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前面小编介绍过架设输电线路的设计气象，并以《架空输电线路--设计用气象条件》作过一期专题介绍，主要介绍了气象条件搜集及用途、象条件选定原则、温度的选取、气象组合等，今天小编重提线路气象条件，说明气象条件在输电线路设计、施工及运行中的重要性。以前介绍过的小编尽量不再重复阐述，本次主要根据小编的工作经验系统的介绍气象参数值的计算选取，由于小编水平有限，难免有疏漏与不足之处，恳请批评指正（联系方式：spdxl@qq.com）。 01影响线路的主要气象参数 架空输电线路常年在大气中运行，承受着四季气温、风、冰以及雷电等气象变化的影响，主要会引起导、地线荷载（垂直荷载与横向荷载）和悬挂曲线长度发生变化（纵向荷载），使导、地线的张力（应力）、弧垂随之改变，进而影响到杆塔、基础所受荷载大小以及导线对其他物体间的电气安全距离。一般来说，雨难以在架空线上停留，雪的密度较小，他们对线路的影响不大。雷电对线路的影响，可以用加强防雷措施来解决（防雷相关计算、措施小编专题介绍过）。风、覆冰和气温对架空输电线路的机械强度和电气间距有较大影响，是线路设计学要考虑的主要气象参数，称他为气象条件三要素。 1.1 气象条件三要素对线路的影响 风 1）形成风压，产生横向荷载。使导、地线的应力增大，杆塔产生附加弯矩。 2）微风振动使导、地线疲劳破坏断线。 3）引起导、地线舞动，使导、地线相间闪络、产生鞭击。 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  覆冰 1）导、地线的垂直载荷增加，张力增大，可能成断线。 2）杆塔及导、地线迎风面积增加，风载荷增加 3）使导、地线弧垂增大，电气距离减小 4）使导、地线舞动的可能性增大。 5）脱冰跳跃可引起导线相间闪络。  气温 1）气温低，导、地线变短，拉力增大，有可能断线。 2）气温高，张力小、弧垂大，导线对地电气距离可能不够。 3）最高气温下，导线温升、强度降低，可能超过允许值。  1.2 主要气象资料及其用途 1）最高气温 计算导、地线的最大弧垂，保证导线对地或跨越物具有一定的安全距离。 2） 最低气温 计算导、地线可能产生的最大应力，检查导、地线的上拔、悬垂绝缘子串的上扬等。 3）平均气温 微风振动的防振设计条件，计算内过电压下的电气间距，耐张绝缘子串的倒挂等。 4）历年最低气温月的平均气温 计算导、地线和杆塔安装、检修的气象参数之一。 5）最高气温月的最高平均气温 计算导线的发热和温升。 6）最大风速及相应月的平均气温 考虑导、地线和杆塔强度的基本条件，也用于检查导、地线、悬垂串的风偏。 7） 地区最多风向及其出现频率 用于导、地线的防振、防腐及绝缘的防污设计。 8） 覆冰厚度 导、地线和杆塔强度的设计依据，计算架空线的最大弧垂，验算不均匀覆（脱）冰时架空线的不平衡张力、上下层架空线间的接近距离等。覆冰有风时也用于检查导、地线、悬垂串的风偏。 9）雨天、雾凇天、雪天的持续小时数 计算电晕损失的基本数据。 10） 平均雷电日数（或小时数） 防雷设计的依据。 11）土壤冻结深度 用于杆塔基础设计。 12）常年洪水位及最高航行水位、相应气温 用于确定跨越杆塔高度，验算交叉跨越距离。 02设计用气象组合的参数值的计算及选取 一般线路的气象资料沿线路沿线的气象局收集相应的气象资料和线路沿线附近已有的线路运行经验。覆冰、风速及温度一般可以根据收集的气象资料计算与沿线已有线路的运行进行分析获得。另外现在国网与南网都编制有各地区的电网冰区分布图与基本风速分布图，风速与覆冰可以查阅相关的分布图。另外气象相关数据也可以在中国气象局气象数据中心实名注册查询。下面就气象值的选取计算介绍。 2.1 气象条件的重现期 2.1.1 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。《66kV及以下架空电力线路设计规范》（GB 50061-2010）、《110 ～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）、 《 1000 kV 架空输电线路设计规范》（GB 50665-2011）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： 注：±500kV重现期为50年，±800kV重现期为100年 2.1.2 基本风速 （1）时距为10min 平均的年最大风速为样本； （2）采用极值Ⅰ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。 2.1.3 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。 2.2 设计风速的确定 设计风速我们一般是根据从气象局收集的气象资料经过次时换算（将观测4次的2 min平均风速折算为10 min平均风速）、高度换算（将风速仪离地高度风速折算为离地10m高风速），还需风速重现期计算后，确定设计风速。最大设计风速的选取步骤如下： ①次时换算：将V2min转换成V10min； ②高度换算：将Vh转换成V10； ③重现期计算：需要根据30年（或50年与100年）一遇的重现期，经过概率计算得到最大设计风速值。  表 风级风速鉴别表 2.2.1 风速的测量计算（次时换算） 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。计算方法如下： V10min=αV2min+b 式中： V10min--自记10min 时距平均风速，m/s V2min---自记10min 时距平均风速，m/s α--次时换算三系数，如下：  b---次时换算系数，如下：  如 α、b次时换算系数计算相对复杂，可以按下表取值：  注：以上计算方法参考《电力工程气象勘测技术规程》 （DL/T 5158-2012） 2.2.2 设计高度（高度换算） 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， 根据《110 ～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）条文说明 4.0.2 条规定：对110kV~330kV线路，下导线的平均高度一般（不含大跨越）可取15m；500kV~750kV线路，下导线的平均高度一般（不含大跨越）可取20m；1000kV导线的平均高度一般（不含大跨越）可取30m。根据《110 ～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010） 10..18 条，在计算中我们一般不直接将基本风速折算至下导线平均高度的风速，而且是通过标准风速与风压高度变化系数计算下导线平均高度的风速的相应荷载，小编将在后面的比载计算中计算介绍。 其他工况的风速，无需进行高度换算。 根据《110 ～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010） 4.0.2 条规定，我们的基本风速的是取离地面10m的风速。我们从气象局收集到的风速不一定是10m高处的风速，那我们可以通过下式计算将收集到的高度风速折算至10m搞处的风速。  式中： V10--离地面10m处的平均风速，m/s Vh--离地面hm的处风速仪测量的平均风速，m/s h---风速仪离地高度，h α---地面粗糙度系数，见下表  注：以上计算方法参考《电力工程气象勘测技术规程》 （DL/T 5158-2012） 2.2.3 风速的重现期计算 经过次时换算与高度换算折算后，还需要根据重现期要求，确定设计风速。风速的重现期计算小编在《架空输电线路--设计用气象条件》中介绍过，本次不在详细介绍，直接介绍计算，如下（采用极值Ⅰ型的概率分布函数推导）: 当能收集到完整的最大风速样本时按下式计算  由于搜集来的年最大风速样本是有限的，最大风速样本时按下式计算：  式中： VR--重现期年数基本风速，m/s R--重现期年数，年 α--分布的尺度参数 b--分布的位置参数 σ--样本的标准差 s--有限样本的标准差 μ--样本的最大风平均值 --有限样本的最大风平均值 n--样本中的年最大风速的个数 c1--、c2----与有限样本中的年最大风速的个数n有关的系数，如下表： 注：以上计算方法参考《 建筑结构荷载规范》 （GB 50009-2012）。 以上是根据收集到的气象资料经过三部计算得了离地10m的基本风速。另外基本风速我们也可以通过《 建筑结构荷载规范》 （GB 50009-2012）中附表E.5 的10年和100年的风压计算出重现期年数（30年或50年等）内的基本风压值，然后通过基本风压计算出基本风速。与前面收集到的气象资料计算出来的基本风速作为对比分析（小编工作的习惯）在确定基本风速，方法如下： 式中： R--重现期年数 WO(R)--重现期年数基本风压，kN/m 3 WO(10)--10年一遇的基本风压，具体城市风压参数见GB 50009-2012 中 附表E.5 ，kN/m 3 WO(100)--100年一遇的基本风压，具体城市风压参数见GB 50009-2012 中 附表E.5 ，kN/m 3 VR--重现期年数基本风速，m/s 若想更精确的计算，在计算出重现期年数基本风压后重现期年数基本风速可以按下式计算： 式中： VR--重现期年数基本风速， WO(R)--重现期年数基本风压，kN/m 3 ρ--空气密度，t/m 3 ,特别注意密度的单位，否则计算错误 t--空气温度，℃ p--气压，Pa pwap--水气压，Pa 若有风区分布图的地区计算完成后还要与风区分布图及沿线线路运行经验的的数值进行对比分析再确定合理是基本风速值。 2.2.4 基本风速的一般规定 根据《110 ～750 kV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）与《 1000 kV 架空输电线路设计规范》（GB 50665-2011）规定，110～330 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。 2.3 覆冰厚度的选取 架空输电线路设计时，应对工程地点与地形、气候类似的区域进行覆冰调查。对于设计冰厚为20mm以下的中、轻冰区，应进行沿线的覆冰普查，查明中、轻冰区的分界与长度。对于设计冰厚为20mm及以上的重冰区，应进行重点调查，查明重冰区的量级，分界与各级重冰区的长度。调查的重点地域应是寒潮路径山区的迎风坡、山岭、风口、邻近湖泊等大水体的山地、盆地与山地交汇地带。 覆冰调查对象应该是电力、通信、交通、工况等部门与当地的居民。覆冰调查包括： 1）覆冰地点、海拔、地形、覆冰附着物种类、型号及直径、离地高度、走向。 2) 覆冰发生时间和持续日数，天气情况。 3） 覆冰种类与密度，可以根据实际情况分析判断，也可以按照下表的条件确定。 4） 覆冰的形状、长径、短径和冰重。 5） 覆冰的重现期，包括历史上大覆冰出线的次数和时间，以及病害情况。 完成覆冰调查的同时还应进覆冰收资，覆冰收资收资内容包括： 1）沿线已建输电线路的设计标准及涉及覆冰，投运时间，运行中的实测，目测覆冰资料，以及冰害事故记录、报告，线路冰害事故搜资内容包括冰厚、冰重、杆（塔）型、杆（塔）高、线径、档距和事故后的修复标准。 2）通信线路的设计冰厚、线径、杆高和运行情况，以及冬季打冰措施、实测覆冰围长、厚度。 3） 高山气象站的观测资料以及无线电通信基站、道班的冰害事故记录和报告。 4） 气象台站实测覆冰资料和大覆冰的起止时间与同时气象条件，以及天气系统的过程。 通过以上收集在资料整理然后通过相应的公式计算得出覆冰厚度。 2.3.1 标准覆冰厚度计算 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、厚度均匀的理想覆冰。架空线的覆冰厚度指的就是这种理想覆冰的厚度。 下面介绍常规计算方法： 1） 根据实测冰重计算标准冰厚，可按下式计算： 2） 根据实测覆冰长、短径计算标准冰厚，可按下式计算： 3） 根据调查或实测覆冰直径计算标准冰厚，可按下式计算： 式中： bo--标准覆冰厚度，mm G--冰重，g ρ--覆冰密度，对雨淞0.7~0.9 g/cm 3，雾凇0.1~0.3 g/cm 3，雨雾凇混合冻结0.2~0.6 g/cm 3，湿雪0.2~0.4 g/cm 3， L--覆冰体长度，m D--覆冰断面的长径,mm B--覆冰断面的短径，mm r--导、地线半径，mm R--覆冰半径，包括导、地线；mm Ks--覆冰形状系数，覆冰短径与覆冰长径的比值。如果无实测资料参考下表，小覆冰的形状系数靠下限选用，大覆冰的形状系数靠上限选用。 2.3.2 设计冰厚度计算 设计覆冰厚度应根据工程设计要求，覆冰影响因素、区域覆冰特性及资料情况计算。单导线设计覆冰计算如下： 式中： b--设计覆冰厚度，mm KT--重现期换算系数，重现期换算系数可参考下表： Kh--高度换算系数。 h--设计导线离地高度，m ho--实测或调查覆冰附着物高度，m α--覆冰高度变化系数，应按实测覆冰资料分享确定，无实测资料地区可参考：在离地10m以内取.17，在离地10m~20m取值0.14。 Kφ--导、地线线径换算系数。 φ--设计导、地线线径（φ≤40mm），mm φo-含覆冰导、地线线径，mm Kd--地形换算系数。覆冰地形换算系数可参考下表： 注：以上计算方法参考《 架空输电线路覆冰勘测规程.》 （ DL/T 5509-2015）。 如果想更准确的计算覆冰的厚度，还应考虑地形的走向，档距的变化等的影响。对于微气象的覆冰感兴趣的朋友可以自己研究。 通过收资计算获得的覆冰厚度后还需要与电网编制的冰区分布图、沿线运行线路的运行经验就行对比，综合分析后再确定覆冰厚度。 2.3.3 覆冰的分区 架空输电线路工程应按工程设计要求将设计覆冰厚度分级归并，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。设计冰区应分为轻冰区、 中冰区、 重冰区。如下： 轻冰区：≤10mm。 中冰区：≤20mm（20mm冰同时风速为10m/s时为 中冰区）。 重冰区：≥20mm（易取 20mm 、30mm、40mm、50mm，20mm冰同时风速为15m/s时为重冰区）。 注：以上覆冰分区按《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 4.0.5条与《 重覆冰架空输电线路设计技术规程.》 （ DL/ T 5440-2009） 6.0.5 条执行，与《 电力工程气象勘测技术规程》（DL/T 5158-2012）中中冰区小于20mm冰厚有 一定的差异。这分区是小编的习惯，与常规的水文气象设计有一点的差异。 设计冰区的划分设计冰厚小于20mm时级差应为5mm，设计冰厚大于20mm时级差应为10mm。设计分级规并应符合下表要求： 同一冰区的划分主要原则是属同一气候区，海拔相当；地形类似；线路走向大体一致；覆冰特性参数基本相同。冰区划分主要依据是覆冰成因及影响覆冰的气象条件分析结果；沿线各调查点设计冰厚的分析计算结果；区域气象站、观察站覆冰分析计算结果；沿线相邻区域已建输电线路设计冰区及运行资料；邻近地区冰雪灾害记录或报告。 覆冰分区必要时，宜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，根据《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 第4.0.6 条文说明 中阐述，地线设计冰厚增加5mm，仅针对地线支架的机械强度设计。地线覆冰取值较导线增加5mm后，地线的荷载取值对应的冰区（如不均匀覆冰的不平衡张力取值等）应与导线的冰区相同。 覆冰的更多知识可以参考《【知识】电线覆冰形成原因、覆冰事故类型及覆冰防治概述》、《[六防]架空输电线路覆冰类型、冰害类型及影响因素》|、《[六防]架空输电线路冰害防治措施(含线路融冰及除冰技术)》、《[六防]架空输电线路冰害应急处置(冰害跳闸故障处置及倒塔断线事故抢修)》等专题介绍。 2.4 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3～17℃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的倍数值。 （5）安装气温在最低气温为-40℃的地区，宜采用-15℃；最低气温为-20℃的地区，宜采用-10℃；最低气温为-10℃的地区，宜采用-5℃；最低气温为-5℃的地区，宜采用0℃。 （6）雷电过电压宜采用15℃；操作过电压可采用年均温气温；带电作业工况气温可采用15℃；导、地线断线工况气温取-5℃；绝缘子串断联工况气温取-5℃。 2.5 设计用气象条件的组合 2.5.1 线路正常运行情况下 （1）基本风速： 基本设计风速，无冰，相应的月平均气温。 主要用于计算导、地线和杆塔的强度或刚度，校验工作电压下的电气间距。基本设计风速也是计算边导线风偏时对地和凸出物电气间距的校验条件。 （2）最低气温： 最低气温，无冰，无风。 该气象组合主要用于导、地线强度设计、绝缘串的上拔校验。也是线路钻越其它线路时校验地线与其他线路的电气距离的校验条件。 （3）覆冰有风（最厚覆冰）： 最厚覆冰，相应风速，气温−5℃。相应的风速一般为10m/s（中、轻区），当有可靠资料表明需加大风速时可以采用15m/s（重冰区）。 该气象组合是导、地线和杆塔强度、刚度的设计依据，也是风偏后边导线对地和凸出物电气间距的校验条件。 （4）覆冰无风（最大垂直比载）： 最厚覆冰，无风，气温−5℃。 该气象组合是导线对地和跨越物电气间距的校验条件。 （5）最高气温： 最高气温，无冰，无风。最高气温一般为40℃，不考虑个别高于或低于该气温的记录。 该气象组合是导线对地和跨越物电气间距的校验条件，也是计算导线发热的条件。 2.5.2 线路耐振计算用气象组合 线路设计中，应保证导、地线具有足够的耐振能力导、地线的应力越高，振动越显严重，因此应将导、地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。年平均气温，在3～17℃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。 2.5.3 雷电过电压气象组合（外过电压） 雷电过电压是指雷电的作用在导线上产生的过电压，也称外过电压。为了保证雷电活动期间线路不发生闪络，要求塔头尺寸应能保证导线风偏后对杆塔构件的电气距离，档距中央应保证导线与架空地线的间距大于规定值。15℃是雷电活动日气温，所以组合气象条件为： （1）外过有风： 温度15℃，相应风速（基本设计风速小于35m/s时，取10m/s；不小于35m/s时，取15m/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校验导线与地线之间的距离。根据《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 第7.0.15条。 2.5.4．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、基本设计风速折算至导线平均高度处风速的50%（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，也是校验塔头结构布置（导线风偏相间最小间隙）的气象参数之一。 2.5.5 线路断线、断联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、释放型线夹是否动作，校验邻档断线时跨越档的电气距离等。 （1）一般情况： 无冰区： 无风、无冰、气温−5℃。 有冰区： 无风、有冰、气温−5℃。 根据《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 第10.1.5~ 6条规定 （2）校验邻档断线： 无风、无冰、气温+15℃。 （3）校验断联： 无风、无冰、气温−5℃。 2.5.6 不均匀覆冰的气象组合 风速10m/s、−5℃、相应覆冰。 根据《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 第10.0.8条与《重覆冰架空输电线路设计技术规程》（DL/T 5440 -2009）第 12.0.6 条规定垂直冰荷载按75%设计覆冰荷载计算。 2.5.7 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。根据《110KV~750KV架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010 ） 第4.0.11 规定，安装时气温按下表规定取值。 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。 本文除开文中提到的规程规范外还参考了小编的恩师 孟遂民 老师 编著的《架空输电线路设计》（第二版）、东北院 张殿生编著的《电力工程高压送电线路设计手册》（第二版）。 ------------E N D------------ |
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