架空线路大跨越水文气象设计的探讨

秦军

　　［摘要］　结合梧州500　kV变电站——平浪220kV架空线路浔江大跨越的设计，分析和探讨对架空线路大跨越影响较大的各种水文、气象因素及相应的设计途径。
　　［关键词］　线路大跨越　水文气象　设计　探讨

1　前言

　　架空送电线路大跨越是指新建220kV～500kV线路跨越通航大河流、湖泊或海峡等，因档距较大(一般在1000m以上)、塔的高度较高(一般在100m以上)、导线选型或塔的设计需予以特殊考虑，且发生故障时严重影响航运或修复特别困难的耐张段设计。
　　架空送电线路大跨越设计技术要求高，施工难度大，运行维护复杂，目前我国只有少数几个较大的电力设计院在线路跨越长江、黄河等大江大河时进行过设计、水文气象设计是线路大跨越设计中的一个主要组成部分。
　　影响线路大跨越的主要气象因素有：气压、气温、湿度、风速、地温、导线覆冰、雷暴、雨凇、雾凇等。其中风速对导线摇摆和振动的影响最大，风荷载值是决定跨江塔型和导线类型的主要参数之一；雷暴在选择合适的避雷线绝缘子型号、绝缘及接地方式，减少电能的损失和防止雷击造成的停电过程中起重要作用；发生导线覆冰、雨凇、雾凇时会增加导线原有重量，直接影响到跨江杆塔负载的大小。为确保架空线路大跨越安全运行，气象条件的设计标准应较陆上线路提高，220kV～330kV线路采用30年一遇的数值，500kV线路采用50年一遇的数值。
　　影响架空线路大跨越的主要水文因素有：河流特征、跨江点设计洪水位、最高通航水位、内涝水位、枯水位、最大流速、河床演变、水利工程及水利规划等。其中设计洪水位、最高通航水位的高低直接影响跨江导线夏季弧垂最低点高程、塔高、杆塔位的选择等。
　　1999年4月广西电力勘察设计研究院在梧州500kV变电站——平浪220kV线路初步设计跨越浔江时进行了架空送电线路大跨越的设计，这是该院首次独立承担此类的设计任务，现结合本设计的水文气象工作提出我们的看法，和同行们共同探讨。

2　跨越地点的选择

　　　跨越地点的确定是在结合路径方案，综合考虑地形、地质、水文及施工运行等条件，避开河道不稳定、地震断裂、崩塌滑坡、山洪冲刷及其他影响线路安全运行地带的基础上，通过综合技术经济比较，选定本工程线路跨越浔江点在梧州市上游的浔江河段上，下距规划中的长洲水利枢纽约6.1km处，跨越档距达1523m，左右杆塔位离河岸距离分别约为131m和172m。
　　本线路跨越浔江点河段属我国华南低山丘陵平原型河俗，河床宽阔，两岸低山高程60m～120m，水面宽达1220m。

3　设计基本资料

　　设计基本资料应有20年以上资料，不足20年资料时可选用邻近地形、气候条件大体一致的水文气象站长期资料，通过查值法、比值法和相关分析等途径进行订正；无资料地区宜通过设站对比观测移用邻近地区水文气象资料或通过分析地区气候等值线图确定。
3.1　水文基本资料
　　线路跨江处无水文实测资料，但在其位置下游分别有梧州水文站、苍梧水位站和长洲水利枢纽专用水位站，上游有藤县水位站。
　　我院在进行长洲水电枢纽设计中，对梧州——藤县河段1915年、1949年、1976年、1988年历史大洪水进行调查和复核，取得可靠的历史洪水资料，1994年西江流域发生全流域特大洪水后，1996年12月广西水文水资源局、广西水利学会等单位对1994年西江流域特大洪水进行了分析和研究。
3.2　气象基本资料
　　线路跨越地点附近的梧州气象站、苍梧气象站、藤县气象站均有气象观测资料，累计气温、气压、风向、风速、湿度、降雨等天气现象资料达30年～40年，其中梧州气象站观测资料较长且观测场海拔高度为114.8m，与线路跨江杆塔高程基本一致，可直接引用。

4　设计风速

4.1　大风季节分析
　　跨江点地处西江河谷内，北近呈东北——西南走向的大桂山，主峰海拔高度1258m；西北为大桂山与大瑶山之间宽阔的地带，是北方冷空气入侵桂东的主要通道；南面易受热带台风入侵。梧州多年平均大风日数为7.3天，是广西大风较多的地区之一。其中，4月～8月为大风多发生的季节。
4.2　基准设计风速
　　通过对梧州、苍梧气象站原始风速资料的代表性、可靠性、一致性审查后，进行高度订正、时次换算至高大风季节平均最低水位10m高处十分钟的设计标准上，采用PⅢ型曲线对其进行频率设计，设计成果列于表1。

表1　梧州、苍梧气象站最大风速成果表

站名计算年限年数均值CvCs/Cv30年一遇大风季节平均最低水位以上10m
处十分钟平均最大风速(m/s)
梧州1953～19984611.50.19215.8

苍梧1959～19933512.80.15216.5

　　根据设计的30年一遇大风季节平均最低水位以上10m处十分钟平均最大风速，并参照电力部电力规划设计总院“架空送电线路大跨越设计技术规定”，本线路跨江点30年一遇大风季节平均最低水位以上10m处基准设计风速确定为30m／s。

5　导线覆冰、雨凇、雾凇

　　线路跨江点地处低纬度地带，气候属亚热带季风区，气温高，严寒天气很少，冬季无结冰现象，线路无导线覆冰、雨凇、雾凇现象。

6　雷暴

　　广西属我国雷暴多发地区，不少地方曾遭受雷击造成的停电，设计中应多加考虑。

7　跨越点水文设计

　　跨越点水文设计主要是进行杆塔位的水文勘测，通过现场的水文查勘、资料收集、分析计算，提供杆塔位设计所需的洪水位、内涝水位、设计流速、溃堤与溃坝的冲刷影响范围、河床稳定性分析、库区回水影响等水文数据、有关图表以及水文对杆塔定位的意见与建议，并作出可行性分析。对多方案的跨越河段，应推荐一个河床稳定、跨距较短的跨越方案。
7.1　水文概况
　　跨越点位于浔江河段长洲水利枢纽上游约6.1km处，控制的集水面积308600km2，多年平均流量6100m3／s，河段平均坡降0.05‰，行洪时最大水面宽达1250m，洪枯水水位差最大时约24m。
7.2　设计洪水位
　　线路跨江点洪水位的设计是根据我院长洲水电枢纽工程初步设计报告中水文有关设计成果，按1994年浔江河道梧州段设计洪水水面线比降进行推求。
　　由于跨越点位于长洲水利枢纽库区内，因此，线路跨江点设计洪水计算按河流天然情况和长洲水利枢纽建坝成库后两种情况来考虑。
7.3　最高通航水位
　　浔江为三级航道，按三级航道标准，最高通航水位为20年一遇，鉴于长洲水电枢纽已立项，线路跨江点20年一遇应考虑建坝对其的影响，经推求线路跨江点最高通航水位为26.54m，按通航净空高度10m，安全超高3m，浪高1m计算，导线夏季弧垂最低点高程应为40.54m。有关水文设计成果见表2。

表2　水文设计成果表

水文特征值长洲水电站大跨越杆
塔处水位
(m，黄基)相应流量
(m3/s)
天然情况建坝后水位
(m，黄基)
水位(m，黄基)时　间
1000年一遇　　31.1031.3957700
100年一遇28.1　28.4128.7048700
20年一遇26.1　26.3726.6341800
5年一遇23.8　24.0624.3234500
多年平均9.4　　9.726100
历史最高28.51915.7.10　28.7949600
实测最低4.541946.3.21　4.86640
大风季节平均最低水位8.4　　9.04800
最高通航水位　　26.2926.5441800

7.4　大风季节平均最低水位
　　通过大风季节分析，得出梧州市邻近大风季节为4月～8月，统计梧州水文站1900年～1995年共96年相应月份的实测最低水位资料，计算出梧州水文站大风季节平均最低水位，通过长洲坝址—梧州水文站水位相关关系搬至长洲坝址，再利用1986年实测枯水水面线比降换算至跨越点。
7.5　河床冲刷分析
　　为了避免大跨越工程建成后，由于河床变迁、塔位受到冲刷而影响线路安全运行，故要求跨河塔需考虑30年～50年河床变迁情况(220kV线路考虑30年)，以保证杆塔稳定不受冲刷，另外，要求跨越塔宜设在5年一遇洪水淹没区以外，以确保运行安全。
　　本线路跨江点一带区域为华南低山丘陵区，河岸宽阔，两岸低山高程60m～110m，行洪时水面宽达1250m，洪枯水水位差最大时约24m，杆塔位离河岸距离右约172m，左约131m。
　　线路跨江点河道处属右转弯，在河水的长期冲击作用下，右岸出现少量集中冲刷现象，引起河流深泓线向右摆动，但由于右岸属基岩且岸坡稳定，天然冲刷对河岸及杆塔位影响甚微，长洲水利枢纽建成蓄水后，由于水位壅高，岸坡水文地质条件改变，库区水面面积扩大，风浪、船浪增大，以及库水位消落等因素影响也会对库岸造成部分影响，但在30年～50年内影响不大。
　　线路跨江杆塔位在浔江河岸小山包上，地面标高约100m，远远高于跨江杆塔位处河流的100年一遇洪水位，杆塔位不存在一般冲刷和局部冲刷问题。
8　结语

　　综合以上分析，对广西地区架空线路大跨越影响较大的水文气象因素有：风速、雷暴、最高通航水位、洪水位、河床冲刷等，设计的重点应放在这几项工作上。

作者单位：(广西电力工业勘察设计研究院　南宁市　530023)

(收稿日期：1999－05－13)