关于风压不均匀系数的研究

第7期 · ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· · [摘 要] 通过比较、分析我国与俄罗斯、日本、德国的输电线路 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 规程对于风压不均匀系数取值的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 及 差异,提出我国输电线路设计规程的风压不均匀系数取值的修正 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。同时对在输电线路工程设计中执行该 修正方案的可操作性以及对线路杆塔指标的影响进行了研究和评估。在以后新设计的输电线路工程中,对于 杆塔规划、塔头尺寸的确定和杆塔定位后导线与绝缘子串的风偏校核等各环节,可按照该修正方案开展工作。 [关键词] 风速 风压 风压不均匀系数 风偏 中图分类号:TM753 文献标识码:A 文章编号:1000-7229(2007)07-0001-04 ResearchonWindPressureAsymmetricCoefficient XUXiao-dong,WANGGang (CentralSouthernChinaElectricPowerDesignInstitute,Wuhan430071,China) [Abstract] ThroughcomparingandanalyzingthedifferencesintransmissionlinedesignregulationsbetweenChinaandothercountries,suchas Russia,Japan,andGermany,thispaperpresentsmethodforwindpressurecoefficientcorrection.Investigationsandevaluationsofthefeasibilityof enforcingthecorrectioninlinedesign,aswellasitsaffectontowerperformancehavebeenconducted.Infuturetransmissionlineprojects,this correctioncanbeusedintowerplanning,towerheaddimensiondefining,winddeflectioncalibrationforconductorandinsulatorstringaftertower positioned. [Keywords] windspeed;windpressure;windpressureasymmetriccoefficient;winddeflection 收稿日期:2007-03-18 作者简介:徐小东,男,教授级高级工程师,中南电力设计院副院长,长期从事输变电工程审查和设计工作。 关于风压不均匀系数的研究 徐小东,王 钢 (中南电力设计院,武汉市,430071) 电 力 建 设 ElectricPowerConstruction 第28卷 第7期 2007年7月 Vol.28 No.7 Jul,2007 ·专家论坛· 0 引言 在输电线路设计中,杆塔的规划和使用是很重 要的环节。杆塔使用时除了满足导线和地线负荷外, 还应满足导线和支持导线的绝缘子串在风的作用下 产生偏移时,对杆塔保持足够的电气间隙而不发生 闪络。导地线和绝缘子串风偏角度的计算,是对作用 在导地线上的水平力和垂直力之比求其反正切值。 显然作用在导地线上的水平力越大,绝缘子串风偏 的角度越大,要求的杆塔尺寸也相应增加。研究 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,作用在导地线上的水平风压与其直径有关,随悬 挂高度的增加而增加。风并不是每时每刻都以同样 的程度作用在输电线路上,同一时刻每一点的风速 更是不均匀的。因此,在输电线路设计的风压计算中 引入了风压不均匀系数α,以表征风场的上述特征。 在输电线路杆塔荷载、导线应力或风偏计算时,根据 风速计算出风压后,再乘以风压不均匀系数对风压 折减。通常导线风偏计算时的α小于杆塔荷载计算 的取值。包括我国在内的世界各国对风场的上述特 征都有过研究,但 α如何取值,仍是一个需要观测 总结和深入研究的问题。 我国架空输电线路设计中的 α取值的规定已 使用20余年。对于设计大风风速(V≥20m/s)下导 地线的风偏计算,α取定值 0.61。2004年入夏后的 短时间内,国家电网公司所辖的500kV架空送电线 路发生风偏闪络21次,呈高发势态。尽管随后展开 的调查并没有确切的证据证明 α取值不当,但作为 应急 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,国家电网公司建设运行部决定在架空输 电线路设计中,α取值为“0.61设计,0.75校核”。此 临时规定在国家电网公司的输电线路工程和杆塔典 型设计中沿用至今。 鉴于目前对 α取值产生疑义,国家电网公司和 南方电网公司的工程采用的值也不统一的情况,本 文意在研究各国在架空输电线路设计中 α取值的 1 电 力 建 设· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· · 第28卷· ·· ·· ·· ·· ·· ·· 差异,提出 α取值的修正方案,为修改和完善架空 输电线路设计规程提供参考。 1 各国设计规程对α取值的规定 1.1 中国标准 1.1.1 我国电力行业标准《110～500kV架空送电线 路设计技术规程》(DL/T5092—1999)表 12.1.12中, 在校验杆塔电气间隙时,当 V≥20m/s时,α取为 0.61。 1.1.2 我国原国家标准 《建筑结构荷载规范》 (GBJ9—87)第6.1.6条规定,计算导线、绳索的风力 时,基本风压值可乘以表1所列调整系数采用(该条 文在2001版已取消)。 1.2 日本标准 日 本 电 气 协 会 标 准 《架 空 送 电 规 程 》 (JEAC6001—1999)第4章第6节第6-2条规定,在 计算导线风压时应乘以构造规模减低系数: β=0.5+40/S(0.55≤β≤0.9) 式中 S———档距长,m。 同时该条文还规定,当导线风偏计算采用简化 算法时,对于200m以上的档距,β一律取为0.7。 日本的导线风偏计算采用地上10m高、10min 平均、50年重现期统计风速的气象条件。 1.3 德国标准 德国对于欧洲标准 《高于45kV的架空交流电 力线路第一部分:一般条件和规范》(EN50341—1: 2001)的 《德国国家标准解译》(NNA)的 4.3.2和 5.4.3条款,在新设计架空送电线路时,导线风压和 风偏计算按下列公式: QWC=qcCXCGXCdL 式中 qc———单位风压,N/m2; CXC———空气阻力系数 (相当于我国规程中的 导线体型系数); GXC———导线响应系数,当 L<200m时,取 0.75,当L>200m时,取0.45+60/L; d———导线直径,m; L———水平档距,m。 1.4 俄罗斯标准 俄罗斯《电气安装规程》(2002版)第 2.5.30条 款规定,当计算导线风压时按下列公式: P=αKlCxqFsin2φ 式中 α———风压不均匀系数,见表2; Kl———档距系数,50m取1.2,100m取1.1,150m 取1.05,250m以上取1,中间值插入法确定; Cx———导线的体型系数; q———单位风压,N/m2。 该规程第2.5.37条款规定,按下列公式计算导 线风偏: tanγ=kP/(Gnp+0.5Gг) 式中 k———风偏计算系数,见表2。 对于风速为29.7m/s和25.3m/s的情况,结合 档距系数Kl的规定,得到风偏计算时风压不均匀系 数随档距变化如表3。中间值按插入法确定。 1.5 本文推荐的风压不均匀系数确定方法 为与 《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001) 一致,我国的输电线路设计规程正在修编,将采用地 上10m高、10min平均、50年重现期统计风速的气 象条件。按照此设计气象条件,本文推荐在输电线路 设计风偏计算中,对于10、15和20m/s风速,α分别 取为 1.0、0.85和 0.75(中间值按插入法计算);对于 V≥20m/s的风速,α按下式计算: α=0.50+60/Lh,(0.60≤α≤0.90) 对于 V≥20m/s的风速,α随水平档距变化取 值见表4。 1.6 各国风压不均匀系数比较 各国的α值比较见表4和图1。 表1 导线、绳索基本风压调整系数 跨长/m 调整系数 ≤150 1.0 300 0.8 450 0.7 注:(1)中间值按插入法计算。 (2)表中系数未考虑风的脉动影响。 表2 导线风偏计算系数 风压/(kg·m-2) 27 40 45 55 65 76 80 风速/(m·s-1) 20.8 25.3 26.8 29.7 32.3 34.9 35.8 α 1.0 0.85 0.75 0.7 k 1.0 0.95 0.9 0.85 0.8 αk 1.0 0.85 0.80750.6750.63750.595 0.56 表3 风压(αkK)与档距的关系表 风速/(m·s-1) 29.7 0.81 0.743 0.709 0.692 0.675 25.3 1.02 0.935 0.893 0.871 0.85 档距/m 50 100 150 200 ≥250 2 第7期 · ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· · 表4 α取值比较表 档距/m 规程 名称50 100150200250300400450500600800900 0.61 线路 规程 1.0 0.930.870.80.73 0.7 荷载 规范 0.90 0.770.700.660.630.600.590.580.57 0.55 日本 规程 0.75 0.690.650.600.580.570.550.530.52 德国 规程 0.810.740.710.69 0.675 俄国 规程 0.90 0.800.740.700.650.630.62 0.60 本文 推荐 关于风压不均匀系数的研究 2 对各国α取值方法的评价 我国现行设计规程规定的校验杆塔电气间隙的 α取值,正式采用始于1984年。按照原水电部1984 年颁发的《500kV电网过电压保护绝缘配合与电气 设备接地暂行技术标准》规定:当计算 500kV线路 导线对杆塔的电气间隙,在 V≥20m/s时,α为 0.61。在330kV送电线路的设计中也采用了同样的 α取值。在对1979年版的架空送电线路设计技术规 程修订,升级为电力行业标准《110～500kV架空送 电线路设计技术规程》(DL/T5092—1999)后,在该 规程中将以上的 α取值写入第 12.2.2条,并规定适 用于110～500kV输电线路。在多年执行以上规定期 间,没有发现明显的不妥之处。 根据运行单位统计,1999～2003年期间,国家电 网公司所辖 500kV架空送电线路共发生风偏闪络 31次,涉及13省(自治区、直辖市),但 6次/年的频 率尚属正常。2004年入夏后的短时间内,国家电网 公司所辖 500kV架空送电线路集中发生风偏闪络 21次,使相关部门怀疑设计规程所规定的α取值不 当。国网建设运行部决定加大风偏校核的裕度,α取 值为“0.61设计,0.75校核”,并沿用至今。 与其他的 α取值方法相比,我国设计规程规定 的α取定值0.61覆盖的风速范围宽,适用于所有的 档距。在小档距范围内 α仍取 0.61,明显低于其他 国家规程的取值。例如在档距小于363m时,按日本 规程计算的α就大于0.61。在档距为250m时,日、 德、俄规程的 α取值分别为 0.66、0.69和 0.675,均 大于我国的0.61取值。由于我国规程规定的α与档 距无关,档距越小,风偏计算与荷载计算的风压差距 越大,这是与各国设计规程的相关规定所显示的规 律背道而驰的。 我国原国家标准《建筑结构荷载规范》(GBJ9— 87)关于计算导线、绳索的 α系数的规定在修编时 已取消,但可以作为本研究参考。该规范适用于负荷 计算,且没有考虑风的脉动影响,其 α取值是偏大 的,对于导线风偏计算时应该有所区别。 日本规程的α(构造规模减低系数)用公式计 算,并规定了上限和下限。在大档距范围内(≥363 m)该系数低于我国现行设计规程(0.61)。但应当注 意到,日本规程还规定,当导线风偏计算采用简化算 法时,对于200m以上的档距,α可一律取为0.7。这 条规定保证了大于200m档距的导线风偏计算的安 全裕度。 德国规程的α(导线响应系数)同样用公式计 算,与日本的计算公式比较,尽管常数取值不同,但 计算结果很接近。档距为250m时,按公式计算的α 已小于0.7;档距为400m时,α已小于0.61。 俄罗斯设计规程和我国设计规程是属于同一体 系。对比俄罗斯《电气安装规程》(2002版)第2.5.30 条款和我国《110～500kV架空送电线路设计技术规 程》第12.1.12条款的表12.1.12,计算导地线风荷载 的 α取值几乎完全相同。但对于小档距,计算风压 时就要乘一大于1的系数对打折的风压进行补偿。 俄罗斯该规程第2.5.37条款还规定,计算导线 风偏角时,在计算导线风压基础上再次对风压打折, 风偏计算风压折扣系数范围为 1～0.8,风速大则风 压折扣大(α系数取值小)。在风速为30m/s时,风偏 计算折扣系数为0.9。在风速为25m/s及以下时不 打折。另外,该设计规程规定大于250m档距时风偏 计算的α取值为0.675。 在分析我国和其他国家风偏计算的 α取值方 法后,可知风偏计算的 α取值随档距变化是合理 的,故本文推荐上述风偏计算 α取值的修正方案。 3 关于修正方案的分析 3.1 对风速为20m/s以下时导线风偏计算的影响 修正方案对于风速为 20m/s及以下时的 α取 图1 风压不均匀系数图 3 电 力 建 设· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· ·· · 第28卷· ·· ·· ·· ·· ·· ·· 值为:对于10、15和20m/s风速,α分别取 1.0、0.85 和0.75(中间值按插入法计算)。这一修正方案将影 响各电压等级的送电线路在操作过电压和I类气象 区雷电过电压状态下的导线风偏电气间隙校核。对 于操作过电压和I类气象区的雷电过电压15m/s风 速,α值由原0.75变为0.85,原计算20°的风偏角将 增加为 22.4°,增加绝缘子风偏量 3.9%×绝缘子串 长。增加量十分有限,且一般情况下,操作过电压下 的导线风偏和电气间隙不控制塔头尺寸。 有关规程规定除I类气象区以外,其他气象区 的雷电过电压时的风速均为10m/s,修正方案的 α 值仍取为1.0。 3.2 对风速为20m/s以上时导线风偏计算的影响 修正方案对于风速为 20m/s以上的 α提出修 正,将影响各电压等级的送电线路在工频过电压状 态下的导线风偏电气间隙校核。例如对于工频过电 压27m/s风速,300m档距,α值由0.61变为0.7,原 计算50°的风偏角将计算为 53.8°,塔头增加绝缘子 风偏量4.1%×绝缘子串长,500kV输电线路将约增 加绝缘子串风偏量0.25m。修正方案在小档距范围 对于风偏量的计算影响较明显,如在 200m档距,α 将由0.61变为0.80,原计算50°的风偏角将增加为 57.4°,塔头增加绝缘子风偏量7.6%×绝缘子串长,对 于500kV输电线路将增加绝缘子串风偏量0.46m。 3.3 对目前已设计的杆塔的影响 对于目前已设计的杆塔 (包括典型设计杆塔), 基本上仍是按照 α为 0.61计算设计风速时的绝缘 子串风偏,按照工频过电压电气间隙确定塔头尺寸。 经测算,在杆塔规划与确定塔头尺寸上,现行规程的 α值和修正方案取值仅有微小差别,如通常规划的 Ⅰ型直线塔的水平档距为450m,取规划水平档距 的90%计算绝缘子串风偏角,按现行规程的规定α 取0.61,按修正方案取值为0.65。若原计算绝缘子串 风偏角为50°,采用修正方案取值计算的风偏角将 为 51.78°,增加绝缘子风偏量 2.0%×绝缘子串长, 500kV输电线路绝缘子串长为6m,增加绝缘子风 偏量12cm。又如通常规划的Ⅱ型直线塔的水平档 距为600m,现行规程的规定α取0.61,若仍取规划 水平档距的 90%计算绝缘子串风偏角,按修正方案 α系数取值亦为0.61。由此可得出结论:修正方案的 影响不超过正常的计算误差范围,已完成的杆塔规 划和塔头尺寸不需要作任何改变。 3.4 对输电线路工程量的影响 另一要解决的问题是“修正方案校核”风偏带来 的工程量的增加有多少。据对数个实际工程的杆塔 定位情况进行的统计,Ⅰ型直线塔在工程中使用的 比例为 40%～60%,其中水平档距小于 250m的为 1%～5%(只有很少的几基),水平档距在 250～350 m的约为 1/3,水平档距在 350～450m的约为 2/3。 与杆塔定位风偏校核α一律取0.75相比,对于Ⅰ型 直线塔而言,在小档距范围内(小于250m),因 α系 数不取 0.75而取 0.9～0.74,杆塔升高、升型将会增 加。但毕竟在送电线路设计中,实际出现的小档距数 量很少,杆塔重量也轻,因此增加的钢材量十分有 限,但保证了线路运行的安全。在较大档距范围内 (250～350m),因α不取0.75而取0.74～0.67,经校核 发现绝缘子串风偏大、电气间隙不满足要求,导致杆 塔升高、升型将会减少,因此而增加的钢材量亦是少 量的。在更大档距范围内 (350～450m),α取0.67～ 0.63,与执行现行规程已没有大的差别。对于Ⅱ型直 线塔,在正常情况下使用的水平档距应为450～600m, 在此范围内修正方案的α取0.63～0.60,与执行现行 规程已没有差别了。 3.5 对输电线路设计规程修编的适应性 目前电力行业标准和电力顾问集团公司企业标 准《110～750kV架空送电线路设计技术规程》修编 工作正在进行。修编中拟按照《建筑结构荷载规范》 (GB50009—2001)和国际标准,将各电压等级的输 电线路的设计风速基准高度统一定为地面以上 10 m高。本文提出的α取值修正方案已考虑了以上变 化。修正方案提出当V≤20m/s时,α取定值,不随 档距变化,其数值较现行规程有所增大,增加幅度为 13%～23%。当V≥20m/s时,α按档距确定,在小档 距范围内其数值比现行规程增大较多,在大档距范 围内(≥450m)和现行规程基本一致,且覆盖了各电 压等级的输电线路的设计大风风速范围,也适应对 设计风速基准高度的修改。 4 结束语 综上所述,本文提出的风压不均匀系数修正方 案可以保证输电线路设计的安全性和可靠性,可与 按原规程设计的输电线路杆塔较合理地过渡和衔 接,在实际输电线路设计中具有可操作性。在以后 新设计的输电线路工程中,对于杆塔规划、塔头尺寸 的确定和杆塔定位后导线和绝缘子串的风偏校核的 各环节,可按照本文提出的修正方案开展工作。 (责任编辑:李汉才) 电 力 建 设 ElectricPowerConstruction 第28卷 第7期 2007年7月 Vol.28 No.7 Jul,20074