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近年来,随着经济社会快速发展,我国沿海地区连岛输电工程和西电东送需求日益增长,促使各地对输电工程质量、建设速度和综合效益提出了更高的要求 。由于输电工程在翻山越岭、过河跨海的过程中,往往需要对抗各种地形和气象因素所造成的强风环境,这给日益追求输电等级更高、跨越长度更长、线塔高度更高的输电工程建设带来了不少困扰。强风影响已经成为现代输电工程安全性和经济性考量的主要因素之一。

宋丽莉,研究员,中国气象局公共气象服务中心资源与环境室首席,担任“全国风能详查和评价”项目总师,全国专业标准化技术委员会委员,中山大学兼职硕士生导师。

“对于历年多受台风影响的沿海地区而言,风场条件比一般内陆地区更为复杂,抗风能力的计算将直接影响到工程建设的复杂性和困难性。”

 

“考虑到自然环境中风的复杂性,分区域设计输电塔线的抗风标准是很有必要的。”

世界第一电塔上的“气象之眼”

2010年我国建起了有“亚洲第一跨海输电线路”之称的舟山至大陆220千伏电路联网工程。其中输电塔最大高度达370米,堪称世界之最。

 

对第一高度的追求就意味着电塔在高空要接受更大的风速挑战。近几年随着电力工程建设的发展,输电塔日趋呈现出杆塔高耸的结构,这本身就对工程抗风能力提出了更高的要求。尤其对于历年多受台风影响的沿海地区而言,风场条件比一般内陆地区更为复杂,抗风能力的计算将直接影响到工程建设的复杂性和困难性。宋丽莉指出,“由于现行的工程抗风规范还不够精细,计算出的高空风速往往和实际风速相差很远。”

 

一些沿海省份的电力部门正逐渐意识到这个问题。在舟山与大陆的220千伏联网输电工程建设之初,电力部门就和宁波市气象局合作,计划在舟山和宁波大陆之间的凉帽山岛上安装一套输电塔气象观测梯度系统。该系统记录的数据将为今后同类型跨海电塔的抗风设计提供科学而有价值的参考。

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穿山越岭的输电线

一条输电线路的建设常常需要翻山越岭,一路自然条件复杂,不同地区的输电线路所承受的风力相差悬殊。宋丽莉研究员四年前曾在广东主持过一个输电线路沿线最大风速的论证项目。结果显示,不同海拔高度和地形影响下的风速差异明显,风速最大可以相差1.5倍以上。

 

2010年,随着国家西部开发战略的深入实施,新疆与西北联网750KV的输变电工程建成投运,实现了西北水火风电的“打捆”外送。该工程建设750KV线路长达3560千米,是中国电网建设史上线路最长的工程。

 

令人惊叹的是,该工程途径沙漠戈壁,线路穿越了著名的“三十里风区”和“百里风区” ,沿途超过12级的大风经常出现,最大风力可达14级以上。最终经过严密的测算,线路按39m/s和42m/s两种风速设计,这在国内750KV线路设计中尚属首次。

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抗风设计--聚焦更多关注

令人遗憾的是,目前这种更客观、更精细的抗风设计理念还没有完全融入到我国的输电工程实践中去。原因之一是许多工程建设即使不做精细化的论证设计,只靠加大工程投入,也可以满足设计要求。往往等到工程设计超过施工技术所能承受的限度时,更专业的气象论证才会被认真考虑。

 

虽然当前这种设计理念还没被广泛应用,但它正在被越来越多的投资者所认可并努力推广。

 

近年来,越来越多的机构有需求了解这方面的知识,他们之中有政府、设计院、也有工程监理公司。比如广东等部分省份已经把重大工程的气候可行性论证纳入非行政许可行政审批事项。一些有能力的设计院正在尝试和气象部门合作打造更科学、更精细的设计方案,使其在工程投标中更具竞争力。

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结语

丰富的气象观测数据、先进的计算和数值模拟手段正渴望在现代电力建设工程中发挥更大的作用,而政府管理部门、工程设计部门和投资方等同样已经意识到了科学的抗风设计对合理规划建设和控制投资预算的重要性,并且在这方面开始了一定程度的探索工作。相信不久的将来,“电力高速路”会由于工程抗风设计的深入参与跑得更加顺畅。

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