晁 锐

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054）

某330 kV高压输电线路风灾事故原因分析

晁 锐

（中国能源建设集团陕西省电力设计院有限公司，陕西 西安 710054）

受大风灾害影响，造成某330 kV高压输电线路7基铁塔倒塌、1基铁塔严重受损的事故。本文从杆塔的分布和利用、风速以及微地形微气象特点等方面分析了事故原因，认为本次事故主要是由稀遇大风引起，稀遇大风在微地形微气候段风速进一步增大，造成了铁塔的倾倒。此外，耐张段长度过长加剧了灾害。在事故分析的基础上，提出了线路修复的措施以及预防此类灾害的建议。

输电线路；风灾；最大风速；极大风速；微地形；微气象。

输电杆塔作为电网输电线路的重要组成部分，为导地线提供支撑作用并保证足够的安全距离。一旦输电线路出现倒塔断线，便会造成大面积停电事故，不仅给电力企业造成重大损失，而且直接影响生产建设和人民的生活秩序。近年来，极端天气现象愈加频繁，特别是大风和覆冰灾害给输电线路的安全运行造成了极大的危害。针对大风灾害引发的某330 kV输电线路的倒塔事故，本文从多个方面分析了事故原因，并提出了应对此类灾害的措施和建议。

1　概述

2013年8月4日，榆林地区出现强对流飓风天气，普降暴雨、冰雹，造成某330 kV输电线路发生倒塔跳闸事故，其中7基铁塔倾倒，1基铁塔扭转。次发生事故的330 kV输电线路于1999年投运，线路全长约130 km，共295基杆塔，导线采用2×LGJ—300/40双分裂钢芯铝绞线。线路气象条件按西北Ⅲ级气象区设计，其中设计风速的标准为15 m高15年一遇10 min平均最大风速，取值为30 m/s，折算到10 m高度为28.1 m/s。本次事故中倒塌的铁塔均为我国第一代330 kV送电线路铁塔84A塔型，在我国西北地区大量工程中使用过，使用和运行经验丰富。

根据现场勘查，本次大风灾害造成330 kV线路35#塔～40#塔、46#塔共7基直线铁塔倒塌，41#塔扭转，导线多处断股和断线。杆塔的倾倒方向较为一致，均为东偏南；位于上述330 kV线路西侧约600 m平行走线的110 kV线路在本次大风灾害中倒塔2基，多处断线断股，其倾倒方向也为东偏南。此外，事故段南北走向的10 kV配网线路几乎全部倒杆断线，附近许多直径40、50 cm的杨树被连根拔起，倾倒方向大多为东偏南。

2　杆塔情况分析

2.1铁塔材质分析

事故发生后，针对现场倒塌的铁塔逐基进行主材取样，分别进行了常温拉伸性能试验、冲击试验和化学成分分析。经检验，送检的材质均符合相关的规程规范标准，为合格产品，因此排除了铁塔因材质而存在的隐患问题。

2.2受损铁塔分布

根据事故统计结果，本次事故中35#塔～40#塔、46#塔共7基直线铁塔倒塌，41#塔扭转，受损的铁塔均为直线塔，耐张塔无一受损。事故中的33#～43#这一个耐张段损失最为严重的，该段长度为4661 m，共分布9基直线塔，其中连续6基铁塔发生串倒，另1基扭转；而相邻的耐张段（43#～45#）长度为533 m，共分布3基铁塔，该耐张段同样处于风暴中心，但铁塔和导线均未受损。显然，A段的长度过长，直线塔过多的连续分布加剧了本次事故灾害程度。因此，建议在线路修复时将38#塔更换为耐张塔，缩短A段的耐张段长度。

2.3线路档距利用情况

实际线路中各基铁塔档距使用率不尽相同，在荷载相同时，实际档距（特别是水平档距）使用率高、呼高较高的铁塔抵抗超载能力相对较小，会首先发生超载倒塌。本次事故中受损的各基铁塔的呼高和档距利用情况见表1。

表1　受损铁塔实际档距利用率

从表1可以看出，37#和38#的水平档距利用率均在90%以上，同时37#和38#的呼高达到34 m，受极端荷载的影响，这两基铁塔更易发生超载倒塌，这两基铁塔处于本次事故的中心也正好印证了这一点。在这两基铁塔倒塌过程中，由于导地线的牵扯，将会对相同耐张段的邻档铁塔造成不平衡张力或冲击荷载，而此时这些铁塔受大风作用也处于超载的临界状态，突然增加的附加荷载会造成倒塌连锁反应，发生铁塔串倒情况，最终造成了A段受损最为严重的情况。此外，46#号铁塔的水平档距利用率达到了93.7%，受极端风荷载的影响，在本次事故中也造成了倒塔事故。

3　气象站风速分析

3.1附近气象站概况

本线路附近共有2座气象站，分别为榆阳区气象站和世纪广场区域气象站。榆阳区气象站（以下简称“榆阳站”）为国家基本气象观测站，地处北纬38°16′，东经109°47′，海拔高度1157.0m，资料年限较长，至今积累了50多年的气象观测资料，观测记录规范，资料可靠性高。榆阳站位于线路事故段西北侧约3～7.5 km，事故段线路塔位处的海拔高度介于1080～1120 m之间，与榆阳站的海拔相当，因此，榆阳站对本线路一般地段风速具有较好的代表性。世纪广场区域气象站（以下简称“世纪广场站”）位于榆林市区世纪广场内，海拔高度约1060 m，该气象站位于线路事故段西北侧约5～9 km，对本线路也具有一定的代表性。两气象站与本线路事故段的相对位置见图1。

图1　气象站与事故地段线路路径的相对位置图

3.2最大风速的频率计算

根据《电力工程气象勘测技术规程》（DL/5158-2012）第3.3.1条规定，当气象站有连续25年以上的年最大风速资料时，可直接进行频率计算推求气象站设计风速。气象站设计风速应采用P-III型分布或极值I型分布进行频率计算。

为了更好的分析本次事故，搜集了榆阳站1971～2013年共43年逐年自记10 min平均最大风速资料，分别采用极值I型和P-Ⅲ型分布对最大风速进行频率计算，频率计算图见图2，计算结果统计表见表2。

表2　榆阳站10 m高10 min平均最大风速的频率计算

图2　榆阳站最大风速频率计算图

从表2可知，榆阳站15年一遇10 m高10 min平均最大风速为20.2～20.9 m/s之间，换算到15 m高度最大风速为21.6～22.3 m/s，而原线路设计风速采用30 m/s，因此原线路设计风速取值合理。

3.3风速重现期分析

《地面气象观测规范》（2003版）中对“最大风速”和“极大风速”的定义如下：最大风速是指在某个时段内出现的最大10 min平均风速值。极大风速（阵风）是指某个时段内出现的最大瞬时风速值。瞬时风速是指3 s的平均风速。

大风过程往往持续时间较短，但是最大风速反映的是10 min内风速的平均值，因此，最大风速难以反映实际风速造成的损失情况。所以，采用极大风速分析本次事故更为合理。

根据气象部门提供的资料，事发时榆阳站实测的最大风速仅为18.0 m/s，相当于5～10年一遇风速；然而同时实测的极大风速却达到了29.7 m/s，超过了该站100年一遇最大风速，因此本次大风灾害属于稀遇的突发事故。

4　微地形微气象分析

微气象是指由于下垫面的某些特征所引起的近地面大气层中小范围气候特点，这种小范围的气候特点一般表现在个别气象的数值上，有时表现在个别天气现象（如风、雾、霜、雨凇等）上。微地形是相对大地形而言，它是大地形中的一个局部的狭小的范围。在一个具体的山地，通常由于局地形而使各气象因子在小范围内产生综合巨变，使得该地点某些气候因子特别增强，故微地形与微气象密切相关，不可分割。这种微地形特征使气象因素发生了骤变，它在电线覆冰及大风形成上反映十分明显。微地形多种多样，但从对大风的影响来看，应是那些有利于大风生成、发展和加重的局部地段，如垭口、谷口、山顶等。

本次发生事故的330 kV输电线路运行时间较长，在当时的设计中未考虑微地形微气候的影响。但是根据相关的试验研究，与平地风速相比，山谷中轴线上的最大风速高出了33%，山丘峰顶最大风速更是高出了44%。事发时榆阳站的实测极大风速为29.7 m/s，推算的山谷中轴线和山丘峰顶的极大风速应为39.5 m/s和42.8 m/s。

经过现场勘查，事故倒塔段地形复杂，微地形特点显著。37#和38#塔跨越山谷（见图3），符合垭口微地形特点；35#、36#、39#、40#和46#塔均处于山梁顶部。因此，事故段线路在事故发生时的实际风速应该达到39.5 m/s（10 m高）以上，超过设计风速28.1 m/s（10 m高）40%以上。

倒塔事故的中心位于37#和38#铁塔之间，此处两基铁塔正好跨越山谷，当时的大风风向为西偏北，与山谷走向基本一致，由于狭管效应的作用，使其效力达到极大，从而使铁塔风荷载严重超载，引起了铁塔的倒塌，见图3。

图3　37#和38#铁塔之间的地形

46#地处孤立的山梁顶部，事故现场植被稀疏，大风经过迎风坡地表的加速作用，使风速在山梁顶部达到最大，加上46#铁塔水平档距利用率达到93.7%，从而造成了46#铁塔的倒塌事故。

5　结语

（1）本次强对流天气引发的大风灾害是本次事故的主要原因。事发时代表性气象站实测的极大风速达到了29.7 m/s，超过了该站100年一遇最大风速，而事故线路设计风速标准仅为15年一遇，因此本次大风灾害属于稀遇的突发事故。

（2）事故线路段的代表性气象站15 m高度15年一遇最大风速为21.6～22.3 m/s，而原线路设计风速采用30 m/s，因此原线路设计风速取值合理，建议事故段线路修复时仍采用原设计风速。

（3）现行《电力工程气象勘测技术规程》采用最大风速资料统计设计风速，但大风过程往往持续时间较短，最大风速反映的10 min内风速的平均值有时难以反映实际风速造成的损失情况，配合分析极大风速，可更好反映大风情况。因此，建议在极大风速资料充分的情况下，可统计极大风速作为确定设计风速时参考。

（4）原线路设计时未考虑微地形微气候的影响，但微地形微气候地段风速增大显著，对输电线路危害大，建议在输电线路的规划和设计中加强微地形微气象的研究。

（5）耐张段过长加剧了本次灾害的损失程度，建议在线路修复时缩短耐张段长度，将38#塔更换为耐张塔，

（6）由于运行时间较长的线路在当时设计时甚少考虑微地形微气候影响，建议对在役的输电线路进行微地形微气候筛查，及时进行加固和改造，提高输电线路抵御气象灾害的能力。同时，线路在经过微地形地段时，应适当缩短耐张段长度，加强杆塔设计，适当降低杆塔利用率。

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Analysis on Wind Disaster
of a 330 kV High Voltage Transmission Line

CHAO Rui
（Shaanxi Electric Power Design Institute，Xi'an 710054， China）

A 330 kV high voltage transmission line was destroyed by wind hazard， with seven transmission towers collapsed and one tower damaged seriously. According to the analysis of the distribution and utilization of towers ，wind speed ， micro topography and microclimate， the main reason of the disaster is the rare wind hazard，and the wind speed strengthened further in the microtopography， with the towers collapsed. In addition，it aggravated the degree of the disaster that the length of the strain section is too long. On this basis， the article puts forward the measures to deal with the disaster and prevent the similarity one.

transmission line； wind hazard； maximum wind speed； extreme wind speed； microtopography；microclimate.

P425

B

1671-9913（2016）03-0043-05

2015-03-19

晁锐（1985- ），男，陕西礼泉人，硕士，工程师，主要从事电力工程水文气象勘测工作。