攻关型QC成果报告某500kV线路设计风速论证概要

1、勘测设计系统优秀QC小组成果申报材料*500kV回线路工程设计风速论证成 果 报 告小组名称：水文气象QC小组福建省电力勘测设计院目 录1 小组简介21.1 注册登记21.2 小组成员21.3 活动情况21.4 专业介绍22 选题理由33 现状调查44 课题目标54.1 目标依据54.2 目标制定64.3 目标可行性分析65 分析原因76.1 “微地形对风速的影响大小未能定量化”因素的论证96.2 “风速随高度的梯度变化”因素的论证96.3 “气象台站原始资料的采用不当”因素的论证96.4 “实测点不具备代表性”因素的论证96.5 “实测人员责任心不强”因素的论证106.6 “手持风速风向仪使

2、用不当”因素的论证106.7 “风速仪与对比站安装高度、型号不一致”因素的论证106.8 “仪器设备未进行检定及调试”因素的论证116.9 “同工程结合不密切”因素的论证117 制定对策128 实施对策128.1 实施对策一：微地型对风速的影响分析128.2 实施对策二：风速随高度的梯度变化研究139检查效果149.1 技术结论149.2 社会效果1410 巩固措施1511 总结回顾及今后打算15活动程序表阶段活动程序选择工具方法(一) 计划阶段P1 选题理由2 现状调查调查表3 设定目标4 分析原因关联图5 确定主要原因6 制定对策对策表(二) 执行阶段D7 实施对策(三) 检查阶段C8 检

3、查效果(四) 总结阶段A9 巩固措施10 总结回顾及今后打算1 小组简介1.1 注册登记小组名称水文气象QC小组注册编号2005闽电质922号课题名称*-*回线路工程设计风速论证课题编号G03成立日期登记日期小组类型攻关型1.2 小组成员序号姓名性别年龄文化程度工龄职称组内分工TOM教育时教1朱伟强男45大专25工程师组长482方德火男40大学17高级工程师组员483林敏男46大专27工程师组员484汪艳女26研究生2助理工程师组员401.3 活动情况活动日期2005.42006.2活动次数P阶段2D阶段2C阶段2A阶段11.4 专业介绍水文气象专业主要承担发、送变电及微波通讯等工程设计中的水

4、源论证、洪枯水计算、气象条件的统计分析等工作；对于送电线路工程，最主要的任务就是要提供准确合理的设计风速；在有覆冰出现的地区，还应确定导线覆冰厚度的设计取值。2 选题理由 *-*500kV回线路工程是我省目前最高的电压等级；500kV线路由于电压等级高、设计标准高，线路本体单位造价也极高，因此，提供准确、合理的设计参数，确保线路设计既经济合理又能安全运行就具有非常重要的意义。而设计风速恰恰就是线路设计时所依据参数中极其重要的一个，设计风速准确与否将直接影响到线路设计的经济性和安全性；同时，风速又最易受海拔和地形等因素的影响。为此，一方面为满足本条线路设计的需要，另一方面也为今后线路设计中合理确

5、定设计风速探索一种行之有效的分析计算方法，从而进行*-*500kV回工程送电线路工程风速论证。由于本专题内容新、困难多、涉及到多个环节的分工合作，所以成立QC小组，利用PDCA循环，对*-*回线路工程500kV线路工程设计风速论证”进行活动，充分发挥小组成员的创造性，有效地控制住专题各环节的成品质量，使专题成果达到预期的目的。电力设计市场竞争激烈，设计方案是否技术先进和经济合理将决定能否设计中标；同时，设计标准随电压等级的提高而相应提高。我院的质量方针求实创新、铸造精品、诚信服务、与时俱进QC活动小组选题市场发展的需要设计需要福建省电力公司要求有效控制500kV线路造价，充分体现线路设计的经济

6、合理性。500kV线路工程设计风速论证设计需要在以往的线路设计中，设计单位根据各工程的具体情况，人为的进行修正，均侧重于安全，无统一的取值标准，需要有一种科学合理的统计计算方法。3 现状调查我们小组对目前国内外关于海拔和地形等因素对风速的影响方面的研究现状、已有成果及在工程中的实际应用情况进行了调查，调查结果见表一：表一 现状调查表行业现状调查者调查方式时间国外山地比较多的一些国家，如美国、德国、前苏联、日本等国利用先进仪器有计划有系统进行山地气候观测，研究气候。对风速进行定量分析。朱伟强网上查询、专家查询2005.4国内气象部门我国气象专家在这方面做过大量的研究工作，并发表了很多的专著和论文

7、，但均是基于气象学理论上的定性分析，无进一步的定量分析成果，难以在工程设计中采用。朱伟强查阅书刊2005.4电力部门西北电力设计院和中南电力设计院曾与气象部门合作，进行过类似研究，也分别建立了数值模型和计算公式，但由于模型和公式中引入参数的局限性及参数取值的有确定性，使二者的使用均有地域限制和外部条件要求，使二者在其它工程中推广。汪艳电话调查2005.4国家建筑结构荷载规范标准GB500092001规范中指出：“关于山区风荷载考虑地形影响的问题，目前能作为设计依据的，最可靠的方法是直接在建设场地进行与邻近气象台站的风速对比观测，但这种做法不一定可行。”对于单独的建筑物是可行的，但对于类似送电线

8、路的工程，因其所跨区域太大，受人力、物力和工期的限制，最不可行的；因此，规范中仅规定了：“应按地形条件对山区风荷载进行修正”，并给出了可参照的修正系数，但修正系数的取值存在较大的任意性，往往为了保险，人为的取大。林敏查阅规范2005.5根据以上调查，我们可以得出这样的结论：目前在进行类似于送电线路工程的设计风速计算时，尚未有准确合理、普遍适用的，考虑了海拔和地形等因素的差异所导致的风速增减变化的数学模型可供应用。究其原因，主要症结有两点：一是建立的数学模型失真；二是没有适合福建沿海地区的数学模型。4 课题目标4.1 目标依据福建省电力电力设计院同意提供专题费用，为开展*回设计风速论证工作创造了

9、条件。经费分析人力条件各级领导非常重视，将优先保证本专题的人员安排。技术条件1) 此项研究理论上已相当成熟，同时有其他单位的探索可供借鉴；2) 原始资料积累较多；3) 与气象部门合作及聘请专家把关，有技术支持。业主要求合理控制造价，500kV电压等级的线路工程均有此要求。普及条件4.2 目标制定气象台站资料气象台站资料地形影响海拔影响使模型适用于福建沿海地区 合理确定工程设计取值目标就是建立考虑海拔和地形等因素影响的数学模型，通过数学模型，将气象台站的风速资料移用到工程点上，合理确定工程点设计取值；同时，建立的数学模型能在其它工程中使用。正如下面的示意图所示：4.3 目标可行性分析根据我们调查

10、收集到的资料，并咨询国内知名的气象专家，水文气象QC小组成员经过反复讨论后认为：基础理论和统计方法已相当成熟，加上费用、设备、人员及工期的保证，只要取得足够多、具有典型代表的实测对比数据，收集完整周边气象台站的几十年实测资料，采用先进的统计手段和正确的相关分析方法，吸取其它单位的经验教训，选择合理的、有充分物理依据的变量因子，结合我们对电力工程设计风速计算要求的了解和气象部门在气象气候方面的专业知识，完成课题目标是可行的。5 分析原因小组针对现状调查中找出的问题的症结：建立的数学模型失真和没有适合福建沿海地区的数学模型进行了进一步分析，并展开了更加深入的讨论，经反复分析论证，确定影响这两个症结

11、点的末端因素有9项之多，详见原因分析并联图。 6 确定主要原因以下为影响症结点的9项因素。6.1 “微地形对风速的影响大小未能定量化”因素的论证最终的数学模型是通过变量因子来体现风速变化的，只有变量因子能科学合理的定量化取值，才能保证数学模型计算结果的准确性。线路中会很多的微地形，若模型中微地形对风速的影响没有定量化，仅是给出定性的取值范围，就会产生因人而异的计算结果，势必在工程设计的具体使用中，为了侧重于安全，人为的将取值取大，忽略工程造价的经济性，也有违我们进行此项工作的初衷。所以，“微地形对风速的影响大小未能定量化”也应作为要因。6.2 “风速随高度的梯度变化”因素的论证气象台站的资料一

12、般都是离地10米高的风速资料，线路设计中要求的是离地15米和20米的风速设计值。各个地区的风速随高度的梯度变化并不相同，精确的参数取值也是问题的关键所在。6.3 “气象台站原始资料的采用不当”因素的论证原始资料准确与否，将直接反映出风速历史上的变化情况，原始资料的采用不当，其代表性将不复存在。各气象台站由于观测年限不一，仪器换型前后不一致，风速仪感应高度不同，很多站还存在迁站问题，从而导致各站资料系列不同及时距不同。可以通过对各站资料进行可靠性、代表性和一致性分析予以解决，在此不作为要因。6.4 “实测点不具备代表性”因素的论证实测点的实测对比资料直接用来分析点与点的风速变化关系，若实测点本身

13、不具备代表性，其反映出的变化关系是不真实的，将使模型模拟结果出现偏差。但这一问题可通过现场踏勘，结合线路沿线的海拔、植被及地形等变化情况和区域气候特征，选择比较典型的地段布置实测点予以克服，所以此项因素也不作为要因。6.5 “实测人员责任心不强”因素的论证风速实测要求持续不断，特别是大风时应加密观测，但北方地区大风多出现在晚上，且仪器电源为农电，经常出现停电，易造成停测和漏测的问题，直接影响取得的实测资料代表性不够。因此，加强实测人员责任心是非常重要的。这一问题通过努力是能解决的，也不作为要因。6.6 “手持风速风向仪使用不当”因素的论证野外风速实测，要求扑捉到大风过程，即应在大风时进行观测。

14、但由于手持风速风向仪为便携式仪器，要求在使用时，用手举高到2m并持续1分钟。而我们在以往的实测中发现，风速较大时，仅靠手的力量很难将仪器固定在准确的高度，且易产生摆动，影响实测数据的准确性；另外，也难以保证操作人员每次站立在同一位置，从而导致下垫面高度的差异。这两个问题可通过设计加工固定支架，在实测时使用固定支架支撑即可解决，所以，此项因素不能作为要因。6.7 “风速仪与对比站安装高度、型号不一致”因素的论证为保证实测资料与对比气象站的观测资料有百分之百的可比性，应使观测站的自记风速仪感应器高度与气象站的风速仪感应器高度保持一致；同时，因仪器的型号不同，其灵敏度也不相同，所以，也应采用型号相同

15、的仪器。对于这一点，在设立对比观测站之前，到选定的对比气象站了解清楚即可消除，因而此项因素不能作为要因。6.8 “仪器设备未进行检定及调试”因素的论证所有使用的气象仪器设备均较灵敏，在使用一段时间后和长时间不使用的情况均会出现偏差。按气象观测规范，所有仪器设备在使用前都必须经过检定，以防止仪器本身产生误差。本专题使用的所有仪器均要求在气象部门购置或租用，同时重新进行检定；同时，仪器安装完毕后，必须按仪器操作手册进行调试。这样即可有效的消除此项因素的影响，故此项因素不能作为要因。6.9 “同工程结合不密切”因素的论证气象部门往往为了追求理论上的完美，忽略工程中实际比较关心的问题，或者是不了解工程

16、设计中设计风速的使用方法，导致建立的数学模型理论上合理，但技术上不可行，无法在工程中实际使用，例如：模型过于复杂，附加有外部条件，且需利用的基础资料量过大等。因此，合作双方之间充分的沟通是必不可少的，也是避免脱离工程实际的有效途径，只需提醒小组成员在与合作单位的合作过程中注意此问题即可很好解决。在此不作为要因。根据以上的分析论证，确认影响工程中设计风速准确性的主要因素是：1) 微地形对风速的影响大小未能定量化2) 风速随高度的梯度变化。7 制定对策小组针对 微地形对风速的影响大小未能定量化和风速随高度的梯度变化两项要因制定出了对策表，并分别提出了解决的措施，详见下表二：表二 对策表序号要因现状

17、对策目标措施地点时间负责人1微地形对风速的影响大小未能定量化变量因子取值仅有定性的范围、任意较大参照前苏联在分析导线覆冰时的思路将变量因子定量化结合本条线路，研究微地形对风速的影响通过大量资料统计分析福建沿海地区风速随高度的变化特性福建省专业气象台2005.8朱伟强2风速随高度的梯度变化风速随高度的梯度变化的参数取值只有一般性的参考值收集大量原始资料进行系统分析得出福建沿海地区具体的参数取值收集风速原始资料进行不同高度的梯度变化分析福建省专业气象台2005.7-8汪艳设计院制表人：汪艳 时间：2005.8.11 第7次小组活动通过8 实施对策按照对策计划措施，我们在*东台莆田500kV回线路工

18、程风速论证过程中予以实施。8.1 实施对策一：微地型对风速的影响分析参加人员：朱伟强、方德火、林敏、汪艳通常，风速的大小取决于气压梯度和地表摩擦力的大小，同时受微地形的影响较大。由于气象台站观测的风速仅代表气象站附近一定范围的特征，平原地区范围大一些，山区、半山区就小一些。一般情况下，若工程位置离气象台站不远，且天气系统、地形、相对高差、植被等动力条件都比较相似，可直接引用气象台站风速资料，若以上条件有明显差异，即由于地形差异过大使观测资料失去代表性，则要进行特定时节和典型地形的实地考察，方能得出反映风速局部变化的主要特征，寻找适当的修正系数，才能使工程沿线设计风速接近真实值。根据本条500k

19、V线路的实际情况，影响设计风速最主要的因子是海拔和地形的差异。因此，从海拔和地形对风速影响的物理成因入手，设立实测点进行海拔变化对比观测，同时按迎风坡、背风、山顶、山脚、河谷、川道、喇叭口、平地、台地等不同地形将地形划分为不同的等级，以开阔平地为基准，确定了每种等级地形的变量取值；还针对类似地形，依据其周边较大范围内的主地形起伏及在迎风向水平距离2km内的高差给出了等级划分标准。经与对策表对照，小组完成了定量化的目标。 8.2 实施对策二：风速随高度的梯度变化研究参加人员：朱伟强、方德火、林敏、汪艳近地层风速随高度的变化符合幂指数的规律，式中为Z高度的风速，为(10米)高度的风速，n为风速幂指

20、数，与下垫面的粗糙度有关。粗糙度增大时，n取值就大。利用近几年在沿海观测的资料计算风速幂指数，归纳如表，由表三可见，我省沿海地区低空的风速幂指数值为0.17-0.19。一般情况下可取0.18。表三风速随高度变化幂指数资料取样地点观测时间风速幂指数n*县坑园镇的颜歧村（可门电厂）2004年1月615日0.188 *热电厂厂址附近的肖下村2004年7月615日0.166 厦门*热电厂厂址2003年7月1826日0.1729石狮*热电厂厂址附近的东店村2003年11月413日0.186*核电站厂址1995年4月16日1997年4月15日0.17859 检查效果9.1 技术结论福建沿海地区低空的风速幂指数值为0.17-0.19。一般情况下可取0.18。这样就将参数的取值范围大大缩小。成果经电力部门和气象部门专家组成的评审小组评审：一致认为该专题研究成果在国内同类型研究中处于领先水平(详见附件一)。该成果的取得，为福建沿海地区低空的风速幂指数的合理取值提供了依据。9.2 社会效果在历时11个月的