国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较 5页

第44卷第6期武汉大学学报(2E学版)Vo1．44NO．62011年12月EngineeringJournalofWuhanUniversityDec．2O11文章编号：1671—8844(2011)06—0740—04国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较安旭文，王昊深，侯建国(1．武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072；2．湖北省水利厅水电工程检测研究中心，湖北武汉430071)摘要：以我国现行电力行业标准DL／T5154—2002和DL／T5092—1999关于风荷载的计算规定为基准，对国内外4套有代表性的输电线路设计规范风荷载的取值标准进行了分析比较，初步摸清了国内外规范风荷载标准值差异的定量数据．计算结果表明，我国输电线路铁塔结构的风荷载标准值普遍低于国外规范相同条件下的风荷载标准值，规范修订时建议将基本风压的统计重现期提高到50a一遇，并对我国输电线路基本风压的合理取值和统计风速的基准高度进行适当的调整．关键词：输电线路；风荷载；取值标准；比较；重现期中图分类号：Tu311．2文献标志码：AComparisonofcalculatedwindloadstipulatedindomesticandforeigncodesforelectricaltransmissionlinesANXuwen，WANGHaoshen，HOUJianguo(1．SchoolofCivilandArchitecturalEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China；2．HydropowerEngineeringTestingandResearchCenter，HubeiProvincialDepartmentofWaterResources，Wuhan430071，China)Abstract：BasedonthecalculatedregulationsaboutwindloadstipulatedbytheChina’SelectricalindustrycodeDL／T5154-2002andDL／T5092-1999。thecalculatedvaluesofwindloadstipulatedbyfourrepre—sentativedesigncodesforelectricaltransmissionlineathomeandabroadarecomparedandanalyzed．Thequantitativedatadifferencesofthestandardvaluesofwindloadstipulatedbythosecodesarefoundout．TheresultsindicatethatthestandardvaluesofwindloadprescribedbyChina’ScodeiSlessthanthoseoftheforeigncodesofentimesinthesamecondition．ItwillbeadvisedtomodifythereturnperiodofbasicwindpressuretO50years，andadjustthereasonablevalueofbasicwindpressureandthenormaltitudeofstatisticalwindspeedregulatedbyChina’Scodesasthecodewillberevised．Keywords：electricaltransmissionline；windload；designcriterion；comparison；returnperiod输电线路结构是一种风敏感结构体系，合理确线路设计规范，将我国规范DL／T5092-1999{110～定风荷载的重现期和风荷载标准值的取值，对于输500kV架空送电线路设计技术规程》[2与国外其他电线路的安全运行和降低工程造价具有十分重要的输电线路设计规范规定的风荷载标准值进行了比较意义．为了摸清我国规范DL／T5154—2002{架空送分析，提出了适当提高我国输电线路设计时风荷载电线路杆塔结构设计技术规定》[1输电线路铁塔结取值标准的意见和建议，可供我国输电线路杆塔结构设计的总体安全度水平，以便为我国现行规范修构设计规范修订时参考．订时是否需要适当提高输电线路铁塔结构设计的安1国内外规范风荷载重现期的比较全度设置水平提供参考依据．根据目前已收集到的有关资料，本文选择了国内外4本有代表性的输电我国规范DL／T5092—1999和DL／T5154—2002收稿日期：201卜O4一O9作者简介：安旭文(197O一)，男，副教授，博士，主要从事工程结构可靠度理论与应用研究，E-mail：axw002@163．corn 第6期安旭文，等：国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较规定，对于¨0～330kV的一般线路和大跨越线件，且根据风荷载重现期的不同将结构的安全水路，风荷载的重现期分别取为15a和30a；对于500平也划分为3个等级；美国导则ASCE74—91kV的一般线路和大跨越线路，风荷载的重现期分“GuidelinesforElectricalTransmissionLineStruc—别取为30a及50a．DL／T5092—1999关于风荷载ruralLoading”l7规定，对应不同的可靠性水平，基重现期的规定，是对应于GBJ9—87《建筑结构荷载本风速的重现期分别取50、100、200、400a，而且规范》[3风荷载的基本重现期为30a确定的．GBJ只有临时线路基本风速的重现期可取为小于9—87规定，对于高层建筑和高耸结构，其基本风压50a．应乘以1．1的系数，对于特别重要和有特殊要求的IEC60286：2003、ASCE74—91和SFS—EN高层建筑和高耸结构，其基本风压应乘以1．2的系50341—1等都是以50a重现期的风荷载为基准，其数，实际上相当于将重现期分别提高到50a及100他重现期的风荷载则是通过荷载分项系数乘以a．随着我国经济水平的提高，建筑物的安全度设置50a重现期的风荷载获得，这里的荷载分项系数7水平也在提高，2002年1月，建设部颁布了GB是相对于50a重现期的风荷载转换系数、利用概率50009—2001{建筑结构荷载规范》l_4]，把风荷载重现统计方法求得，重现期越长，风荷载分项系数的取值期由30a已提高到50a．越大．我国规范则没有考虑重现期对荷载分项系数在国际电工协会通用标准IEC60286：2003的影响，对应于不同的重现期，风荷载的分项系数均“Designcriteriaofoverheadtransmissionlines”]取为1．4，取值高于国外规范50a重现期下的风荷中，对风荷载重现期的选取规定取决于输电线路载分项系数．结构设计的安全等级，并规定安全等级为1、2、3由各国规范对风荷载重现期的规定可以看出，级线路的重现期取值分别为50、150、500a．IEC我国规范DL／T5092—1999规定的风荷载重现期明60826对如何确定安全等级水平作了详细的规定．显低于国外规范的风荷载重现期，规范修订时应予并规定安全等级最低不得低于1级水平；高于23O适当提高．为便于比较重现期对基本风压的取值影kV的一般线路应为2级；高于230kV的、为电网响，根据我国各地的年最大风压的统计特征，本文以主干的或者供给特殊负荷的唯一电源线路，应为350a重现期的基本风压为基准，求得不同重现期基级安全水平；SFS-EN50341—1“OverheadElectrical本风压与50a重现期基本风压的换算系数，结果见LinesExceedingAC45kV”是在国际电工协会表1．由表l可以看出，风荷载的大小与重现期有标准IEC60826所规定的可靠性理论的框架下，分关，重现期越大，风荷载就越高．当重现期达到一定别考虑了5O、150和500a重现期的设计气象条比值后风荷载就趋于收敛．表1不同重现期基本风压的换算系数此外，我国规范DL／T5092—1999考虑到我国合理取值及基准风速高度进行修改，还风荷载重现的气象统计资料尚欠完整，在DL／T5092—1999中期的真实面貌_8]．还给出了最小设计风速的取值规定：对于110～330目前，我国大多数气象台(站)已有40～50a的kV和500kV的线路，最小设计风速不应小于25风速资料，参照国外标准IEC60286：2003、ASCEm／s(离地15m高)和3Om／s(离地20m高)，换算74—91和SFS—EN50341—1和我国现行国家标准GB到离地10m高处，最小设计风速分别为23．4m／s50009—2001的规定，本文建议，我国现行规范DL／T和26．85m／s．文献E8]通过对DL／T5092—1999与5092—1999修订时，宜将风荷载的重现期提高到5OIEC60286：2003及ASCE74—91导则有关规定的对a，并对设计风速的合理取值进行适当修改，以便与比分析和大量的统计计算后指出，虽然我国DL／T我国现行国家标准GB50009-2001关于风荷载重现5092—1999规定的风荷载重现期只有30a一遇，但期的规定相协调，同时也便于与国际标准接轨．对于有了最小设计风速的规定后，大部分地区的设计风特别重要的骨干电网和环境条件特别恶劣的架空送速远大于实际30a重现期的统计风速．由此可见，电线路铁塔结构，风荷载的重现期宜提高为"100a我国现行规范规定的30a重现期的实际意义不大．一遇”，或在“50a一遇”的基础上，通过增设冰、风荷因此，有必要对现有的风荷载重现期和设计风速的载的提高系数来适当提高风荷载的设计值． 742武汉大学学报(工学版)第44卷确定了相应的基本风速后，按贝努利公式计算当地的2国内外规范基本风压取值原则的比基本风压，见表2，但在计算基本风压和结构所受风荷较载时，国内外规范考虑的影响因素和参数的取值规定2．1基本风压的计算有所不同．为便于后面计算国内外输电线路导线风荷对于基本风压的计算，由于国内外的统计资料和载和杆塔风荷载标准值的差异，表2还同时给出了国统计时间较长，国内外规范都是在统计分析的基础上，内外规范的导线风荷载和杆塔风荷载的计算公式．表2国内外输电线路铁塔结构基本风压和风荷载的比较注：①为110~330kV的一般线路；②为110~330kV的大跨越或500kV的一般线路；③为500kV的大跨越线路GB50009-2001规定，基本风压w。是根据全国量风速的基准高度为离地面以上20m．国家标准各气象台(站)历年来的最大风速记录，按基本风压GB50009—2001和国外输电线路设计规范规定的测的标准要求，将不同风仪高度和时次时距的年最大量风速的离地高度均为101TI．由此可见，DL／T风速，统一换算为离地10m高，自记10min的平均5092—1999与GB50009—2001规定的测量基本风速年最大风速(m／s)．根据该风速数据，经统计分析确的基准高度是不一致的，输电线路结构设计时往往定重现期为50a的最大风速，作为当地的基本风速需要将气象台(站)10ITI高的风速换算到2Om或15ITI高的风速，或把GB5O0O9—2001所查的基本风。，再按贝努利公式计算当地的基本风压．但在实际情况下，由于各地区地貌不同，风速和风压会有较大压值转换到2O1TI或15m高的风速，额外增加了许的变化，同时，随着距离地表高度的变化，风速和风多计算工作量，尤其是与国家标准GB50009—2001压也有较大变化，所以我国现行规范GB50009—的规定不一致．因此，为了方便设计，同时也为了与2001规定的风压是以空旷平坦地面上离地面10m现行国家标准GB50009—2001的规定相协调，本文高统计所得的5Oa一遇10rain时距最大风速为标建议，我国现行线路规范今后修订时，宜将输电线路风速的基准高度改为10m．准，以1a作为统计最大风速的样本时间经统计分当实测风速的高度不是10m标准高度时，原析获得，按上述规定的标准条件确定的风压称为基则上应有气象台(站)根据不同高度风速的对比观测本风压．因此，进行实际工程结构的抗风计算时，还资料，并考虑风速大小的影响，给出非标准高度风速需考虑非标准条件与标准条件之间风速或风压的换与10ITI标准高度分速的换算系数．GB50009—2001算关系．在条文说明中，给出了非标准高度z处的风速与标2．2基本风速的测量准高度风速的换算关系：在基本风速的测量中，国内外规范规定的观测场地是基本一致的，关于基本风速的测量时距，除美一)(1)国标准ASCE74—91采用3S作为实测风速的标准式中：为高度处的风仪观测风速，m／s；a为空旷时距，我国规范DL／T5154-2002和IEC60286：平坦地区地面粗糙指数，取0．16．2003、SFS-EN50341—1均采用10rain作为实测风速的标准时距．根据国内外研究者所得到的不同时3国内外输电线路风荷载标准值比较距平均风速的比值，经统计分析求得时距为3S的为了比较国内外规范对输电线路导线风荷载标测量风速约为10min时距风速的1．42倍。。．准值和杆塔风荷载标准值差异的定量数据，本文以2．3测量风速的基准高度我国规范对110～330kV线路的规定为基准，引入关于测量风速的基准高度，DL／T5092—1999规风荷载标准值的比值a、a，即定：对于110～330kV送电线路，测量风速的基准a一Wxf0／W(2)高度为离地面以上15m；对于500kV送电线路，测a一Wsfo／w(3) 第6期安旭文，等：国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较743式中：a、0tws分别为国内外规范与我国规范110～度、不同地形特征类别下的导线风荷载和杆塔风荷330kV线路的导线风荷载、杆塔风荷载标准值的比载进行了大量计算，并由此求得国外规范IEC值；、w是按我国规范计算的110～330kV线60286：2003、ANsi／ASCE7—95、SFS—EN50341—1路的导线风荷载和杆塔风荷载的标准值；W、W与我国规范DL／T5154—2002在导线风荷载标准值是按国内外相关规范计算的导线风荷载和杆塔风荷及杆塔风荷载标准值的比值，最后以不同计算工况载的标准值．下的算术平均值作为国外规范与我国规范的导线、根据各国规范关于导线风荷载和杆塔风荷载计杆塔风荷载标准值的比值，计算结果见表3．我国规算规定的不同，假定各国规范规定的导线的直径d、范DL／T5154—2002在计算500kV线路的导线及档距L、杆塔高度和风速方向等基本参数相同，以我地线风荷载时考虑了一个风载调整系数，根据铁国规范110～330kV线路计算风荷载的规定为基塔结构设计中的常遇风速，这里取pc—1．2进行准，分别对国内外规范规定的不同重现期、不同高计算．表3国外规范与我国规范的风荷载标准值的比值由表3的计算结果可以看出，对于500kV的输基础上，通过增设冰、风荷载的提高系数来适当提高电线路，按我国规范计算导线及地线风荷载标准值冰、风荷载的设计值．时，考虑了1．2的风载调整系数，在同一重现期4结论下，我国500kV线路与110～330kV线路导线风荷载的比值a约为1．2倍，而杆塔风荷载的比值以我国电力行业标准DL／T5154—2002和DL／0t则比较接近．T5092—1999的有关设计规定为基准，通过对国内国外规范50a重现期的导线、杆塔风荷载标准外4套有代表性的输电线路结构规范的风荷载标准值均远远大于我国规范15、3O和50a重现期的相值的对比分析，可以得出如下几点结论及建议．应荷载标准值．按IEC60286：2003、ASCE74—91、1)参考国外规范IEC60286：2003、ASCE74—SFS—EN50341-1计算的50a重现期导线风荷载分91和SFS—EN50341—1对统计风速重现期的规定，别是我国规范15a重现期的1．875、2．172和2．012同时也为了与我国国家标准相协调，本文建议将倍；相应50a重现期的杆塔风荷载分别是我国规范DL／T5154—2002和DL／T5092—1999的风荷载重15a重现期的1．716、2．261和2．000倍．若国内外现期统一提高为50a．对于特别重要的骨干电网和规范风荷载的统计重现期均按50a考虑，按IEC环境条件特别恶劣的架空送电线路铁塔结构，风荷60286：2003、ASCE74—91、SFS—EN50341—1计算的载的重现期宜提高为“100a一遇”，或在“50a一遇”导线风荷载分别是我国规范的1．255、1．453和的基础上，通过增设冰、风荷载的提高系数来适当提1．346倍；相应的杆塔风荷载分别是我国规范的高冰、风荷载的设计值．1．374、1．810和1．601倍，说明即使我国规范将统2)本文以DL／T5154—2002规定的11O～330计风速的重现期统一调整为50a，按国外规范IECkV线路的风荷载计算规定为基准，根据国内外相60286：2003、ASCE74-91、SFS—EN50341—1计算的关规范的规定，在大量计算的基础上，获得了国外规导线风荷载和杆塔风荷载标准值仍比我国规范的计范与我国规范风荷载标准值的定量关系．结果表明，算值高．因此，本文建议在规范修订时，还应对设计即使我国规范将统计风速的重现期统一调整为5O风速的合理取值及基准风速高度进行适当调整，以a，导线风荷载和杆塔风荷载的标准值仍低于国外规便与国际标准接轨．对于特别重要的骨干电网和环范相同条件下的风荷载标准值．因此，本文建议在规境条件特别恶劣的架空送电线路铁塔结构，风荷载的重现期宜提高为“100a一遇”，或在“50a一遇”的(下转第764页) 764武汉大学学报CE学版)第44卷版社，1988．ceedingsC，1985，132(4)：217-223．[12]莫付江，陈允平，阮江军．架空输电线路雷击感应过电[16]刘强，谷定燮，张元芳．雷击杆塔塔顶时导线上感应电压耦合机理及计算方法分析[J]．电网技术，2005，29压敏感性分析[J]．高电压技术，2005，31(O3)：31—33．(6)：72-77．[17]黄显吞，颜锦，黄尧宁．基于建筑塔吊的感应电压类型E13]钱冠军，王晓瑜，汪雁，等．输电线路雷击仿真模型I-．11．及防护措施[J]．制造业自动化，2009，31(08)：184—中国电机工程学报，1999，19(8)：39—44．186．[14]文武，阮江军，陈允平，等．架空传输线在间接雷击作用[18]王磊，林福昌，严飞，韩永霞．雷击塔顶线路感应过电下负载浪涌的分析[J]．中国电机工程学报，2003，23压的计算与分析[J]．电网技术，2006，30：271—274．(1)：117—121．[191陈中明，郑楚韬．配电网架空线路感应雷过电压产生E15]SavicMS．Sensitivityanalysisoflightningperformance机理与防护[J]．广东电力，2008，21(O5)：19—22．calculationsfortransmissionlinesandsubstations[J]．[2O]杨宪章．工程电磁场[M]．北京：中国电力出版社，Generation，TransmissionandDistribution．IEEPrO—2002．‘(上接第714页)[1O]孙昭华．水沙变异条件下河流系统调整机理及其功能报(自然科学版)，i986(3)：132-136．．维持初步研究[D]．武汉：武汉大学，2004．[15]MolinasA，wUBS．TransportofsedimentinlargeEli]王新宏，曹如轩，沈晋．非均匀悬移质恢复饱和系数sand-bedrivers[J]．JournalofHydraulicResearch．的探讨[J]．水利学报，2003(3)：120—128．IAHR，2001(2)：135—146．[12]电力部成都勘测设计研究院．水电站沉沙池悬移质泥[16]黄才安，严恺，奚斌．泥沙输移强度计算公式的再研沙分组沉降计算[R]．1993．究[J]．水动力学研究与进展，2003(3)：625—632．[13]赵德招，陈立，周银军，桂波．单颗粒泥沙沉速公式r17]CaoZ．Equilibriumnear-bedconcentrationofsuspen—的对比研究FJ]．人民黄河，2009(1)：36—40．dedsediment[J]．JournalofHydraulicEngineering，[14]李亦工．过渡区泥沙沉速公式的比较口]．河海大学学ASCE，1999(12)：127O一1278．(上接第743页)范修订时，应对基本风压的合理取值进行适当调整，社，1988．以便与国际标准接轨．[4]GB50009—2001建筑结构荷载规范[s]．北京：中国建3)DL／T5092—1999关于统计风速基准高度的筑工业出版社，2002．[5]IEC60286：2003Designcriteriaofoverheadtransmis—规定，与GB50009—2001及国外规范规定的基本风sionlines[S]．internationalElectro—technicalCommis—压的基准高度是不一致的．为了方便设计，同时也为sion，2003．了与现行国家标准GB50009—2001及国外规范的有[6]SFS-EN50341OverheadElectricalLinesExceeding关规定相一致，本文建议，我国现行规范修订时，宜AC45kvEs]．将输电线路风速的基准高度改为10In．[7]ASCE74—91GuidelinesforElectricalTransmissionLineStructuralLoading[S]．参考文献：[8]廖宗高，张华，陈海波．特高压输电线路设计风速取值[1]DL／T5092—1999110～500kV架空送导线路设计技的探讨j-J]．电力建设，2006(4)：28—32．[9]张相庭编著．工程结构风荷载理论和抗风计算手册术规程[s]．北京：中国电力出版社，1999．[2]DL／T51542002架空送电线路杆塔结构设计技术规[M]．上海：同济大学出版社，1990．[1O]曹振熙，曹普．建筑工程结构荷载学[M]．北京：中国水定Is]．北京：中国电力出版社，2002．[3]GBJ9—87建筑结构荷载规范[S]．北京：建筑工业出版利水电出版社，2006．