風電機組塔筒傾斜度測量方法探究

周 斌

（大唐定邊風力發(fā)電有限責任公司，陜西 榆林718600）

0 引言

大唐定邊風力發(fā)電有限責任公司在陜西省榆林市定邊地區(qū)規(guī)劃建設風電總裝機容量為700MW，目前已建成投產風電裝機為100MW。隨著風電規(guī)模的不斷擴大，風電機組的安全運行已成為公司安全生產管理中的一件頭等大事。由于風場地處毛烏素沙漠南緣，地質為濕陷性黃土，風電機組基礎的安全穩(wěn)定成為了風場運行監(jiān)測中一個重要環(huán)節(jié)。風電裝機不斷增加，風機基礎水平度測量的工作量也在逐年增加，而目前也沒有更可行的辦法。為探索一種簡便可靠的測量手段，我們正做出積極嘗試，試圖研究和開發(fā)一種風機基礎測量裝置，目前處于試驗論證階段。

1 存在的問題

現在大部分風電場對風機基礎的測量停留在以風機基礎預留基準點為基礎的測量上，而我國大部分風場都建在風沙較大的地方或沿海潮濕和鹽堿較重的地方，這些地方的風機基礎預留基準點很容易磨損，進而影響測量的準確性，更有早期的風場甚至沒有安裝基準點，而后期立的基準點僅能反映后期沉降，并不能全面反映風機自安裝以來的累計沉降量。并且現在的測量方法需要專業(yè)人員進行，這對風電場也是一筆不小的開銷。此外，目前各個風電公司規(guī)模在不斷擴大，風機數量也與日俱增，繁瑣的傳統(tǒng)測量方法和只有專業(yè)人員可以使用掌握的測量裝置也無形中大大增加了各個風電場在此項工作上的工作量。

2 解決方案

2.1 設計思路

我們變換了一種角度，改為對風機基礎的不均勻沉降進行測量，也就是對風機基礎環(huán)的水平度進行測量。風機基礎環(huán)的水平度是風機安裝前必須測量的一個重要參數，基礎環(huán)是直接承載風機上層結構的基礎，而風機基礎的沉降直接反映為基礎環(huán)水平度的變化，因此基礎環(huán)水平度的變化能反映風機傾斜程度。鑒于此，我們通過對一種風機地基測量裝置的開發(fā)與應用，來解決現有技術導致的上述多項缺陷和不足。

2.2 風電機組塔筒傾斜度測量裝置機構說明

這種風機地基測量裝置包括1個圓盤、1個主激光發(fā)射器和3個輔助激光發(fā)射器，圓盤的邊緣部分等間距設置3個輔助激光發(fā)射器，輔助激光發(fā)射器的發(fā)射頭垂直于圓盤設置，圓盤的中心位置豎直向上設有主激光發(fā)射器，主激光發(fā)射器的發(fā)射頭豎直向上設置，所述圓盤的底部設有三角支撐架，三角支撐架包括3根支撐柱，支撐柱為伸縮結構，包括頂柱和底柱，底柱內設有凹槽，頂柱在凹槽內滑動連接，底柱內設有升降裝置，激光發(fā)射器和三角支撐架分別與圓盤可拆卸連接，還配套設有1個盒體，放置圓盤、激光發(fā)射器和三角支撐架。

測量裝置結構示意圖如圖1所示，俯視圖如圖2所示；支撐柱結構示意圖如圖3所示；盒子結構示意圖如圖4所示。

圖" 測量裝置結構示意圖

圖- 測量裝置結構俯視圖

圖* 支撐柱結構示意圖

圖. 盒子結構示意圖

3 風電機組塔筒傾斜度測量裝置工作原理

這種風機基礎測量裝置是利用基礎環(huán)和塔筒接縫作為測量的基礎，需要用到的主要裝置為4個激光發(fā)射器，將3個輔助激光發(fā)射器水平固定在1個圓盤上面，將圓盤固定在1個三角支撐架上面，通過調節(jié)三角支撐架3個支撐柱的長度，使3束激光都達到基礎環(huán)與上節(jié)塔筒連接的縫隙處，繼續(xù)微調使激光束的中心與縫隙中心重合，這樣圓盤所處的平面就是基礎環(huán)上被激光所照3點所處的平面。然后在圓盤上放置主激光發(fā)射器，主激光發(fā)射器發(fā)射的激光和圓盤垂直，調節(jié)激光發(fā)射器在圓盤上面的位置，使激光穿過在塔筒平臺上面的小孔，且盡量與小孔同心。

從塔筒平臺的小孔中豎下一個鉛垂線，鉛垂線直豎到與圓盤剛剛接觸，測量鉛垂線與圓盤接觸點與激光發(fā)射器中心點的距離L1，然后再測量鉛垂線的長度L2，根據三角函數tanα＝L1／L2，角度α＝arctanL1／L2，這樣便能方便快捷地查出塔筒傾斜的情況。在激光發(fā)射器的中心放上一個坐標系，通過指南針找到方向，即可知道塔筒傾斜的方向。通過上述方法反復轉動支架尋找不同的基礎環(huán)上面的點來測量，可使測量結果更加準確。

目前該測量辦法的主要影響因素為環(huán)境因素，公司風場所處地域年平均風速均在6m／s以上，無風天氣少。風速超過5.5m／s后，塔筒的擺動將影響測量精度。

4 結語

通過和傳統(tǒng)測量工藝以及當下行業(yè)內其他類型測量裝置的比對，本文所述裝置具有數據穩(wěn)定性、可信度高，誤差小，對操作人員要求不高，結構簡單、操作簡便，體積小、重量輕、便于攜帶等優(yōu)點。一旦優(yōu)化完善工作結束，投入實際應用后，將實現風電場對風電機組塔筒傾斜度監(jiān)控的自行測量，既可以保證測量頻次，也可以為企業(yè)節(jié)約每年因該項工作外委所支付的一筆不小的開支。