風力發電場風機變形監測研究

滕征東（遼寧博昊土地科技發展有限公司，沈陽 110031）

風力發電場風機變形監測研究

滕征東
（遼寧博昊土地科技發展有限公司，沈陽 110031）

伴隨現代對綠色清潔能源的關注，風力發電技術逐步成熟，同時由于風電機組在使用過程中受內外因素的影響，存在傾斜、倒塌等風險，形成對機械部件、周邊建筑的安全隱患。本文以風力發電場風機變形監測作為研究重點，從沉降監測、垂直度觀測的角度，對其施測標準、作業方式進行闡述分析，對有效掌握風機變形特征、研究其變形監測機理，具有重要參考意義。

風力發電場；風機沉降監測；塔筒垂直度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.16.159

0　引言

當前國內清潔能源、綠色低碳發展理念日益深入，以風力發電、太陽能發電為代表的新型能源產業迅速推廣，2015年底我國已建成并投入并網發電的風電裝機容量為145104MW，極大促進了高效、安全、可持續的能源發展。加強風電場風機變形監測，利用風力發電場風機基礎沉降、塔筒垂直度觀測工作，把握建筑物的實際性狀，通過科學、正確、及時的分析和預告風電場工程建筑物的變外形況，有助于加強對風機施工和運營管理，提升風機發電的安全性。

1　沉降觀測內容及要求

風機場地沉降監測工作，依照Ⅱ等水準觀測的原則開展，數據采集時采用國產DS05級南方測繪DL2003電子水準儀和2m銦鋼水準尺。數據采集采用往返觀測、偶數進站的形式，盡量消除尺端誤差與球氣差影響，初期數據應雙次觀測，當滿足限差要求時，求前后兩次的觀測數值作為均值；每次觀測要選擇光線適中良好的時段，若光線過強，則采用遮傘的方式適當遮蔽強光，并保證視距長度在30m以內；線路應采用閉合環或附合水準線路的形式，增加檢核條件，針對出現誤差較大的區段，應及時重測。

水準環線測量時，以距離風機基礎最近的工作基準點為起算點，包括基礎的沉降觀測點在內布設成閉合網狀或附合線路（部分沉降點按間視點處理），按照二級水準觀測的技術要求，采用電子水準儀配合銦鋼條碼尺進行觀測，觀測成果采用“清華山維”進行平差計算，得出各沉降觀測點高程，然后對比前后兩次高程，得到沉降量。在沉降觀測作業中，嚴格執行規范，在標尺分劃線成像清晰和穩定的情況下進行觀測。

當處于早、晚等球氣差較大的光線環境時，應盡量避免觀測，觀測采用水準路線往返觀測，沉降觀測采用固定儀器、固定人員、固定測站、固定后視的“四固定”原則，以后每次觀測都采用上述的觀測程序。每次觀測結束后，仔細計算出前后兩次的沉降量及總沉降量，并將沉降結果以報告形式提供給甲方，以方便甲方及早根據觀測成果做出相應決策。

2　垂直度觀測方法

針對風機塔筒存在不便于攀爬、反射照準設備安置困難等特點，關于塔筒的垂直度傾斜觀測，多采用角度測定的方式，采集其角度與距離，進而求解水平位移量。由于風機塔筒非剛性建筑具有一定的韌度，在風機運轉過程中風機塔筒會有規律性的振動，水平角觀測時應進行多次觀測找出振動規律，提高觀測精度。

關于測站的選定上，應在風機塔筒至少架設2站，且確保每測站均可同時測定主體頂端與底端，假定風機塔筒高度為D，則測站點距離塔筒底部中心點間距為1.5D-2D為宜，即可獲得較高的觀測精度，又可測定適宜的方位角度。因受限于風機觀測環境的制約，關于測站點位的選擇方法如下：

2.1軸線設站法

軸線設站法是傾斜測量的首選方案，指兩個測站要分別設在過塔底中心的相互垂直的兩坐標軸線上，這里所謂的坐標軸線是指如地理坐標系的南、北軸線，國家坐標系的X ，Y 軸線，工程坐標系的N ，E軸線，施工系統的縱、橫軸線等。具體情況視需要（ 傾斜方向參考系） 而定。

采用軸線設站的方式，多為沿塔底中線的正交垂直方向的軸線，常見的坐標軸線通常包括基于國家坐標系的XY軸線、施工坐標系的縱橫軸等，構建坐標參考方向線，可根據風場現場條件具體確定，是開展塔筒垂直度觀測的首選方案。

2.2正交設站法

數據采集過程中，若在軸線方向難以布設觀測站點，則可采用正交設站的方式來確定，以風機塔筒中心連線為依據，在其連線正交方向上架設觀測站點，該方式相對靈活，無需架設于相關軸線，但要求測站連線與軸線正交。

2.3任意設站法

當軸線設站與正交設站均難以適用時，可采用任意測站（自由設站）的形式，根據現場條件進行測站布設，使得對測站點夾角為任意角度，一般實際測繪中考慮矢量合成因素，夾角控制在60°-120°為宜。觀測時，首先測定兩個或以上相關已知控制點，根據空間后方交會的方法，利用相關的距離與角度，測定求解出測站點坐標的過程；然后利用側方交會的形式測定相關的監測點坐標數據，進而實現對風機塔筒的位移求解測定。

3　結語

本文在分析風力發電場風機變形監測的重要性的基礎上，闡述了利用水準開展場地沉降監測，以及采用軸線、正交與任意設站的形式采集水平位移矢量的相關方法，可有效控制了風機在運行中的安全事故，在近年的監測任務中及時有效的為業主方提供了大量可靠的數據，并及時預警了一座風機的不均勻沉降所存在的傾斜隱患，通過預警業主及時對風機進行了處理，避免了重大安全生產事故的發生，有助于提升風力發電的工作效能。

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滕征東（1979-），男，現為遼寧博昊土地科技發展限公司經理，從事地籍測繪、工程測量等相關管理工作。