貴州盤縣四格風電場二期工程風機基礎設計

鐘輝++胡輝++程淑芬

摘 要：貴州盤縣四格風電場規劃裝機容量為2×47.5+40MW，分三期開發建設，二期工程開發容量為47.5MW，場址位于盤縣四格鄉坡上草原牧場。本工程采用單機容量2500kW的發電機組，截至2011年，本工程是目前國內已建成并運行發電的最大單機容量的發電機組，風機基礎的設計克服高原喀斯特巖溶山區及特殊的凝凍天氣環境，結合工程實際特點，在傳統的結構設計基礎上，利用不同的軟件進行擬合分析，提出最優的設計成果。

關鍵詞：貴州 已建國內單機容量最大機型風電場 四格風電場二期工程 風機基礎設計

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0081-01

1 前言

1.1 概述

貴州盤縣四格風電場規劃裝機容量為2×47.5+40 MW，分三期開發建設，二期工程開發容量為47.5 MW，場址位于盤縣四格鄉坡上草原牧場。風電場呈南北向長條形，高程在2200～2780 m之間，場區地勢東高西低，地形為緩斜坡，較為開闊，場區內以草坡地為主。風電場距盤縣、六盤水市、貴陽市的直線距離分別為約59 km、50 km、211 km，對外交通較為方便。風電場以一回110 kV出線接入盤縣柏果110 kV變電站，接入電力系統條件較好，地理位置較優越。

1.2 風能資源

為開發貴州盤縣四格的風能資源，在風電場區域內，先后設立了10座不同高度的測風塔進行測風等氣象觀測，其中70 m高度的測風塔4座，40 m高度的測風塔5座，10 m高度的測風塔1座，測量參數包括風速、風向、氣溫和氣壓等。

70701#、70702#、70703#、70704#4座70 m高度測風塔的70m高度年平均風速分別為4.79 m/s、6.40 m/s、4.02 m/s、6.94 m/s，相應風功率密度分別為115.1W/m2、284.4W/m2、73.5W/m2、299.3W/m2，空氣密度分別為0.920 kg/m3、0.915 kg/m3、0.965 kg/m3、0.952 kg/m3。

場區北部70701#測風塔全年主導風向及風能密度最大分布方向均為WSW，場區中部70702#測風塔全年主導風向及風能密度最大分布方向均為SW，場區南部70704#測風塔全年主導風向及風能密度最大分布方向均為SSW。風電場區域以西南風為主。

2 風機基礎設計

2.1 設計條件

四格風電場二期工程屬亞熱帶高原性濕潤季風氣候區，年降雨量1200～1500 mm，年平均日照1100 h，年平均氣溫12.3～15.2 ℃，平均相對濕度80%，無霜期230～300 d。

工程區大地構造單元屬黔北臺隆，六盤水斷陷，普安旋扭構造變形區。地震動峰值加速度為0.05 g，相應的地震基本烈度為Ⅵ度，區域構造穩定性好，屬于簡單場地（三級場地），相應的地基等級為簡單地基（三級地基）。

工程區位于一級夷平面臺地上，地形整體向西緩傾，淺切沖溝系統較發育，地形較完整。基巖為二疊系峨眉山玄武巖組（P2β）塊狀拉斑玄武巖、玄武巖。場區無斷層發育，無大型的卸荷危巖體、崩塌、滑坡、泥石流等不良地質現象分布，環境類別為Ⅱ類，場區一月份平均氣溫2.6 ℃，屬于不凍區。

工程區覆蓋層表層為厚10～50 cm的耕植土，上部為可塑狀紅粘土，下部為全風化的碎石夾粘土層。基巖為二疊系上統峨眉山玄武巖組（P2β）玄武巖。無粉細沙土層分布，不存在地震地基液化的問題，環境水和土對鋼筋混凝土無腐蝕性。

2.2 基礎設計

風機塔架屬于高聳結構，風電機組具有承受360°方向重復荷載和大偏心受力的特殊性，對地基基礎的穩定性和變形要求高，基礎所承受上部的水平荷載和傾覆力矩較大，應按大塊體結構設計。根據基礎設計的一般原則，在滿足上部結構荷載要求的前提下，宜優先采用型式簡單、施工難度不大、造價較低的淺基礎。

由于覆蓋層及風化層厚度不同，擴展基礎的深度及持力層需要根據風機所在位置的具體情況來確定。各臺風機基礎的具體型式要根據風機場地地層分布情況和土層物理力學特性分別確定。結合場址區工程地質條件，風機廠家提供的基礎型式，風電場風機基礎采用重力式現澆鋼筋混凝土擴展基礎。

2.3 成果復核

根據以上計算結果，采用ansys進行復核分析，可對風機基礎進行優化設計，建立三維有限元模型，采用10節點四面體單元（SOLID92）劃分網格，模型共有131905個單元，192246個節點。混凝土單元具有以下材料特性：彈性模量：E=2.907E10 Pa，泊松比：μ=0.2，鋼筋混凝土簡化為線彈性材料。建立模型見圖3。

為模擬土對基礎的變形約束，在基礎底部設置Z向的受壓非線性彈簧使用彈簧單元來模擬土壤對基礎的被動土壓力作用，彈簧單元特性根據土壤的巖土性質確定；均布載荷來模擬土壤對基礎的主動土壓力作用；由無限剛度梁單元組成的輔助結構對基礎施加載荷（來自風機的載荷），使用此結構可用于模擬上部載荷通過基礎環傳遞給基礎承臺頂部，耦合的彎矩，水平力和軸力施加在輔助結構的中點。

2.4 設計結論

根據以上計算成果進行分析，貴州盤縣四格風電場二期工程風機基礎設計采用圓形鋼筋混凝土擴展基礎，圓型擴展基礎底板直徑18.5 m，翼緣高度1.0 m；上部臺柱直徑5.4 m，臺柱高度0.95 m；基礎埋深3.6 m，開挖邊坡1：0.3。基底鋪150 mm厚C20素混凝土墊層，墊層上澆筑主體基礎鋼筋混凝土，強度等級C40。單臺風機基礎開挖量為1277 m3，回填量為785 m3，C40混凝土量為495 m3，C20混凝土量為44 m3，鋼筋量為51.5 t。

3 結語

貴州盤縣四格風電場二期工程采用風機機型是目前國內已建成風電場的單機容量最大的發電機組。

風機基礎的設計，先利用中國水電顧問集團北京木聯能軟件技術有限公司開發的《CFD-風力發電機組塔架地基基礎設計軟件V4.4版》進行風機基礎尺寸的初步設計，再根據ansys有限元軟件進行復核分析并擬合，有效的把握經濟性和安全性。

風電場風機基礎的設計應根據工程地質條件、實際空氣密度下選用機型的荷載條件、風資源情況及不同地區水文氣象條件，考慮發電機組安全穩定運行的前提下，提出最合理的設計尺寸。在下一步的工程設計中應加強與工程現場實際情況相結合，對風機基礎的設計進行

適時修改完善，以達到更好的安全穩定運行狀態的目的。

參考文獻

[1] 貴州盤縣四格風電場二期工程可行性研究報告[R].2011-10.

[2] 李承宇，王會陽，晁兵，等.風力發電設備防腐涂裝[J].電鍍與涂飾，2011（6）：70-72.

[3] 王鳳云，王輝.國內外海上風電場現狀及其基礎設施研究[C]//第十三屆中國科協年會第13分會場-海洋工程裝備發展論壇論文集，2011.endprint