“海燕”給整個(gè)海南電網(wǎng)造成了巨大的影響，所以提高設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)刻不容緩。2014年7月19日，40多年來(lái)最強(qiáng)的臺(tái)風(fēng)“威馬遜”登陸海南地區(qū)，使文昌、?？诖蠓秶ｋ?，35 kV及以上線路倒桿塔累計(jì)約20余座，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

1 臺(tái)風(fēng)數(shù)據(jù)及線路桿塔損壞情況

根據(jù)海南氣象臺(tái)記錄數(shù)據(jù)，近年登陸臺(tái)風(fēng)如表1所示。

表1 近年海南臺(tái)風(fēng)記錄數(shù)據(jù)

1409號(hào)超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“威馬遜”于2014－07－18T15∶30在海南文昌市翁田鎮(zhèn)登陸，臺(tái)風(fēng)中心最大風(fēng)力17級(jí)，瞬時(shí)風(fēng)速達(dá)60 m／s，12級(jí)風(fēng)圈半徑70 km，10級(jí)風(fēng)圈半徑160 km，是1973年以來(lái)登陸華南的最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)。登陸后向西偏北方向移動(dòng)，經(jīng)文昌馮坡、錦山，過(guò)瓊州海峽。文昌及?？诓糠謿庀笈_(tái)站測(cè)得的數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 文昌、?？跉庀笈_(tái)站觀測(cè)數(shù)據(jù)表

“威馬遜”臺(tái)風(fēng)對(duì)文昌、?？诘貐^(qū)35 kV及以上線路桿塔損壞統(tǒng)計(jì)如表3所示，共損壞51座，其中倒桿、斷桿24座，表中未一一列出。

表3 線路桿塔損壞統(tǒng)計(jì)表

2 設(shè)計(jì)風(fēng)速取值及依據(jù)

根據(jù)GB 50545—2010《110～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.0.1及4.0.2要求，110 kV線路確定基本風(fēng)速時(shí)應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_(tái)站10 min時(shí)距平均的年最大風(fēng)速為樣本，并宜采用極值I型分布作為概率模型，統(tǒng)計(jì)風(fēng)速的高度離地面10 m，重現(xiàn)期取30年。按照上述要求，根據(jù)收集到的近40年氣象資料，計(jì)算結(jié)果如表4。

表4 文昌及?？诘貐^(qū)最大設(shè)計(jì)風(fēng)速表

參照GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，?？诘貐^(qū)風(fēng)壓0.75 kN／m2，瓊海地區(qū)風(fēng)壓0.85 kN／m2；根據(jù)風(fēng)壓計(jì)算得出的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速為：?？?3.12 m／s，瓊海35.26 m／s（文昌可參照?？?、瓊海之間取值）。

參照附近已運(yùn)行線路的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速，基本都是35 m／s。

綜上，?？?、文昌地區(qū)線路設(shè)計(jì)最大設(shè)計(jì)風(fēng)速取值為35 m／s，驗(yàn)算風(fēng)速取40 m／s。自2005年達(dá)維臺(tái)風(fēng)之后，少數(shù)線路按照40 m／s設(shè)計(jì)，驗(yàn)算風(fēng)速取45 m／s。本次臺(tái)風(fēng)損壞的線路中，既有35 m／s設(shè)計(jì)，也有40 m／s設(shè)計(jì)。均符合最大設(shè)計(jì)風(fēng)速取值的相關(guān)要求。

3 線路損壞分析

3.1 風(fēng)速比較

將臺(tái)風(fēng)瞬時(shí)風(fēng)速折算為設(shè)計(jì)條件下的驗(yàn)算風(fēng)速進(jìn)行比較（陣風(fēng)系數(shù)取1.4），結(jié)果見表5。

表5 瞬時(shí)風(fēng)速與折算風(fēng)速對(duì)比表

從表3、表5不難看出，翁田、龍馬、馮坡站的折算風(fēng)速（t=10 min；h=15 m）均超過(guò)了40 m／s，上述站點(diǎn)距臺(tái)風(fēng)中心在10.5 km內(nèi)。由此推算，僅35 kV龍翁寶線超過(guò)驗(yàn)算風(fēng)速。

3.2 歷次臺(tái)風(fēng)受損比較

之前的臺(tái)風(fēng)對(duì)35 kV及以上線路損壞很少，都是10 kV配網(wǎng)損壞嚴(yán)重。達(dá)維全網(wǎng)瓦解，主網(wǎng)也僅有2座倒塌，一座是老舊線路斷線所致；另一座是洪水沖刷所致。海燕主網(wǎng)也有倒桿現(xiàn)象，主要是拉線棒、線夾銹蝕、材料缺陷等原因。威馬遜臺(tái)風(fēng)的損壞主要集中在文昌、?？诘貐^(qū)，共倒桿塔51座（其中倒塔27座），特別是文昌，其中有一條線路倒13座。

3.3 原因分析

從上述風(fēng)速分析不難看出，設(shè)計(jì)風(fēng)速取值是沒(méi)有問(wèn)題的，用臺(tái)風(fēng)實(shí)測(cè)3 s瞬時(shí)風(fēng)速折算后驗(yàn)算，僅35 kV龍翁寶線超過(guò)設(shè)計(jì)驗(yàn)算風(fēng)速。歸納分析有以下主要原因。

1）氣象臺(tái)站漏測(cè)誤測(cè)。臺(tái)風(fēng)局地性強(qiáng)［1］，倒塔現(xiàn)場(chǎng)瞬時(shí)風(fēng)速可能遠(yuǎn)超過(guò)氣象臺(tái)站實(shí)測(cè)3 s瞬時(shí)風(fēng)速。

2）設(shè)計(jì)存在問(wèn)題。如例桿塔結(jié)構(gòu)布置不合理；桿塔強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3）運(yùn)行維護(hù)缺陷?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)有倒桿線路缺少拉線。

4）施工質(zhì)量存在缺陷。

5）空曠、開闊的河面，沒(méi)有按照局部微地形提高設(shè)計(jì)風(fēng)速。如玉洲—海甸（新埠）110 kV雙回線路，跨南渡江，跨越檔800 m，塔高100 m，全線40 m／s設(shè)計(jì)，跨越檔沒(méi)有再適當(dāng)提高設(shè)計(jì)風(fēng)速。

6）微地形發(fā)生變化。海南電力設(shè)計(jì)院的分析報(bào)告中，寶邑線（共倒13座）按照40 m／s設(shè)計(jì)，沿線經(jīng)過(guò)林區(qū)，砍伐通道，考慮了林區(qū)的風(fēng)速屏蔽因素，受屏蔽段降低設(shè)計(jì)風(fēng)速，按照35 m／s設(shè)計(jì)。但從倒塔的現(xiàn)場(chǎng)看，周邊已經(jīng)砍伐，比較空曠。

7）材料質(zhì)量可能存在缺陷。

4 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的探討

4.1 新建主網(wǎng)線路設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)

從上文看出，盡管本次臺(tái)風(fēng)造成線路桿塔損壞，但原因是多方面的，并不能說(shuō)明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在問(wèn)題。歷年的臺(tái)風(fēng)對(duì)主網(wǎng)影響大多是跳閘故障，極少有倒桿塔現(xiàn)象?？v有倒塔，經(jīng)分析，也沒(méi)有反映是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)存在問(wèn)題。

GB 50545—2010充分考慮了2008年南方冰災(zāi)的因素，增加了事故斷線的影響。海南沒(méi)有冰災(zāi)問(wèn)題，但設(shè)計(jì)時(shí)同樣要采用該規(guī)程。

線路設(shè)計(jì)歷經(jīng)1979、1999、2010版規(guī)程的更新，設(shè)計(jì)風(fēng)速取值也在不斷增大，110～330 kV線路1999版為15年重現(xiàn)期，而2010版提高到30年重現(xiàn)期，相同高度下，風(fēng)速增加約6%。

海南沿海30年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)基本風(fēng)速均不低于35 m／s，屬一類風(fēng)區(qū)。南方電網(wǎng)2013年頒布了《輸電線路防風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》（試行），要求一類風(fēng)區(qū)導(dǎo)地線大風(fēng)工況水平風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)取1.3，與GB50545—2010相比，220 kV及以下線路相應(yīng)導(dǎo)地線水平荷載提高約30%。

標(biāo)準(zhǔn)的提高，將導(dǎo)致投資的進(jìn)一步提高。提高標(biāo)準(zhǔn)固然可以提高線路的抗風(fēng)能力，但據(jù)初步測(cè)算，設(shè)計(jì)風(fēng)速每提升一個(gè)等級(jí)（2 m／s），對(duì)500 kV線路本體造價(jià)約增加7.5%，對(duì)220 kV及以下線路本體造價(jià)約增加5%～7%。因此，安全運(yùn)行與降低造價(jià)之間要統(tǒng)籌兼顧，合理平衡。

在海南同樣的氣候、同樣的導(dǎo)線、同樣的檔距條件下，筆者統(tǒng)計(jì)了部分110～220 kV線路鐵塔，歷經(jīng)1979、1999、2010版規(guī)程，單基塔重已提高50%，造價(jià)直線上升，但實(shí)際情況是：包括1999年之前設(shè)計(jì)的主網(wǎng)線路（使用1979版規(guī)程），在歷次臺(tái)風(fēng)中基本安然無(wú)恙。

4.2 主網(wǎng)已建線路改造

已建線路，即使是2010年之前設(shè)計(jì)的線路，甚至是1999年之前設(shè)計(jì)的線路，設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)最大風(fēng)速取值不僅根據(jù)歷年氣象資料計(jì)算，同時(shí)參考了海南風(fēng)壓分布圖的計(jì)算結(jié)果，沿海地區(qū)實(shí)際取值35 m／s；中部山區(qū)為30 m／s。這樣的取值，套用最新的GB50545—2010規(guī)程也是沒(méi)有問(wèn)題的。

歷次臺(tái)風(fēng)，35 kV及以上線路經(jīng)受住了考驗(yàn)。本次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)倒塔最多，其原因已在上文中敘述，大范圍改造的理由不充分。反向思考，這樣的超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，如果沒(méi)有倒塔，是不是反而有問(wèn)題，只能說(shuō)明設(shè)計(jì)過(guò)于保守了。

4.3 有針對(duì)性地提高主網(wǎng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

建議沿海20m范圍內(nèi)的新建線路，按照40 m／s設(shè)計(jì)，45 m／s的風(fēng)速校驗(yàn)。新建線路，對(duì)高塔、大檔距、風(fēng)口、開闊地帶、峽谷等情況，需適當(dāng)提高設(shè)計(jì)風(fēng)速。

對(duì)已建線路，按照新建線路的要求進(jìn)行復(fù)核。加強(qiáng)可采用局部更換塔材、整體換塔、增加桿塔、更換導(dǎo)線等多種方式。

4.4 制定針對(duì)海南的線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

海南是我國(guó)唯一的熱帶氣候島嶼，除臺(tái)風(fēng)外，還有高溫、高鹽霧、高雷暴日的特點(diǎn)，套用全國(guó)統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)程，顯然不太合理。

GB 50545—2010規(guī)程10.1.10“各類桿塔在斷線情況下的斷線張力，以及不均勻覆冰情況下的不平衡張力均按靜態(tài)荷載計(jì)算”。按照靜態(tài)荷載計(jì)算，與產(chǎn)生張力的力的性質(zhì)（永久荷載）有關(guān)；而海南線路斷線的主因不是覆冰而是大風(fēng)，風(fēng)是可變荷載。

GB 50545—2010設(shè)計(jì)荷載組合中，相對(duì)于GB 50545—1999規(guī)程，增加了事故斷線的影響。主要考慮了2008年南方冰災(zāi)的因素，但海南沒(méi)有冰災(zāi)問(wèn)題。

海南線路設(shè)計(jì)的控制條件，基本上是“大風(fēng)”工況。而桿塔受損失壞又基本是臺(tái)風(fēng)的影響。臺(tái)風(fēng)與良態(tài)“大風(fēng)”有所區(qū)別：臺(tái)風(fēng)的風(fēng)速分布更加不均勻［2］；臺(tái)風(fēng)瞬時(shí)大風(fēng)［3］與設(shè)計(jì)風(fēng)速（10 min平均最大風(fēng)速）換算很可能不符合經(jīng)驗(yàn)值（約1.4倍的關(guān)系），本次臺(tái)風(fēng)所收集的數(shù)據(jù)關(guān)系是1.6倍，接近文獻(xiàn)［4］中推薦的1.63；文昌衛(wèi)星發(fā)射臺(tái)提供的數(shù)據(jù)，風(fēng)速的高度變化也與規(guī)程上的高度系數(shù)明顯不一致?？梢?，臺(tái)風(fēng)對(duì)線路設(shè)計(jì)的影響需進(jìn)一步研究，不宜簡(jiǎn)單套用良態(tài)“大風(fēng)”的一些特點(diǎn)。

歷次臺(tái)風(fēng)后，海南電網(wǎng)公司甚至南方電網(wǎng)公司也相應(yīng)制定了一些提高標(biāo)準(zhǔn)的“硬性”規(guī)定，也需要從理論上進(jìn)一步論證。

5 結(jié)語(yǔ)

僅根據(jù)臺(tái)風(fēng)導(dǎo)致大面積停電事故而簡(jiǎn)單的提高設(shè)計(jì)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)是不可取的，應(yīng)當(dāng)根據(jù)深層次原因和海南的氣象條件，科學(xué)合理的制定出針對(duì)海南電網(wǎng)線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，不但可以提高電網(wǎng)的整體供電可靠性，而且還節(jié)約了電網(wǎng)投資。

［1］葛耀君，趙林，項(xiàng)海帆.基于極值風(fēng)速預(yù)測(cè)的臺(tái)風(fēng)數(shù)值模型評(píng)述［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2003（3）：31－35.

［2］肖玉鳳，段忠東，肖儀清.基于數(shù)值模擬的臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性分析綜述I：基于Monte Carlo模擬的極值風(fēng)速預(yù)測(cè)［C］.第六屆全國(guó)土木工程研究生學(xué)術(shù)論壇，清華大學(xué)，2008.

［3］段忠東，歐進(jìn)萍，周道成.極值風(fēng)速的最優(yōu)概率模型［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2002（5）：11－16.

［4］趙林，葛耀君，項(xiàng)海帆.基于臺(tái)風(fēng)數(shù)值模擬的極值風(fēng)速預(yù)測(cè)研究［C］.第十一屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，2004.

Discussion on Hainan Power Line Design Standard

LING Chenguang，LING Sihai
（Hainan Electric Power Design&Research Institute，Haikou 570203，China）

According to the meteorological data of Hainan and relevant technical specifications，carried out is the analysis on the design criteria of grid lines and the reason of the inverted tower.It is suggested that the standard design wind speed should not be generally raised to a higher level.On this basis，in view of the different characteristics of Hainan tropical climate，it is proposed that it is necessary to formulate the standard of circuit design in Hainan.

typhoon；wind speed；inverted tower；design standards；wimason

TM75

B

1007－9904（2015）06－0047－04

2015－01－07

凌晨光（1993），男，從事送電線路設(shè)計(jì)工作；

凌四海（1964），男，高級(jí)工程師，從事送電線路設(shè)計(jì)及管理工作。