高寒地区某风电场风机基础设计

522电力与能源第34卷第5期2013年1O月高寒地区某风电场风机基础设计佘鸿翔成都勘测设计研究院，成都610072摘要某风电场工程场址位于高寒地区，冬季时霜冻天气最低气温达到一30C，其基础底面可埋置在设计冻深范围之内。针对场地深季节性冻土基础及低温型机组荷载特点，选取合理的基础持力层，并严格按相关规范要求进行计算分析，确定了风机基础方案。由计算结果可知，该基础设计完全满足相关规范要求。关键词风电场；深季节性冻土；低温型机组；风机基础中图分类号TM614文献标志码A文章编号20951256201305052203FUNDAMENTALDESIGNOFAWINDFARMINALPINECOLDREGIONSHEHONGXIANGHYDROCHINACHENGDUENGINEERINGCORPORATION，CHENGDU610072，CHINAABSTRACTTHEWINDFARMPROJECTSITEISLOCATEDINTHEALPINECOLDREGIONANDTHELOWESTTEMPERATUREREACHED一3ODURINGFROSTSINWINTER。THEFOUNDATIONBOTTOMCANBEEMBEDDEDINTHEDESIGNFREEZINGDEPTHRANGEASTHEREASONABLEBEARINGSTRATUMISDETERMINEDBYTHEDEEPSEASONALFROZENGROUNDFOUNDATIONANDLOWTEMPERATUREUNITLOAD，AFUNDAMENTALPROGRAMHASBEENESTABLISHEDACCORDINGTOTHECALCULATIONWHICHUSEDTHERELEVANTSPECIFICATIONSTHECALCULATIONRESULTSSHOWTHATTHEFUNDAMENTALDESIGNFULLYMEETSTHERELEVANTSPECIFICATIONSKEYWORDSWINDFARM；DEEPSEASONALFROZENGROUND；LOWTEMPERATUREWINDTURBINE；FOUNDATIONOFWINDTURBINE1工程概况某风电场工程场址位于哈萨克斯坦北部山区，海拔高度为14001500FI1。风电场场区地形较平坦，植被覆盖差，周边属人类活动较为稀少地区，场址附近现有简易道路，场外交通较好。根据GBT187102O02风电场风能资源评估方法，风电场风能资源条件较好，判定该风电场风功率等级为4级，属风能资源较好的区域。风电场计划安装2O台1500KW的风力发电机，总装机容量为30MW。2气候及地质条件风电场工程场址年平均气温为45，冬季霜冻天气最低气温达到一3O，并伴有较强烈的暴风雪。年平均降水量可达8001000INM。根据勘探发现，工程区地层岩性简单，主要由第四系残坡积物及第三系地层组成，其特征由新到老描述如下1第四系为碎石土灰褐、褐黄色，稍密，碎石含量一般为5O70，碎石为灰岩风化残积形成。层厚12M，最深达3M。2第三系为灰岩与泥质灰岩灰岩灰褐色、黄褐色，中厚至厚层状，碎屑结构，块状构造，属较硬岩至坚硬岩，岩层产状为NW45。NE5。岩石内多溶蚀形成的孔洞，孔径为15MITL。全场地均有分布，厚度大于2OITI。根据风化程度不同分为强风化、中等风化两个亚层。泥质灰岩灰褐色、棕褐色，薄层至中厚状，碎屑结构，块状构造，属较软岩至较硬岩。岩石内多溶蚀孔洞，孔径为15MM。一般以夹层或互层状形式分布在中风化灰岩中，厚度为46M，最厚达11RN。根据现场工程地质调查及室内土工试验，结合中国类似风电场工程经验，提出风电场地基土物理力学参数建议值，见表1。根据现场季节冻结标准深度统计数据可知，碎石土冻深为221RN，全风化和强风化岩石冻深为268ITI，因此风电场工程场址属于深季节冻土地区E3。余鸿翔高寒地区某风电场风机基础设计523表1岩土物理力学参数建议值承载力标准值重度Y变形模量抗剪强度地层名称及编号状态KKPAKNRN一3EO6PACIKPAD。1015MPA碎石土25030021202022压缩模量ES强风化140060025115253035灰岩中等风化Z6001O0026233O3545泥质灰岩。30050024115222530风电场工程区的抗震设防烈度为度，按有关规范和工程类比并考虑到工程场地地质条件的复杂性、工程的规模及安全，场址区的地震动参数取值为50年超越概率10的地震动峰值加速度为010G，相应地震基本烈度为度，地震动反应谱特征周期取040S4。3风力发电机荷载为适应当地极端气候条件，风力发电机采用低温型机组，最低运行温度为一3O，最低生存温度为40C。由于考虑到冰冻影响，其荷载大于普通型机组。风力发电机上部结构传至塔筒底部的正常运行荷载、极端荷载和疲劳荷载的内力标准值如表2所示嘲。表2上部结构传至塔筒底部的内力标准值径向力铅垂向力径向弯矩铅垂向弯矩工况名称FKNFKNKNMKNM正常运行荷载28421219134244283L7O13极端荷载一5696324913L24447267265多遇地震455942O9319293252017012罕遇地震L35406I57812845024717017疲劳荷载上限1892321998434005262542疲劳荷载下限6527216185204855509634风机基础设计风电场工程场址属于深季节冻土地区，根据JGJL182OLL冻土地区建筑地基基础设计规范规定，基础底面可埋置在设计冻深范围之内。结合风机基础尺寸，基础埋置深度采用不小于设计冻深，风电机组基础主要持力层为强风化基岩。风机基础采用现浇钢筋混凝土浅埋基础，其基础型式为圆形独立扩展基础L_6。风机基础由上、下两部分组成，上部结构为圆柱体，下部为圆台体，基础上部结构圆柱体高度为1M，高出平整地面02M，直径751TI；基础下部结构为直径160M的圆台形钢筋混凝土独立基础，基础底板外缘高度10M，下部圆台总高度22M，基础埋置深度30IIL。风机基础混凝土强度等级采用C35，基底下部设02NL厚的C20混凝土垫层。风电机组基础计算采用北京木联能软件技术有限公司与中国水电工程顾问集团公司联合开发的CFD风电工程软件机组风机地基基础设计软件进行。该软件的编制满足FDOO32OO7风电机组地基基础设计规定试行、GB5072OL1建筑地基基础设计规范、GB500092001建筑结构荷载规范2006年版、GB50011201O建筑抗震设计规范、GB500102010混凝土结构设计规范等现行规范的要求。1各计算工况下，风电机组基础底面脱开面积比的计算成果见表3。表3风电机组基础底面脱开面积比工况名称偏心距偏心距底板半径允许最大比值正常运行荷载125201560250极端荷载318603980430多遇地震1783022302502各种工况下，风电机组基础地基承载力的计算成果见表4。表4风电机组基础地基应力计算KPA平均应力承载力最大应力工况名称12FA声KPK正常运行荷载81162400000L31951480000极端荷载8O315400000220017480000多遇地震807446000001527307200O03各种工况下，风电机组基础地基沉降和倾斜变形的计算成果见表5。表5风电机组基础地基沉降值和倾斜率计算沉降量允许沉降量允许倾工况名称倾斜率斜率正常运行荷载00041OO000000005极端荷载0003LOO000000005多遇地震0004100000000005524余鸿翔高寒地区某风电场风机基础设计4各种工况下，风电机组基础地基抗滑和抗倾覆稳定计算成果见表6。表6风电机组基础地基抗滑和抗倾覆稳定计算抗滑计算抗滑允许抗倾覆计算抗倾覆允许工况名称安全系数安全系数安全系数安全系数正常运行荷载4642113612516极端荷载工况1481213241116多遇地震工况3337413429816罕遇地震工况121581O16401O从以上计算结果可以看出，风电机组基础在计算各工况下地基承载力、基础不均匀沉降量、倾斜率、基础底面抗滑及抗倾覆稳定安全系数均满足规范要求。经过程序验算基础裂缝、抗剪、抗冲切、疲劳等均满足规范要求。5排水及施工措施为减少地基土冻胀性的影响，防止施工和使用期间的雨水、地表水、生产废水和生活污水浸入地基的排水设施；在坡地或山区应设置截水沟或在建筑物周边设置暗沟，以排走地表水和减小和消除法向冻胀力。基础回填采用用非冻胀性的粗颗粒土。6结论1在高寒深季节冻土地区，风电机组采取圆形独立扩展基础，并将基础底面埋置于设计冻深以下，不仅简单可行，而且基础设计完全满足相关规范要求。2低温型风力发电机荷载较大，需要适当加大基础尺寸才能满足设计要求。3为减少地基土冻胀性对基础的影响，应做好排水及回填设计。参考文献1水电水利规划设计总院FDOO320O7风电机组地基基础设计规定试行S北京中国水利水电出版社，2OO7E2黑龙江省寒地建筑科学研究院JGJL182O11冻土地区建筑地基基础设计规范S北京中国建筑工业出版社，2O11E3王民浩中国风电技术发展研究报告R北京中国水利水电出版社，20084王浩，王炽欣风电场风力发电机组塔架基础设计研究EJ电网与清洁能源，2008，24945495朱艳艳，陈永安，姜林，等WTF软件风电机组圆形扩展基础配筋计算EJ电网与清洁能源，2010，26864686沈永强，戴双庆海拉尔小良风电场风机基础设计FJ山西建筑，2O1O，363593947胡小舟，王兴利高寒地区混凝土冬季施工技术FJ电力建设，2008，291O7274收稿日期2O130627作者简介余鸿翔1981一，男，工程师，硕士研究生，从事岩土工程设计工作。责任编辑赵艳粉上接第522页特征和等效模型，认为同步发电机的故障特征最为突出，具有代表性，因此将其作为分布式电源接入电网的等效模型。在此基础上，结合实际的算例，通过分析和PSCAD仿真，研究了分布式电源接人配电网之后，对传统三段式电流保护和自动重合闸的影响，进一步提出将距离保护应用于分布式电源接入的配电网，并通过具体算例进行仿真，结果表明将距离保护应用于分布式电源接入的配电网具有可行性，可以有效解决三段式保护灵敏度下降和误动的问题。参考文献1梁有伟，胡志坚，陈允平分布式发电及其在电力系统中的应用研究综述J电网技术，2003，27127475，RREEL高飞翎，蔡金锭分布式发电对配电网电流保护的影响分析J电力科学与技术学报，2008，2335960E37谢昊，卢继平重合闸在分布式发电条件下的应用分析J重庆大学学报自然科学版，2007，30230334王成山，李鹏分布式发电系统仿真理论与方法EJ电力科学与技术学报