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1、第三章 设计用气象条件,三峡大学输电线路研究所2015.1,架空输电线路设计,一、主要的气象参数及其对线路的影响,第一节 影响线路的主要气象参数,风,覆冰,气温,气象条件三要素,1）形成风压，产生横向荷载。使架空线的应力增大，杆塔产生附加弯矩。,4）引起风偏，悬垂绝缘子串偏摆，导线间及与杆塔构件间、边坡间的空气间距减小而发生闪络,1、主要气象资料的搜集内容及用途见表3-1。2、注意：气象资料应选用线路附近100km以内的气象台（站）的记录。当此范围内的气象台（站）较少时，可以扩大搜集地区范围或向省级气象台搜集，并应加强对电业、邮电、铁路和军事部门等非专业气象单位的调查搜集工作，所得结果还应交有
2、关气象单位鉴定。必要时应进行实地考查，访问当地群众。若沿线气象台（站）的记录存在很大差异且线路较长（100km以上）时，应考虑分为若干气象区段。对附近已有线路的运行经验，应当给予足够的重视。,二、主要气象资料的搜集内容,一、气象条件的重现期 1.气象条件的重现期：是指该气象条件“多少年一遇”，如年最大风速超过某一风速vR 的强风平均每 R 年发生一次，则R 即为风速vR的重现期。GB 50545-2010 110 750 kV架空输电线路设计规范、GB 50665-2011 1000 kV 架空输电线路设计规范规定了不同电压等级线路和大跨越的基本风速、设计冰厚的重现期，见下表：,第二节 气象参
3、数值的选取,一、气象条件的重现期 2.基本风速：（1）10min 时距平均的年最大风速为样本；（2）采用极值型分布作为概率模型；（3）统计风速的高度：一般线路取离地面10m，大跨越取离历年大风季节平均最低水位以上10 m。,第二节 气象参数值的选取,3.大跨越：指跨越通航大河流、湖泊或海峡等，因档距较大（在1000m 以上）或杆塔较高（在100m以上），导线选型或杆塔设计需特殊考虑，且发生故障时严重影响航运或修复特别困难的耐张段。,2.风速的测量方法：自记10min 时距；风压板一天观测4次的2 min平均。需要进行风速的次时换算。3.设计高度：导线的平均高度。110330kV线路一般为15m
4、;500750kV线路一般为20m。需要进行风速的高度换算。4.最大设计风速的选取步骤：次时换算：将v2转换成v10；高度换算。重现期计算：需要根据30年（或50年）一遇的重现期，经过概率计算得到最大设计风速值。,二、最大设计风速的确定1.风级的视力鉴别方法，见表33。,0.5m/s的风速相当于几级风？5、10、15、35m/s的风速呢？,（1）风速的次时换算 欲将定时4 次2min平均风速v2换算成自记10min 时距平均风速v10，需要有两种观测方法的平行测量记录，然后通过相关分析建立二者之间的回归方程式。常用的是一元线性回归方程(最小二乘法）：,由此得到的回归方程，需经过相关检验才能应用
5、。v10与v2相关系数可按下面公式计算：,风速的次时换算系数,（2）风速的重现期计算设年最大风速 v 的概率符合极值型分布，即,式中 a 分布的尺度参数。；b 分布的位置参数，即分布的众值。；、分别为随机变量v的均值和标准差。,由于搜集来的年最大风速样本是有限的，需要用有限样本的均值 和标准差 s 作为 和 的近似估计。均值 和标准差 s 为:,重现期为 R 年，说明大于某一风速 vR 的强风的发生概率为1/R，则有,从而,式中 修正系数，与样本中的年最大风速的个数 n有关，可查表3-6。,此时，尺度参数和位置参数分别按下二式取值,（3）风速的高度换算1）地面粗糙度和梯度风速在大气边界层内，风
6、速随离地面高度增加而增大。其变化规律主要取决于地面粗糙度。GB 50009-2012建筑结构荷载规范将地面粗糙度等级划分为A、B、C、D 四类。A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠等，B类指空旷田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇，C类指有密集建筑群的城市市区，D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,离地面达到一定高度时，风速不再受地面粗糙度的影响，这一高度称为梯度风高度，相应风速称为梯度风速。A、B、C、D四类地面粗糙度地区的梯度高度分别为300m、350m、450m和550m。A、B、C、D四类地区的截断高度分别为5m、10m、15m和30m，此高度以下的风速与截断高度处的风速相
7、同。,2）基准风速：标准高度10m时测得的10min年最大风速。风仪高度 h0 不同于标准高度时，需将风仪风速 vf 换算为基准风速 v0，计算公式为,3）风速的高度换算在输电线路涉及的近地面范围内，风速的高度变化基本符合指数律，高度 h 的风速 vh 可用下面公式计算：,风速高度变化系数：,根据建筑结构荷载规范折算的 z、列于表37中。,风仪高度换算为标准高度的基准风速公式，实际是B类地面粗糙度等级的风速高度换算公式。,表3 7 粗糙度指数z和修正系数,架空输电线路的最大设计风速，应按基本风速和线路的设计高度确定。线路的设计高度应为架空线的平均高度。设计初期无具体数据时，对110kV330k
8、V线路，下导线的平均高度一般可取15m；500kV750kV线路，下导线的平均高度一般可取20m；1000kV导线的平均高度一般可取30m；大跨越除外。其他工况的风速，无需进行高度换算。,5基本风速的一般规定 110330 kV输电线路的基本风速，不应低于23.5m/s。500 1000kV输电线路的基本风速，不应低于27 m/s。必要时还宜按稀有风速条件进行验算。山区输电线路的基本风速，宜采用统计分析和对比观测等方法，由邻近地区气象台站的气象资料推算，并应结合实际运行经验确定。当无可靠资料，应比附近平原地区的统计值提高10%。大跨越基本风速：如无可靠资料，宜将附近陆上输电线路的风速统计值，换
9、算到跨越处历年大风季节平均最低水位以上10m处，并增加10%，考虑水面影响再增加10%后选用。大跨越的基本风速，不应低于相连接的陆上输电线路的基本风速。,【例32】某地区19051957年之间48年（中间缺5年）的20m高度自记10min年最大风速值如表38所示，试求该地区设计高度15m处30年、50年重现期的最大设计风速，地面粗糙度等级按 B 类考虑。,（2）进行重现期的概率计算。风速个数为 n=48，查表37并进行线性插值，得到修正系数C1、C2：,（3）进行高度换算。理应先将20m风仪高度处的风速换算为10m标准高度处的基准风速，再将基准风速换算为15m设计高度处的风速，但由于B类地区二
10、者的换算公式相同，因此可直接将风仪高度风速换算为设计高度风速。根据式（312），风速高度变化系数为,三、覆冰厚度的选取 覆冰是一定气象条件下架空线和绝缘子串上出现的冰、霜、雨淞和积雪的通称。覆冰的形成：一般多在气温-100、风速515m/s、湿度约80%以上时发生。架空线覆冰还与地形、地势条件很有关系。平原上的突出高地、暴露的丘陵、高海拔地区以及迎风山坡等处，覆冰情况相对比较严重。空气中的“过冷却”水滴及湿雪下落过程中碰到温度低于0的架空线后，会在架空线表面冻结成冰。,理想覆冰：架空线上的实际覆冰具有不同的断面形状，厚度不均匀。为便于设计计算，需将实际覆冰折算成具有相同圆环形断面、厚度均匀的理
11、想覆冰。架空线的覆冰厚度指的就是这种理想覆冰的厚度。,1.椭圆法首先测量实际覆冰断面的长径D和短径B，如图。以长、短径作椭圆，将此椭圆的面积近似作为实际覆冰的断面积，令其等于理想覆冰的断面积，从而求出理想覆冰厚度b。,设架空线的半径为r（无冰时），覆冰厚度为，根椐折算前后覆冰断面积相等，有,所以,2测总重法测量架空线覆冰后单位长度的总重量，减去架空线未覆冰时单位长度的重量后，令其与单位长度圆环形断面的计算重量相等，即可算得覆冰厚度b。因为,架空线半径,所以,覆冰比重，对雨淞=0.9,轻冰区：10mm。中冰区：20mm。重冰区：20mm（易取 20mm、30mm、40mm、50mm）。必要时，宜
12、按稀有覆冰条件进行验算。除无冰区段外，大跨越设计冰厚宜较附近一般线路增厚5mm。设计地线支架时，地线的设计冰厚应比导线增厚5mm。,覆冰区的分区：同一线路通过地区的覆冰情况不同时，可考虑分不同的区段，采用不同的覆冰厚度。,四、气温的选取架空输电线路设计用气温值，应符合下面的规定：（1）最高气温一般为40，不考虑个别高于或低于该气温的记录。（2）最低气温应偏低地取5的倍数。例如统计得到的最低气温为-8时，应取为-10。（3）年平均气温，在317之间时取与此数邻近的5的倍数值，小于3或大于17时分别按年平均气温减少3 和5后，再取与此数相邻的5的倍数值。（4）基本风速的月平均气温，应偏低地取5的倍
13、数值。,一、对架空输电线路的要求（1）在大风、覆冰和最低气温下仍能正常运行。（2）在长期的运行中，架空线应具有足够的耐振性能。（3）在正常运行情况下，任何季节（最大风速、最厚覆冰、最高气温）架空线对地、杆塔或其它物体均有足够的安全距离。（4）在稀有气象验算条件下，不发生杆塔倾覆和断线。（5）在安装施工过程中，不发生人身、设备损坏事故。（6）在断线事故情况下，不倒杆，事故不扩大；,第三节设计用气象条件的组合,注意：（1）线路设计应保证对输电线路的上述要求。（2）设计时并不能将三要素出现的最不利情况进行简单叠加。必须根椐经验在数理统计分析基础上合理地组合设计用气象条件。,1.线路正常运行情况下（1
14、）基本风速：最大设计风速，无冰，相应的月平均气温。（2）最低气温：最低气温，无冰，无风。（3）覆冰有风（最厚覆冰）：最厚覆冰，相应风速，气温5。,（4）覆冰无风（最大垂直比载）：最厚覆冰，无风，气温5。（5）最高气温：最高气温，无冰，无风。,二、各种气象条件的组合（三要素）,2线路耐振计算用气象组合线路设计中，应保证架空线具有足够的耐振能力。架空线的应力越高，振动越显严重，因此应将架空线的使用应力控制在一定的限度内。由于线路微风振动一年四季中经常发生，故控制其年平均运行应力的气象组合为：无风、无冰、年平均气温。,3雷电过电压气象组合（外过电压）（1）外过有风：温度15，相应风速（最大设计风速小
15、于35m/s，取10m/s；不小于35m/s，取10m/s），无冰。该气象组合主要用于校验悬垂串风偏后的电气间距。（2）外过无风：温度15，无风，无冰。该气象组合主要用于验算架空地线对档距中央导线的保护。,4操作过电压气象组合（内过电压）操作过电压是由于大型设备和系统的接切在导线上产生的过电压，也称内过电压。内过电压气象组合为：年均气温、无冰、0.5倍的最大设计风速（不低于15m/s）。该气象组合主要用于校验悬垂串风偏后的电气间距。,5线路断线事故情况下的气象组合 断线事故一般系外力所致，与气象条件无明显的规律联系。计算断线情况的目的：校验杆塔强度，校验绝缘子和金具强度，校验转动横担、释放型线
16、夹是否动作，校验邻档断线时跨越档的电气距离等。（1）无冰区：无风、无冰、气温5。有冰区：无风、有冰、气温5。（2）校验邻档断线：无风、无冰、气温+15。,6线路安装和检修情况下的气象组合（1）安装气象：风速10m/s、无冰、相应气温（表3-9）。这一气象组合基本上概括了全年安装、检修时的气象情况。对于冰、风中的事故抢修，安装中途出现大风等其它特殊情况，要靠采取临时措施来解决。对于6级以上大风等严重气象条件，则应暂停高空作业。,（2）带电作业：风速10m/s、无冰、气温+15。用于带电作业的间隙校验。,三、典型气象区设计规范制定了9个典型气象区，如表3-10所示。由于我国幅员辽阔，气象情况复杂多样，9个典型气象区不能完全包含各地的实际气象情况，各地方又根椐各地区的气象特点，划分出各地的气象分区。当所设计线路的实际气象条件同典型气象区中的某区接近时，一般应采用典型气象区所列气象数椐，以减少工作量，提高标准化水平。,第三章 作业题,1.何为气象条件三要素？各对架空线路有何影响？4.求例32中某地区100年一遇的30m高度的最大设计风速是多少？,
