一起龙卷风导致的线路倒塔事故分析

一起龙卷风导致的线路倒塔事故分析

欧阳耀华邵校嘉刘双武

（广东电网有限责任公司佛山供电局广东佛山市528000）

摘要：本文分析了一起龙卷风导致线路倒塔的原因，提出了防控措施。

关键词：输电线路；龙卷风；倒塔

1故障情况

2015年10月4日下午15时后，受超强台风“彩虹”登陆后外围螺旋云带的影响，广东顺德区出现超强龙卷风。根据佛山市龙卷风研究中心认定，此次龙卷风属强龙卷风，估计风速达51~70米/秒，相当于16级大风，具有移动速度快，影响范围广，风力破坏强的特点。

本次龙卷风共造成某110kV线路钢管杆倾斜2基，某双回220kV线路倒塔1基。

2原因分析

2.1设计基本情况

受损的220kV线路于2008年竣工投产，位于跨越顺德水道段耐张段，遵照当时的线路设计规程《110～500kV架空送电线路设计技术规程》（DL/T5092-1999）进行设计，最大设计风速采用离地15m高15年一遇10min平均最大风速，取30m/s。

综合龙卷风研究中心数据，初步推断龙卷风穿过受损杆塔，由于风速远超过最大设计风速，导致其失稳破坏，向线路左前侧倒塌。

图1倒塌杆塔情况

2.2事故原因分析

2.2.1受损杆塔验算原则

根据龙卷风对结构影响的相关研究[1；2]，送电铁塔在龙卷风荷载作用下的变形以竖向弯曲为主，扭转幅度很小，塔身中段和塔腿处会出现较大的拉应力和压应力；为了简化计算过程，可采用等效风速的自然风来计算龙卷风对空间高耸桁架结构的作用。估定验算龙卷风风速取50m/s。由于倒塌杆塔正处于龙卷风运动轨迹内，为此，对其采用15m高30m/s风速值对铁塔进行正常大风工况计算；采用15m高50m/s风速值对铁塔进行验算工况计算。

2.2.2抗风验算分析

倒塌杆塔型号为2Z2A5-71，呼称高71m，全塔高89.5m，设计水平档距640m（已考虑呼称高引起的水平档距折算）、设计垂直档距760m，水平档距利用率99%。

按30m/s设计风速条件下计算塔身主材构件强度利用率详见图2。由图示可看出，铁塔塔身自下往上第3段塔身主材为稳定利用率最大的杆件，30m/s设计风速下杆身稳定应力利用率最大为99.8%。

按50m/s验算风速条件下计算塔身主材构件强度利用率详见图3。由图示可看出，杆塔多处构件的应力超过构件容许应力，60%杆件超条件，而且大部分为主要杆件。塔身部及腿部主材超应力40%左右，其中自下往上第3段塔身主材中间节的稳定应力利用率达到170.5%，有限元计算结果与现场破坏情况较为吻合（塔身中段和塔腿处首先出现应力超限破坏，导致整塔倒塌）。

图230m/s强度利用率图350m/s强度利用率

3防御对策

3.1建立线路气象资料档案

对输电线路经过的微地形、微气象点进行深入考察和研究，必要时设立气象观测点，在输电线路杆塔上使用风速仪等新装备和新技术，加强监测。将调查和收集的微地形、微气象资料作为线路运行维护的内容，建立完整的线路气象资料档案，为输电线路抗风设防提供依据；

3.2加强龙卷风机理研究

目前线路考虑导地线风荷载力均是考虑风沿着一定角度吹向线路的，与台风及大风等情形机理基本一致。而龙卷风的风速是漩涡型的，风的作用机理与线路实际考虑的荷载相左。常见龙卷风将小汽车卷起的报道，由此可见，龙卷风具有很大的向上的作用力。因此，考虑加强龙卷风机理研究，研究龙卷风对线路导地线实际作用力，有针对性的修改规范相应条款，加强线路实际的抵抗龙卷风的能力；

3.3优化设计，减少事故发生率

在龙卷风易经过线路，适当减少耐张段长度至2~3km以内，增加防串倒型直线塔，防止事故的进一步扩大化；降低杆塔高度，减小龙卷风作用在杆塔上的高度；适当缩小线路使用档距，提高杆塔抗风强度；

3.4建立相应的应急机制及灾后快速恢复和重建机制

龙卷风具有移动速度快、破坏性强等特点，龙卷风中心最大风力可达100m/s以上，对输电线路的损害是灾难性的。完全按照抵御龙卷风的标准进行线路设计是不现实的，建立统一指挥、部门联动，反应灵敏、运转高效的应急机制及灾后快速恢复和重建机制，做好事故预想、完善应急预案是应对风害的重要内容。事故发生后应快速反应、有序应对。

参考文献：

[1]白俊峰，鞠彦忠，曾聪.龙卷风作用下空间桁架的受力分析[J].东北电力大学学报，2011，（Z1）：46-51.

[2]唐飞燕，汤卓，吕令毅.龙卷风场中沙粒对结构冲击作用的研究[J].工程建设，2013，（03）：19-23.

作者简介：

欧阳耀华（1972-），男，广东佛山人。高级技师，从事输电线路运维工作。