解读长沙理工大学 苏盛：考虑台风风速双重不确定性的输电塔基本风速计算方法

台风区基本风速为何难算准

材料指出，气候变化导致台风增强变多，对电力系统安全可靠运行提出严峻挑战。在电力设施抗风设计中，基本风速是高耸电力设施抗风选型的关键参数，关系到设计风荷载取值。500kV、750kV交流输电线路及其大跨越的基本风速重现期取50年一遇，110kV～330kV线路取30年一遇。

问题在于台风区的极值风速具有双重随机性：风速强度随机叠加台风路径随机。台风的极值风速集中在宽约40km的眼壁上，单次台风仅路径两侧约20km内站点测到极值大风，常袭区多数站点也极少记录。实测样本不足，基本风速推算结果易失真，这是台风区与内陆非台风区的根本差别。

现行MLE法在台风区的三类表现

材料以日本九州、四国地区30个站点为例，按风速样本序列分布特征将站点分为三类。第一类样本平稳、波动小，MLE法与耿贝尔图解法结果趋同；第二类存在个别极端样本，MLE法估值偏低，需防范设计风速不足；第三类整体波动大、存在多个极端数据，MLE法估值偏高，需避免过度设防。

这说明同一台风区内不同站点间的极值风速特征差异极大，用单一参数估计方法一刀切，难以适配复杂风环境。

耿贝尔图解法如何修正偏差

材料给出的优化路径是：选取1995—2024年逐年极值，按极值I型Gumbel分布建模，用耿贝尔图解法替代MLE进行参数估计，再以K-S检验与RMSE评价，并进行工程选型校验。

统计校验显示，耿贝尔图解法可有效改善台风区基本风速的高低估偏差。以油津站为例，MLE法基本风速34.35m/s、RMSE为1.3405，耿贝尔图解法为36.06m/s、RMSE降至1.2077；长崎站MLE法30.42m/s、RMSE为2.0880，耿贝尔图解法33.88m/s、RMSE为1.7710。二者均通过K-S检验，且耿贝尔法RMSE更低，统计合理性更优。

风灾易损性曲线做工程校验

统计合理不等于工程合理，材料进一步用非线性静力推覆分析（NSPA）做校验。以220kV SZ1型直线塔为对象，按《国家电网通用输电塔设计》规范以2m/s梯度划分29m/s至39m/s共6种设计风速塔型，逐一构建有限元模型，划分基本完好、中度损伤、重度损伤、倒塌破坏四级性能水准，90°风向角为最不利风向角。

以站点历史最大极值风速为检验荷载，代入两种选型方案的风灾易损性曲线对比抗风差异。这一环节把风速修正从统计层面推进到结构受损概率层面，使选型结论有了工程仿真支撑。

两个站点的选型对比结果

追分站历史最大风速31.4m/s，MLE法基本风速29.99m/s对应选Tower B（31m/s），耿贝尔图解法31.85m/s对应选Tower C（33m/s）。以31.4m/s为检验荷载，经风速修正与选型优化，输电塔在极限风载下的受损状态由重度破坏（39.14%）显著降级为中度破坏（99.86%），有效降低了结构破坏等级。

云仙岳站则相反：MLE法基本风速38.34m/s选Tower F（39m/s），耿贝尔图解法35.38m/s选低一级的Tower E（37m/s）。以33.4m/s为检验荷载，极限风况下受损状态维持近100%中度破坏。在保障同等抗风性能的前提下，有效避免了过度设防，降低了工程建设成本。两个案例一升一降，恰好对应MLE法的低估与高估两种偏差。

风速档位背后的经济账

材料用每公里杆塔基础指标说明基本风速选择的经济分量。以27m/s为100%基准，基本风速升至29m/s时基础钢材指标为120.92%、基础混凝土为113.09%、基坑开方为119.06%；升至39m/s时分别达到236.72%、242.66%、199.82%。

静态投资同样从27m/s时的504.13万元/km升至39m/s时的711.19万元/km，对比百分比达141%。风速每提高一档，杆塔基础与本体投资随之抬升，这正是基本风速估算偏差会直接转化为工程成本或安全风险的原因。

结语与后续方向

材料总结：受台风强度与路径双重不确定性影响，台风区站点极值风速样本离散性较强，历史上仅记录到单次台风过境的站点用MLE法会明显低估，部分站点也会高估；引入耿贝尔图解法可有效提升推算精度，更适配台风区复杂风环境。

展望部分指出，对历史台风反复擦边过境、极值样本极度匮乏的站点，仅靠统计方法仍存在明显局限性，可拓展台风随机路径模拟，从路径与风场模拟维度破解双重不确定性。相关成果已形成论文《台风区输电塔基本风速估算偏差修正及选型校验》，拟发表于《中国电机工程学报》2026年。

这组数据覆盖了MLE低估与高估两种典型情形。芦屋站两法结果几乎一致（22.74m/s与22.77m/s），属于第一类样本平稳站点；油津站、长崎站耿贝尔法结果高于MLE法，对应低估修正；云仙岳站耿贝尔法结果低于MLE法，对应高估修正。 RMSE方面，长崎站从2.0880降至1.7710，追分站降至0.4233，耿贝尔法在多个站点上拟合误差更低。材料同时说明二者均通过K-S检验，因此方法替换并非以牺牲统计检验为代价。

材料用每公里杆塔基础指标和主要经济指标两组表格，量化了基本风速选择的经济分量。基础钢材从27m/s时的17.54t/km升至39m/s时的41.52t/km，基础混凝土从156.43m³/km升至379.59m³/km。 静态投资从504.13万元/km升至711.19万元/km，对比百分比为141%。这意味着风速档位每抬升一级，工程投资随之增加，因此基本风速估算中避免高估与避免低估同样重要：前者关系造价，后者关系抗风安全。