印度輸電線路規(guī)范風荷載計算

丁 劍

(上?？睖y設計研究院有限公司 上海 200434)

在我國“一帶一路”戰(zhàn)略的指引下，國內工程公司承接國外項目的機會越來越多，因此熟悉國外工程建設的規(guī)劃、設計、施工和運維等各階段的規(guī)程規(guī)范變得非常的迫切。

由中國水利電力對外公司投資興建的尼泊爾上馬蒂水電站工程位于尼泊爾博克拉市，該工程配套建設一條輸電線路接入尼泊爾電網(wǎng)。根據(jù)尼泊爾電網(wǎng)公司要求，該線路設計需采用印度規(guī)范進行設計。

本工程輸電線路采用交流同塔雙回132 kV架空電壓等級輸送，線路路徑長度約11 km，導線采用英國標準1xBear型鋼芯鋁絞線，地線采用雙地線設計，一側采用OPGW光纖復合地線，另一側采用IEC標準的JLB20A-80型鋁包鋼絞線。

根據(jù)前期收集資料，當?shù)刈罡邭鉁貫?5℃，年平氣溫為32℃，最低氣溫為0℃，無覆冰情況，當?shù)仫L速為第2風速分區(qū)，無歷年最大風速統(tǒng)計成果。

輸電線路風荷載的大小直接影響到導地線、鐵塔和基礎的設計，對工程的安全性和造價影響很大[1]，因此有必要掌握印度規(guī)范的具體規(guī)定。本文主要對印度輸電線路規(guī)范風荷載進行計算，為國內設計單位對尼泊爾甚至是印度輸電線路設計提供參考和借鑒。

印度輸電線路規(guī)范為《Use of Structual Steel in Overhead Transmissio Line Towers-Code of Pratice》[2](IS 802：2015)(以下簡稱“印度規(guī)范”)是由印度結構工程組織委員會制定，土木工程委員為通過批準，印度標準局采用的現(xiàn)行標準。該規(guī)范自1967年出版以來，已修改四版，該版本為最新版使用規(guī)范。主要包括兩個大類，其中第一大類又包括五個部門，本文主要對印度規(guī)范的第一大類的第一部分即 IS 802(Part 1/Sec 1)：2015中有關風荷載的規(guī)定進行說明。同時將印度規(guī)范和我國輸電線路設計規(guī)范《110～750 kV架空輸電線路設計規(guī)范》(GB50545-2010)[3](以下簡稱中國規(guī)范)中有關風荷載的規(guī)定進行比較和分析。

1 風荷載重現(xiàn)期

印度規(guī)范中風荷載的重現(xiàn)期與線路的可靠性等級有關[4]，分別將輸電線路按重現(xiàn)期50年、150年和500年劃分為1、2和3三種等級，并規(guī)定，級別1適用于400 kV以下的輸電線路，級別2適用于400 kV以上的輸電線路；級別3適用于跨越河流的大跨越以及具有特殊型式的輸電線路。

由中印規(guī)范對風荷載重現(xiàn)期的規(guī)定可以看出，重現(xiàn)期均與電壓等級有關，對于同等電壓等級的輸電線路，中國規(guī)范風荷載的重現(xiàn)期低于印度規(guī)范。

2 風速計算

2.1 基本風速計算

印度規(guī)范按照50年重現(xiàn)期10 m高度3 s陣風風速，并將全國分為6個風速分區(qū)，給出了全國基本風速分布圖，其基本風速分為33、39、44、47、50、55 m/s[2]。

印度規(guī)范同時給出了10 min風速與3 s風速的換算關系，即VR=Vb/K0，式中，VR為10 min風速；Vb為3 s風速；K0為轉換系數(shù)，其值為1.375。

尼泊爾同樣根據(jù)印度的標準繪制出了尼泊爾的全國風區(qū)分布圖，本工程所在區(qū)域的基本風速為39 m/s。

中印規(guī)范都引入了基本風速的概念，只是在平均時距上有差別，但印度規(guī)范給出了換算關系，可以認為中印規(guī)范在平均時距上是一致的。

目前，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司都繪制了轄區(qū)各省的基本風速分布圖，可以認為中印規(guī)范在使用基本風速的的手段上是一樣的。

2.2 設計風速

印度規(guī)范引入了設計風速的概念，同時規(guī)定設計風速的計算公式為：Vd=VRK1K2，式中，K1為風險系數(shù)，其取值與風速分區(qū)和輸電線路可靠性等級有關，見表1；K2為地面粗糙度系數(shù)，其取值與地貌類別有關，見表2。

表1 印度規(guī)范風險系數(shù)K1表

表2 印度規(guī)范地面粗糙度系數(shù)K2表

中印規(guī)范都考慮了地面粗糙度對風速的影響，但是系數(shù)不一致，中國規(guī)范沒有考慮風險系數(shù)的影響，但是在400 kV及以下線路，風險系數(shù)為1.0，可以認為在400 kV及以上線路，印度規(guī)范對風速的取值偏于保守。

2.3 風壓

3 計算公式

印度規(guī)范將輸電線路的風荷載分為作用于導地線的線條風荷載、作用于桿塔的風荷載和作用于絕緣子串的風荷載，并給出了相應的計算公式。

3.1 線條風荷載

印度規(guī)范的線條風荷載為FWC=(Pdsin2Ω)LdGCCdc，式中，Ω為導線或地線與風向之間的的夾角；L為桿塔的水平檔距；d為導地線外徑；Cdc為導地線阻力系數(shù)，導線取1.0，地線取1.2；GC為陣風響應系數(shù)，與地面粗糙度、導地線高度和代表檔距有關，其數(shù)值見表3。

表3 導地線陣風響應系數(shù)表

3.2 桿塔風荷載

印度規(guī)范的桿塔風荷載為Fwt=Pd(1+0.2sin22θ)(AeLCdtLcos2θ+AeTCdtTsin2θ)GT，式中，θ為橫擔與風向之間的的夾角；CdtL和CdtT為垂直橫擔和平行橫擔方向的構件阻力系數(shù)，與填充系數(shù)有關，其值見表4；AeL和AeT為構件的垂直橫擔和平行橫擔方向的投影面積計算值；GT為陣風響應系數(shù)，與地面粗糙度和桿件高度有關，其值見表5。

表4 構件阻力系數(shù)表

表5 陣風響應系數(shù)表

3.3 絕緣子串風荷載

印度規(guī)范的絕緣子串風荷載為FWi=PdAiGiCdi，式中，Cdi為絕緣子串阻力系數(shù)，取值1.2；Ai為絕緣子串承受風壓面積；Gi為絕緣子串陣風響應系數(shù)，與絕緣子串高度有關，其值與桿塔的陣風響應系數(shù)數(shù)值相同。

4 風荷載計算

以本工程的DA塔型為例，結合工程實際分別計算12、21 m和30 m呼稱高度對應的導地線、絕緣子串和桿塔風荷載，同時將中國規(guī)范與印度規(guī)范的計算結果進行對比分析。

4.1 計算條件

DA塔型設計條件見表6，各呼稱高度對應的導地線和塔高見表7。

表6 DA塔型設計條件表

表7 DA塔型各呼稱高度對應的導地線和塔高

4.2 計算結果

根據(jù)中印規(guī)范計算出的DA塔型導地線、絕緣子串和桿塔風荷載的結果見表8。

5 結 語

通過對中印規(guī)范風荷載的計算對比可知，印度規(guī)范導地線風荷載和絕緣子串風荷載大于中國規(guī)范，但隨著高度越高，兩者之間的比值越來越??；當桿塔較矮時，印度規(guī)范桿塔風荷載大于中國規(guī)范，當鐵塔較高時，印度規(guī)范桿塔風荷載小于中國規(guī)范。

表8 DA塔型設計條件表