贵州盘县四格风电场二期工程风机基础设计

钟辉++胡辉++程淑芬

摘 要：贵州盘县四格风电场规划装机容量为2×47.5+40MW，分三期开发建设，二期工程开发容量为47.5MW，场址位于盘县四格乡坡上草原牧场。本工程采用单机容量2500kW的发电机组，截至2011年，本工程是目前国内已建成并运行发电的最大单机容量的发电机组，风机基础的设计克服高原喀斯特岩溶山区及特殊的凝冻天气环境，结合工程实际特点，在传统的结构设计基础上，利用不同的软件进行拟合分析，提出最优的设计成果。

关键词：贵州 已建国内单机容量最大机型风电场 四格风电场二期工程 风机基础设计

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0081-01

1 前言

1.1 概述

贵州盘县四格风电场规划装机容量为2×47.5+40 MW，分三期开发建设，二期工程开发容量为47.5 MW，场址位于盘县四格乡坡上草原牧场。风电场呈南北向长条形，高程在2200～2780 m之间，场区地势东高西低，地形为缓斜坡，较为开阔，场区内以草坡地为主。风电场距盘县、六盘水市、贵阳市的直线距离分别为约59 km、50 km、211 km，对外交通较为方便。风电场以一回110 kV出线接入盘县柏果110 kV变电站，接入电力系统条件较好，地理位置较优越。

1.2 风能资源

为开发贵州盘县四格的风能资源，在风电场区域内，先后设立了10座不同高度的测风塔进行测风等气象观测，其中70 m高度的测风塔4座，40 m高度的测风塔5座，10 m高度的测风塔1座，测量参数包括风速、风向、气温和气压等。

70701#、70702#、70703#、70704#4座70 m高度测风塔的70m高度年平均风速分别为4.79 m/s、6.40 m/s、4.02 m/s、6.94 m/s，相应风功率密度分别为115.1W/m2、284.4W/m2、73.5W/m2、299.3W/m2，空气密度分别为0.920 kg/m3、0.915 kg/m3、0.965 kg/m3、0.952 kg/m3。

场区北部70701#测风塔全年主导风向及风能密度最大分布方向均为WSW，场区中部70702#测风塔全年主导风向及风能密度最大分布方向均为SW，场区南部70704#测风塔全年主导风向及风能密度最大分布方向均为SSW。风电场区域以西南风为主。

2 风机基础设计

2.1 设计条件

四格风电场二期工程属亚热带高原性湿润季风气候区，年降雨量1200～1500 mm，年平均日照1100 h，年平均气温12.3～15.2 ℃，平均相对湿度80%，无霜期230～300 d。

工程区大地构造单元属黔北台隆，六盘水断陷，普安旋扭构造变形区。地震动峰值加速度为0.05 g，相应的地震基本烈度为Ⅵ度，区域构造稳定性好，属于简单场地（三级场地），相应的地基等级为简单地基（三级地基）。

工程区位于一级夷平面台地上，地形整体向西缓倾，浅切冲沟系统较发育，地形较完整。基岩为二叠系峨眉山玄武岩组（P2β）块状拉斑玄武岩、玄武岩。场区无断层发育，无大型的卸荷危岩体、崩塌、滑坡、泥石流等不良地质现象分布，环境类别为Ⅱ类，场区一月份平均气温2.6 ℃，属于不冻区。

工程区覆盖层表层为厚10～50 cm的耕植土，上部为可塑状红粘土，下部为全风化的碎石夹粘土层。基岩为二叠系上统峨眉山玄武岩组（P2β）玄武岩。无粉细沙土层分布，不存在地震地基液化的问题，环境水和土对钢筋混凝土无腐蚀性。

2.2 基础设计

风机塔架属于高耸结构，风电机组具有承受360°方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性和变形要求高，基础所承受上部的水平荷载和倾覆力矩较大，应按大块体结构设计。根据基础设计的一般原则，在满足上部结构荷载要求的前提下，宜优先采用型式简单、施工难度不大、造价较低的浅基础。

由于覆盖层及风化层厚度不同，扩展基础的深度及持力层需要根据风机所在位置的具体情况来确定。各台风机基础的具体型式要根据风机场地地层分布情况和土层物理力学特性分别确定。结合场址区工程地质条件，风机厂家提供的基础型式，风电场风机基础采用重力式现浇钢筋混凝土扩展基础。

2.3 成果复核

根据以上计算结果，采用ansys进行复核分析，可对风机基础进行优化设计，建立三维有限元模型，采用10节点四面体单元（SOLID92）划分网格，模型共有131905个单元，192246个节点。混凝土单元具有以下材料特性：弹性模量：E=2.907E10 Pa，泊松比：μ=0.2，钢筋混凝土简化为线弹性材料。建立模型见图3。

为模拟土对基础的变形约束，在基础底部设置Z向的受压非线性弹簧使用弹簧单元来模拟土壤对基础的被动土压力作用，弹簧单元特性根据土壤的岩土性质确定；均布载荷来模拟土壤对基础的主动土压力作用；由无限刚度梁单元组成的辅助结构对基础施加载荷（来自风机的载荷），使用此结构可用于模拟上部载荷通过基础环传递给基础承台顶部，耦合的弯矩，水平力和轴力施加在辅助结构的中点。

2.4 设计结论

根据以上计算成果进行分析，贵州盘县四格风电场二期工程风机基础设计采用圆形钢筋混凝土扩展基础，圆型扩展基础底板直径18.5 m，翼缘高度1.0 m；上部台柱直径5.4 m，台柱高度0.95 m；基础埋深3.6 m，开挖边坡1：0.3。基底铺150 mm厚C20素混凝土垫层，垫层上浇筑主体基础钢筋混凝土，强度等级C40。单台风机基础开挖量为1277 m3，回填量为785 m3，C40混凝土量为495 m3，C20混凝土量为44 m3，钢筋量为51.5 t。

3 结语

贵州盘县四格风电场二期工程采用风机机型是目前国内已建成风电场的单机容量最大的发电机组。

风机基础的设计，先利用中国水电顾问集团北京木联能软件技术有限公司开发的《CFD-风力发电机组塔架地基基础设计软件V4.4版》进行风机基础尺寸的初步设计，再根据ansys有限元软件进行复核分析并拟合，有效的把握经济性和安全性。

风电场风机基础的设计应根据工程地质条件、实际空气密度下选用机型的荷载条件、风资源情况及不同地区水文气象条件，考虑发电机组安全稳定运行的前提下，提出最合理的设计尺寸。在下一步的工程设计中应加强与工程现场实际情况相结合，对风机基础的设计进行

适时修改完善，以达到更好的安全稳定运行状态的目的。

参考文献

[1] 贵州盘县四格风电场二期工程可行性研究报告[R].2011-10.

[2] 李承宇，王会阳，晁兵，等.风力发电设备防腐涂装[J].电镀与涂饰，2011（6）：70-72.

[3] 王凤云，王辉.国内外海上风电场现状及其基础设施研究[C]//第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集，2011.endprint