趙 勇，孫月煥

（1.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250000；2.國網(wǎng)煙臺供電公司，山東 煙臺 264000）

0 引言

風(fēng)荷載是架空輸電線路的主要設(shè)計荷載， 其計算的準(zhǔn)確性對輸電線路建設(shè)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和安全穩(wěn)定運行有重要影響。一直以來，我國缺乏輸電線路設(shè)計荷載的專門規(guī)范， 輸電線路荷載的計算方法分散于各原有規(guī)范［1-2］中，架空輸電線路風(fēng)荷載的計算方法略顯粗糙。 新規(guī)范［3］于 2019 年 5 月 1 日正式實施， 其對架空輸電線路風(fēng)荷載的計算方法較原有規(guī)范做出了較大修改，使其計算方法更加科學(xué)，相關(guān)參數(shù)取值具有明確的理論意義。 本文探討了新規(guī)范風(fēng)荷載計算方法與結(jié)果較原有規(guī)范的變化， 為后續(xù)工程設(shè)計中風(fēng)荷載的計算提供參考。

1 風(fēng)荷載計算方法

1.1 導(dǎo)線和地線風(fēng)荷載計算

文獻(xiàn)［1］和文獻(xiàn)［2］對導(dǎo)線、地線風(fēng)荷載的計算方法相同，均采用如下公式：

式中：α 為考慮風(fēng)場空間不均勻性的風(fēng)壓不均勻系數(shù)，其取值僅與風(fēng)速有關(guān)；μz為考慮風(fēng)壓沿高度變化的風(fēng)壓高度變化系數(shù)；βc為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，其取值僅與電壓等級和風(fēng)速有關(guān)；μsc為導(dǎo)線體型系數(shù)，實際中常見的110 kV 及以上工程導(dǎo)線直徑均大于17 mm，取 1.1；d、Lp、B1、θ、W0分別為導(dǎo)線外徑、水平檔距、覆冰風(fēng)荷載增大系數(shù)、風(fēng)向角、基本風(fēng)壓。

新規(guī)范對導(dǎo)線、地線風(fēng)荷載計算采用如下公式：

式中：αL為檔距折減系數(shù)， 其取值僅與檔距有關(guān)，較原規(guī)范αL的物理意義更加明確；μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，其取值大小根據(jù)GB 5009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》進(jìn)行了更新；βc為導(dǎo)地線陣風(fēng)系數(shù)，其僅與高度有關(guān)；其他參數(shù)的意義與式（1）相同。

值得一提的是，對于多分裂導(dǎo)線體型系數(shù)μsc，盡管近年中南電力設(shè)計院和同濟(jì)大學(xué)的大量試驗發(fā)現(xiàn)，受到多分裂導(dǎo)線間屏蔽效應(yīng)的影響，其取值隨導(dǎo)線分裂數(shù)的增大而顯著減小［4］，新規(guī)范對多分裂導(dǎo)線仍然采用單根導(dǎo)線的體型系數(shù)取值。

1.2 桿塔風(fēng)荷載計算

文獻(xiàn)［1］對桿塔風(fēng)荷載的計算采用如下公式：

式中：μs為構(gòu)件的體型系數(shù)；B2為桿塔構(gòu)件覆冰增大系數(shù)；βz為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，當(dāng)桿塔高度不超過60 m時，其為僅與塔高有關(guān)的定值。

新規(guī)范對桿塔風(fēng)荷載計算公式與式（3）相同，但是風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)βz的取值方法發(fā)生了明顯變化，無論桿塔高是否超過60 m，均采用由下到上逐段增大的數(shù)值。

2 算例分析

2.1 導(dǎo)線地線風(fēng)荷載

為比較新規(guī)范計算所得的導(dǎo)線、 地線風(fēng)荷載與原有規(guī)范計算結(jié)果大小的差異，選取B 類地貌、設(shè)計風(fēng)速27 m／s、計算高度30 m、水平檔距分別為350 m和450 m 的220 kV 和500 kV 輸電線路作為算例，所得各計算參數(shù)見表1。

表1 風(fēng)荷載計算參數(shù)

由表1 可見， 新規(guī)范反映風(fēng)場在一檔內(nèi)不勻均特性的檔距折減系數(shù)較原規(guī)范反映風(fēng)場相同特性的風(fēng)壓不均勻系數(shù)取值更加細(xì)化，且220 kV 和500 kV線路較原規(guī)范分別降低8%和2.7%。 但是新規(guī)范反映風(fēng)場脈動特性的陣風(fēng)系數(shù)較原規(guī)范增大，220 kV和500 kV 線路分別增大49%和22.5%。 總體上，新規(guī)范對于導(dǎo)線風(fēng)荷載的計算較原規(guī)范有較大程度的增大， 算例計算的風(fēng)荷載220 kV 和500 kV 線路分別增大36%和17.3%， 必然會導(dǎo)致按照新規(guī)范設(shè)計的桿塔重量有較大程度的增大。

2.2 桿塔風(fēng)荷載

為比較新規(guī)范計算所得的桿塔荷載與原有規(guī)范計算結(jié)果大小的差異， 選取B 類地貌下全高58.7 m的某220 kV 直線塔作為算例，桿塔單線圖及分段如圖1 所示， 桿塔各段的風(fēng)荷載參數(shù)計算結(jié)果如表2所示。 式（3）中除 μz、βz外，新舊規(guī)范對于其余參數(shù)的取值相同，因此計算僅限于μz、βz即可反映風(fēng)荷載大小的差異。

圖1 桿塔單段圖及分段

由表2 可見，在高度較低時，原規(guī)范計算所得的風(fēng)荷載值較新規(guī)范大，而在較高的塔頭部位，新規(guī)范計算所得的風(fēng)荷載較原規(guī)范大20%～40%， 且在90°風(fēng)時，橫擔(dān)部位風(fēng)荷載較原規(guī)范增大40%以上。

表2 各段計算結(jié)果表

由于風(fēng)荷載在塔腿部產(chǎn)生的整體彎矩對直線塔塔腿主材產(chǎn)生軸力， 從而成為主材選材的重要影響因素。因此，考察這一表征風(fēng)荷載對塔腿部產(chǎn)生整體彎矩的參數(shù)可以了解塔身風(fēng)荷載對桿塔選材的影響程度。 由表2 可見，新規(guī)范計算所得的正面、側(cè)面塔身風(fēng)荷載較原有規(guī)范分別增加10.5%和20%。

3 結(jié)論

經(jīng)過上述討論，主要結(jié)論如下：

1）新規(guī)范計算所得的導(dǎo)線風(fēng)荷載較文獻(xiàn)［1］增大15%以上。

2）新規(guī)范計算所得的塔身風(fēng)荷載較文獻(xiàn)［1］增大10%以上。

由于新規(guī)范導(dǎo)線和塔身風(fēng)荷載較原有規(guī)范均有較大程度的增加， 因此勢必會導(dǎo)致新設(shè)計的桿塔重量較原通用設(shè)計有較大程度的增加。