（湖南电力建设监理咨询有限责任公司，湖南，长沙，410000）
【摘 要】线路经过峡谷、垭口等风场时，随着导线风压高度变化系数的增加，输电线路导地线和杆塔承受的风荷载也有相应的增加，并通过实际案例计算分析出和其他地段的风荷载的差别。在工程设计中，需要对此地段的线路采取相关的措施，提高杆塔的抗风能力，保证线路的安全运行。
【关键词】峡谷；垭口；输电线路；杆塔
1、峡谷、垭口的特点分析
一般情况，山区有着明显区别于盆地、平原、丘陵等其他地形的气候特点，其水平和垂直气候差异明显，当大尺度天气系统主导作用加强时，小尺度局地气候在一定程度上加剧了气象要素如大风、覆冰的恶劣变化。峡谷是一种狭而深的河谷，两坡陡峭，横剖面呈“V”字形，多发育在新构造运动强烈的山区，由河流强烈下切而成。垭口是连续山梁的一块平坦上相对较低的位置，或是山的顶峰，或是山峰与山峰相接的地点。
影响气候的主要因素有地形和地貌部位、植被类型、土壤性质、周围的环境。峡谷、垭口地段产生微气候的原因是由于热源、湿源的输送(湍流)变换不同于一般地区的结果，不同性质的下垫面，具有不同的微气候。
峡谷、垭口产生的微地形使风受到狭束作用的影响，气流在地面流经狭窄地形时类似液体在管中的流动，流速加快，并因气体具有可压缩性，密度也会增大，因此导致风压大幅度增加，形成局部风场，若设计未采取有效措施，会使线路风压超过设计条件，形成风灾。
因此，研究峡谷、垭口的杆塔设计首要内容就是风荷载的计算分析。
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2、峡谷、垭口风场导地线风荷载计算分析
2.1 峡谷、垭口风场铁塔导线风荷载计算研究
根据《110kV~750kV架空输电输电线路设计规范》规定，输电线路杆塔两侧导地线水平风荷载标准值 ，令 为导地线平均高度下的单位水平风荷载，则 ，则 为 与每侧导地线长度 乘积的一半(近似为斜档距或档距之半)，即杆塔每侧风荷载标准值为
（2.1-1）
当线路位于峡谷、垭口等微地形区域，地面隆起或凹陷导致导地线的平均高度及沿线风速与平原地区不同，精确计算微地形区域的导地线条风荷载应采用导/地线的几何方程，根据沿线地形计算出每点的对地距离及对应水平风荷载，再沿线积分求得线条风荷载。
当沿线风速变化时，
(2.1-2)
当每段风速为定值时，
(2.1-3)
根据式(2.1-2)~( 2.1-3)，对于峡谷、垭口地形可继续分段采用导地线的对地平均高度处的水平风速作为设计标准值，则风压高度变化系数 也要根据高度的变化作相应调整，其他参数不变。
2.2 导地线平均高度计算
档距为L的输电线路位于山丘或悬崖，其计算简图如下所示。
图2.2-1 导地线平均高度计算简图一
电线的平均高度位于档距中央电线上 处，其对地平均高度为电线最低点对地高度与电线平均高度之和。如图2.2-1所示微地形区域可以简化为平地段( )和上山段( )，分别计算每段的电线平均高度。电线曲线以斜抛物线进行模拟。
当该段仅有部分( )位于平地、起始点位于 处，输电线路计算简图如图所示。
图2.2-2 导地线平均高度计算简图二
对于斜抛物线模拟的电线，不管地面为平面或斜面导地线是全档还是其中的一部分，其最大弧垂均在该段1/2 水平长度处。
根据建筑荷载规范相关规定，导线高度越高，则导地线风压高度变化系数 越高，因此线条风荷载 将随导地线平均高度的增加而增大。
3、工程案例分析
设计条件：2A4-JC3-30；导线JL/G1A- 400/50，安全系数2.5；地线GJ-100，安全系数3.0；代表档距350；利用道亨杆塔荷载计算软件进行计算，实际条件下的风效益要比设计条件下增加8.48%-25.02%。
本案例由于水平档距为366m，距设计值550m有一定裕度，虽然导线和杆塔受力虽然比其他地段有所增加，但是没有超过杆塔使用条件。如果水平档距超过500米左右，即使没有达到设计允许的水平档距550米，经过此地段的杆塔实际受力已经超过杆塔设计值，即使没有出现事故，也是牺牲了安全系数。本工程经过峡谷、垭口风场地段时，水平档距应在原设计值的基础上有所减少，具体值应根据山坡坡度、杆塔位置高度、导地线弧垂等进行详细计算。
4、结论
作用在杆塔结构上的风荷载一般主要由导地线风荷载和塔身风荷载组成，对输电线路铁塔，导地线线条风荷载效应占到总体风荷载效应的65%左右。当线路位于峡谷、垭口风场时，导线的基本风压 以及 都有增加，因此当线路处于峡谷、垭口区域时，会因基本风压 以及导地线风压高度系数 的增加而使导线总风压的增加，导致导地线线条风荷载的增加。因此峡谷、垭口区域的输电线路杆塔风荷载作用效应同比其他地段都有相应增加，具体增加值同山坡坡度、杆塔位置高度、导地线弧垂有关系，一般来说总体风荷载效应比平坦地形时增大了10%~30%以上。
5、微地形、微气候区形成的峡谷、垭口风场线路采取设计措施
通过上述分析，可以发现，在峡谷、垭口风场导地线和杆塔荷载较其他地方有所增加，因此应仔细研究峡谷、垭口风场风载增加对导地线和杆塔的影响。为保证工程的安全性，在设计时按下列方式对杆塔进行处理：
（1）加强峡谷、垭口风场处杆塔的概念设计，对线路经过峡谷、垭口时，采取提高局部地段线路的基本设计风速；设立独立耐张段，缩小直线塔实际水平档距；排杆时避免出现大高差，降低耐张塔实际使用转角度来对杆塔进行加强；
（2）加强输电线路位于峡谷、垭口风场导地线风荷载的计算研究，对杆塔需要重新计算导地线的平均高度，并且考虑沿线风速的变化；
（3）加强峡谷、垭口风场处线路杆塔的结构设计，增加杆塔塔材强度，增强塔身的抗风能力。
参考文献：
[1]《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）
[2]《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2012）
[3]《钢结构设计规范》(GB50017—2003)
[4]《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440—2009）
论文作者:王华文
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年1月供稿
论文发表时间:2016/4/22
标签：杆塔论文; 地线论文; 荷载论文; 峡谷论文; 线路论文; 高度论文; 口风论文; 《工程建设标准化》2016年1月供稿论文;