风速对福州进城输电通道防灾抗灾能力的经济性分析

周凯敏1吴威2

（福建省电力勘测设计院福建福州350000；国网福建省电力有限公司经济技术研究院福建福州350000）

摘要：福州作为福建省会城市，台风等自然灾害频繁，若因台风倒塔发生大面积停电，将会造成严重经济损失和负面社会影响，有必要对福州进城输电通道的防灾抗灾能力进行分析，提高其抵御自然灾害的能力。本文主要从大风对福州市区进城输电通道的防灾抗灾能力进行研究，分析提高线路抗风等级对输电线路造价的影响。分析表明：福州市区进城输电通道的设计风速已经采用较高设计标准，对旧线路杆塔可无需进行加强。风速对输电线路工程造价的影响主要体现在基础和杆塔上，对绝缘配合影响可忽略不计。随着风速增大，工程造价明显增加，风速从33m/s风速增加到39m/s，风速每增加2m/s，本体投资增加5%左右，静态投资增加4.2%左右。

关键词：风速；进城输电通道；抗灾能力；经济性分析

1前言

福州作为福建省会城市，自然灾害多发，若因自然灾害影响发生大面积停电，将会造成严重的经济损失和负面社会影响，有必要对福州进城输电通道的防灾抗灾能力进行分析，提高其抵御自然灾害能力，并为近、中期规划的福州市区进城输电通道建设提供参考依据。本文主要分析风速对福州进城输电通道防灾抗灾能力的经济性影响，分析不同风速条件下输电线路工程造价的变化趋势，对有效控制福州进城输电通道的工程造价和提高防灾抗灾能力具有重要意义。

2福州进城输电通道风灾调查

2.1福州沿海大风的特点

福州地处东南沿海，台风频繁，台风具有很强的季节性，主要发生在夏秋季。台风的盛行风向比较集中，风向最多为东北大风，其次是西南大风；相似的地形条件下，一般高海拔处比低海拔处风速大。台风给福州市区进城输电通道带来巨大影响，如2015年第13号台风苏迪罗在福建沿海登陆，登陆时中心最大风力13级（38米/秒），虽然福州进城通道未发生倒塔事故，但由台风引起的风偏放电跳闸多达9次。

3风速对进城输电通道的经济性影响

3.1分析方法

影响输电线路造价的主要气象条件为风速和覆冰，福州地处东南沿海，气象条件的特点为高风速、无覆冰。根据国网通用设计的主要设计原则，对220kV电压等级划分27m/s、29m/s、31m/s、33m/s、35m/s、37m/s、39m/s七种设计风速，分析不同风速条件对进城输电通道工程造价的影响。主要的分析方法如下：

（1）计算不同风速条件下单基塔重、基础和绝缘配置，分析风速对单基指标的变化趋势；

（2）按照样本工程的设计平断面数据，分别按不同风速进行排杆，分析风速对工程设计技术指标的变化趋势；

（3）按照统一的计价取费标准计算各风速的工程造价，分析风速对工程造价的影响。

3.2不同风速对输电线路工程量的影响

（1）风速对铁塔重量的影响

风荷载对铁塔重量的影响主要体现在杆塔荷载、导线荷载及塔头间隙上，而对杆塔和导线的影响均与基准风压标准值W0有关。

1)风速对塔身风荷载标准值的影响

基本风压公式，与风速比的平方成线性关系。经过分析，塔身风荷载标准值增加速率约为风速平方增加速率的1.2倍。其主要原因：风速增大后，杆塔荷载增大，其结构选材加大，塔身迎风面积增大。“风速增大→塔身迎风面积加大→塔身风荷载标准值加大→重新选择更大截面的构件→塔身风荷载标准值加大”，这个迭代的过程放大了风速对塔身风荷载的影响。

2)风速对导、地线风荷载标准值的影响

导线风荷载随风速变化比较均匀，与基准风压成正比。

3)风速对塔头间隙的影响

直线塔的绝缘子串按I型布置，随着风速的增大，塔头尺寸不断增大。经过分析，风速每增加2m/s，横担长度增加约8%，层高增加约2%，塔头间隙增大导致塔重的增加。

4)风速对塔重影响分析

表1为不同风速条件下220kV直线塔和耐张塔典型呼高的塔重变化情况，风速对直线塔的影响大于耐张塔的影响，即风速变化对耐张塔单基塔重的影响较小，对直线塔影响较大。

220kV直线塔和耐张塔与风速的关系系数，表中系数对估算不同风速情况下的塔重具有重要意义，系数含义如下：

（2）风速对基础工程量的影响

图1为不同风速对220kV输电线路的单基杆塔和基础混凝土量的变化趋势，从图上可知，随着风速的逐渐增大，基础和杆塔指标增速呈加大趋势，基础增大速率大于杆塔增大速率。220kV直线塔基础作用力基本与风速的平方成线性关系，当风速小于33m/s时，单基基础工程量基本与风速的平方线性增长；风速大于等于33m/s时，基础工程量增长速度加快，原因是基础埋深达到某一程度时不宜继续加深，仅能通过增加横向尺寸来满足承载要求。根据基础设计及基础工程量统计结果，基础混凝土、基础钢筋、基坑土石方随着风速的增加而增加，风速每增加2m/s，上述指标增加约10%～18%。

（3）风速对绝缘工程量的影响

福州220kV进城输电通道的绝缘子常用复合绝缘子，根据样本工程断面数据及排杆后的杆塔实际使用条件，配置不同风速条件下的绝缘子型号及数量。经分析，随着风速增大，绝缘配置数量不变，仅强度略为增大，即风速对绝缘子配置的造价影响可忽略。

3.3风速对福州进城输电通道造价的影响

样本工程预算编制按最新中国电力企业联合会发布的“电力建设工程预算定额”等文件，考虑建设场地征用及清理费，基本预备费执行样本工程初步设计阶段费率。工资性补贴、住房公积金等执行福建省标准。

从上分析可知，风荷载对线路工程造价有较大的影响，主要体现在对基础和杆塔的影响。图2和图3为样本工程在不同风速条件下各分项工程的主要经济指标及本体投资和静态投资情况，从图中可知，

随着风速的增大，基础工程、杆塔工程、本体投资、静态投资等经济指标明显增加，且递增趋势越来越大，土石方工程增速相对较小，附件工程和架线工程几乎没变化。在不同风速条件下，土石方工程和基础工程约占本体投资的21%～28%，杆塔工程约占本体投资的26%～32%。图4为220kV线路各风速相对于27m/s风的静态投资变化曲线，从图中可以看出，随着风速的增大，工程总体投资不断增大，且增大趋势加快。变化规律如下：

（1）从27m/s风速至33m/s风速，风速每增加2m/s，本体投资增加4%左右，静态投资增加3.4%左右。其中土石方工程和基础工程增加8.8%左右，杆塔工程增加7.2%左右，附件工程基本无变化。

（2）从33m/s风速至39m/s风速，风速每增加2m/s，本体投资增加5%左右，静态投资增加4.2%左右，其中土石方工程和基础工程增加10%左右，杆塔工程增加8.3%左右，附件工程基本无变化。

目前福州进城输电通道15年一遇，折算成10m高度时的设计风速为32.8m/s，按新规范规定220kV提高设计标准后30年一遇、10m高度处的设计风速为33.6m/s，鉴于进城输电通道的重要性，建议采用设计风速35m/s（10m高度、30年一遇）作为新建线路的设计气象条件，增加工程投资5%左右，以提高线路的可靠性。

4小结

1、风速对输电线路工程的造价有较大影响，主要体现在对基础和杆塔指标上，对绝缘配置可忽略不计。

2、随着风速的增大，工程投资明显增加，且增速变大。风速从27m/s增至33m/s时，风速每增加2m/s，本体投资增加4%左右，静态投资增加3.4%左右。风速从33m/s增加到39m/s时，风速每增加2m/s，本体投资增加5%左右，静态投资增加4.2%左右。

3、福州市区进城输电通道近二十年未发生由于台风引起的倒塔事故，原有设计风速已经采用较高设计标准，对旧线路杆塔可无需进行加强改造。

4、对新建进城输电通道的设计风速建议提高设计标准，10m高度、30年一遇设计风速取35m/s，以提高线路运行的可靠性。

参考文献

谢强,阎启,李杰.横隔面在高压输电塔抗风设计中的作用分析[J].高电压技术,2006,32(4):1-4.