《海冰地区海上风电场设计导则》

ICS27.180

P61

备案号：Jxxxx－202xNB

中华人民共和国能源行业标准

PNB/TXXXXX-202X

海冰地区海上风电场工程设计导则

DesignGuidelineforOffshoreWindPowerProjectswithSeaIce

202X-XX-XX发布202X-XX-XX实施

国家能源局发布

1

国家能源局

公告

202×年第×号

依据《国家能源局关于印发<能源领域行业标准化管理办法（试行）>及实施细则的

通知》（国能局科技〔2009〕52号）有关规定，经审查，国家能源局批准《×××××

×》等××项行业标准，其中能源标准（NB）××项、能源/石化标准（NB/SH）××

项、电力标准（DL）××项、石油标准（SY）××项，现予以发布。

附件：行业标准目录

国家能源局

202×年×月×日

附件：

行业标准目录

代替标采标

序号标准编号标准名称批准日期实施日期

准号

…

NB/T海冰地区海上风电202×-××-×

×××202×-××-××

×××××-202×场工程设计导则×

…

2

前言

根据《国家能源局综合司关于下达2019年能源领域行业标准制（修）订计划及英

文版翻译出版计划的通知》（国能综通科技〔2019〕58号）的要求，规范编制组经广泛

调查研究，认真总结实践经验，参考有关国内外先进标准，并在广泛征求意见的基础上，

制定本规范。

本规范的主要技术内容是：基本规定、海冰及其它环境条件、电气设备选型、电气

设计、基础结构设计、消防、给排水及暖通设计、施工组织设计、安全监测设计、运行

及维护。

本规范由国家能源局负责管理，由水电水利规划设计总院提出并负责日常管理，由

能源行业风电标准化技术委员会风电场工程规划设计分技术委员会负责具体技术内容

的解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送水电水利规划设计总院（地址：北京市西

城区六铺炕北小街2号，邮编：100120）

本规范主编单位：水电水利规划设计总院

上海勘测设计研究院有限公司

本规范参编单位：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司

中国三峡新能源（集团）股份有限公司

福建永福电力设计股份有限公司

本规范主要起草人员：

本规范主要审查人员：

3

目次

1总则................................................................................................................................................1

2术语....................................................................................................................................................2

3基本规定............................................................................................................................................4

4海冰及其它环境条件........................................................................................................................5

4.1海冰分布.....................................................................................................................................5

4.2海冰性质.....................................................................................................................................7

4.3海冰条件...................................................................................................................................11

4.4海冰调查...................................................................................................................................11

4.5气象.......................................................................................................................................12

4.6潮位.......................................................................................................................................12

4.7海流.......................................................................................................................................13

4.8波浪.......................................................................................................................................13

4.9海水温度...................................................................................................................................13

4.10海水盐度.................................................................................................................................13

4.11其他.....................................................................................................................................13

5电气设备选型..................................................................................................................................14

5.1风电机组...................................................................................................................................14

5.2海缆.......................................................................................................................................15

5.3海上升压变电站及陆上变电站、陆上集控中心...................................................................15

6电气设计..........................................................................................................................................16

6.1电气一次...................................................................................................................................16

6.2电气二次...................................................................................................................................18

7基础结构设计..................................................................................................................................20

7.1一般规定...................................................................................................................................20

7.2材料.......................................................................................................................................20

7.3荷载及工况组合.......................................................................................................................21

7.4海冰荷载...................................................................................................................................25

7.5结构抗冰计算...........................................................................................................................33

7.6结构抗冰设计要求及抗冰措施...............................................................................................35

7.7耐久性设计...............................................................................................................................36

8消防、给排水及暖通设计..............................................................................................................37

8.1消防.......................................................................................................................................37

8.2给排水设计...............................................................................................................................39

4

8.3暖通设计...................................................................................................................................40

9施工组织设计..................................................................................................................................42

9.1一般原则...................................................................................................................................42

9.2船机设备...................................................................................................................................42

9.3主体工程施工...........................................................................................................................42

9.4施工窗口期...............................................................................................................................43

9.5施工安全...................................................................................................................................43

10安全监测........................................................................................................................................45

10.1一般规定.................................................................................................................................45

10.2冰情监测.................................................................................................................................45

10.3冰载荷监测.............................................................................................................................46

10.4监测自动化系统.....................................................................................................................46

11运行及维护....................................................................................................................................47

附录A工程海冰区划图....................................................................................................................48

附录B一般海冰条件........................................................................................................................49

附录C极端海冰条件........................................................................................................................55

本规范用词说明....................................................................................................................................62

引用标准名录........................................................................................................................................63

附：条文说明..................................................................................................................................64

5

Conetents

1Generalprovisions.............................................................................................................................1

2Terms..................................................................................................................................................2

3BasicRequirements............................................................................................................................4

4SeaIceandOtherEnvironmentConditions.......................................................................................5

4.1SeaIcedistribution......................................................................................................................5

4.2SeaIceCharacteristics................................................................................................................7

4.3SeaIceConditions.....................................................................................................................11

4.4SeaIceInvestigation.................................................................................................................11

4.5Meteorology..............................................................................................................................12

4.6TideLevel.................................................................................................................................12

4.7Current.......................................................................................................................................13

4.8Wave.........................................................................................................................................13

4.9SeaWaterTemperature.............................................................................................................13

4.10SeaWaterSalinity...................................................................................................................13

4.11Others......................................................................................................................................13

5TypeSelectionofElectricalEquipment..........................................................................................14

5.1WindTurbine............................................................................................................................14

5.2SubmarineCable.......................................................................................................................15

5.3OffshoreSubstation,OnshoreIntegratedControlCenterandOnshoreSubstation...15

6Electricaldesign...............................................................................................................................16

6.1PrimaryElectric...................................................................................................................16

6.2SecondaryElectric...............................................................................................................18

7Foundationdesign............................................................................................................................20

7.1Generalrequirements................................................................................................................20

7.2Materials..................................................................................................................................20

7.3LoadandLoadCombination.....................................................................................................21

7.4SeaIceLoad..............................................................................................................................25

7.5Ice-resistantCalculationforstructure.......................................................................................33

7.6Ice-resistantDesignRequirementsandIce-resistantMesure...................................................35

7.7DurabilityDesign......................................................................................................................36

8Designoffirefighting,WaterSupplyandDrainage,HeatingandVentilation...............................37

8.1FireFightingDesign.................................................................................................................37

8.2WaterSupplyandDrainageDesign..........................................................................................39

8.3HeatingandVentilationDesign................................................................................................40

9ConstructionManagement...............................................................................................................42

9.1GeneralRequirements...............................................................................................................42

6

9.2EquipmentofBoatMachine...................................................................................................42

9.3MainworksConstruction..........................................................................................................42

9.4Construction............................................................................................................................43

9.5ConstructionSafety...................................................................................................................43

10SafetyMonitoring..........................................................................................................................45

10.1GeneralRequirements.............................................................................................................45

10.2IceMonitoring.........................................................................................................................45

10.3IceLoadMonitoring...............................................................................................................46

10.4AutomaticMonitoringSystem................................................................................................46

11OperationandMaintenance...........................................................................................................47

AppendixASeaIceDivisionMapsforEngineering..........................................................................48

AppendixBNormalSeaIceConditions.............................................................................................49

AppendixCExtremeSeaIceConditions............................................................................................55

Explanationofwordsinthiscode..........................................................................................................62

ListofNormativeStandards................................................................................................................63

Addition：ExplanationofProvisions..................................................................................................64

7

1总则

1.0.1本导则规定了海冰地区海上风电场工程设计应遵循的原则、方法和技术要求。

1.0.2本导则适用于新建、改建、扩建的中国海域海冰地区固定式基础结构的海上风

电场工程的设计。

1.0.3海冰地区海上风电场工程设计，除应符合本导则外，尚应符合国家现行有关标

准的规定。

1

2术语

2.0.1海冰地区海上风电场offshorewindfarmwithseaice

建设于中国渤海和黄海北部的海上风电场。

2.0.2海冰seaice

所有在海上出现的冰统称为海冰，除由海水直接冻结而成的冰外，它还包括来源于

陆地的河冰、湖冰和冰川冰。

2.0.3海冰厚度seaicethickness

海冰冰面至冰底的垂直距离。

2.0.4冰密集度iceconcentration

海冰覆盖面积占海冰分布海面的比例。

2.0.5固定冰fastice

沿着海岸形成并与海岸牢固地冻结在一起的冰。海面变化时能随之发生升降现象。

2.0.6浮冰floatingice

漂浮在海面上的冰。

2.0.7平整冰levelice

未受变形作用影响，冰面平整或冰块边缘仅有少量冰瘤及其他挤压冻结痕迹的海冰。

2.0.8堆积冰hummockedice

任何原因形成的、堆积在一起，表面凹凸不平，融化时，外观像光滑小丘的海冰。

2.0.9重叠冰raftedice

在动力作用下，一层冰叠到另一层冰上形成的冰面较平坦的海冰。

2.0.10冰脊seaiceridge

碎冰在挤压作用下形成的一排具有一定长度的山脊状的堆积冰。

2.0.11冰激振动ice-inducedvibration

冰与结构接触后，结构产生的往复运动。

2.0.12初冰日icebeginningday

每年初冬第一次出现海冰的日期。

2.0.13终冰日iceendingday

翌年初春海冰最后消失的日期。

2.0.14冰期seaiceperiod

2

初冰日至终冰日的时间间隔。

2.0.15最低设计温度lowestdesigntemperature

考虑结构处于最低工作环境温度时不发生脆性破坏而用来选择钢材的温度。

2.0.16冬季施工constructioninwinter

当平均环境温度连续5天低于5℃时，进入海冰地区海上风电场冬季施工，当平均

环境温度连续5天高于5℃时即解除冬季施工。

2.0.17整体吊装installationofassembledparts

将组成一体的风力发电机组（包括塔架、机舱、风轮）通过海上起吊设备进行的安

装作业。

3

3基本规定

3.0.1海冰地区海上风电场的建设应符合节约和集约利用海域资源的原则，且符合海

洋功能区划的资源开发利用和生态与环境的控制要求以及有关主管部门批准的海上风

电发展规划。

3.0.2海冰地区海上风电场设计应以各支持性文件、电网的技术要求、工程相关设备、

水文、气象、地质、海域规划、航道等基础资料为设计依据。

3.0.3海冰地区海上风电场风电机组基础设计应与风电机组设计使用年限相匹配，风

电机组基础设计使用年限不应低于25年、极端环境荷载应采用50年设计基准期。海上

升压变电站结构设计使用年限应为50年、极端环境荷载应采用100年设计基准期。

3.0.4海冰地区海上风电场基础结构设计应考虑海冰作用的影响，并进行抗冰设计。

3.0.5海上风电场中的所有设备和部件，应符合国家现行有关标准的规定，海上风电

机组应通过国家批准的认证机构的产品认证。

3.0.6本导则重点针对海冰地区海上风电场设计的特殊性，对常规海上风电场的设计

内容规定从简。

4

4海冰及其它环境条件

4.1海冰分布

4.1.1海域

中国海冰地区主要位于渤海和黄海北部海域，北纬37°~41°之间。

4.1.2海冰时空分布

工程设计中，可根据结构物所在特定位置的各种冰情年重现期确定是否考虑海冰条

件。渤海和黄海北部的冰情年可划分为5种类型（等级），即轻冰年（1级）、偏轻冰

年（2级）、常冰年（3级）、偏重冰年（4级）、重冰年（5级）。各种冰情年的海冰

分部范围见图4.1.2。冰情等级划分标准见表4.1.2。

4.1.3特征冰型

具体工程的设计冰型应根据可能对该类工程构成风险的海冰类型和工程所处海域

海冰特征进行确认。工程所处局部海域特征冰型应按固定冰区、过渡冰区和浮冰区进行

划分。辽东湾和黄海北部要考虑固定冰区、过渡冰区和浮冰区的特征冰型。三种冰区的

特征冰型如下：

1固定冰区：起控制作用的特征冰型应包括平整冰或堆积冰；

2过渡冰区：在有冰脊存在的海区，起控制作用的特征冰型应包括固结冰脊或未

固结冰脊；

3浮冰区：起控制作用的特征冰型应包括重叠冰或堆积冰。

4.1.4海冰区划

根据中国海冰分布及变化的基本特征，考虑工程设计与生产作业部门方便使用，将

中国的渤海和黄海北部划分为21个冰区，海冰区划可参照附录A。

5

图4.1.2各种冰情年的海冰分部范围

表4.1.2渤海和黄海北部冰情等级划分标准

辽东湾渤海湾

冰厚冰厚

冰情等级范围范围

cmcm

kmkm

一般最大一般最大

轻冰年<1530<65<1020<9

偏轻冰年15~254565~12010~20359~28

常冰年25~4060120~16720~305028~65

偏重年40~5070167~23230~406065~120

重冰年>50100>232>4080>120

莱州湾黄海北部

冰厚冰厚

冰情等级范围范围

cmcm

kmkm

一般最大一般最大

轻冰年<1020<9<1020<19

偏轻冰年10~15309~2810~203519~28

常冰年15~254528~4620~305028~46

偏重年25~355046~6530~406546~56

重冰年>3570>65>4080>56

6

4.2海冰性质

4.2.1海冰性质主要包括物理性质和力学性质。

4.2.2海冰的物理性质主要包括晶体结构、温度、盐度、海冰盐水体积和密度等。

1晶体结构

海冰晶体结构包括粒状冰、屑冰、柱状冰和非连续柱状冰。海冰晶体结构对海冰物

理和力学性能起控制影响作用。渤海和黄海北部的单层平整冰可看作是柱状冰。

2温度

工程设计中应考虑海冰温度对海冰力学参数的影响。在寒潮最低气温持续期间，平

整冰断面的温度可用平均温度作为其设计温度。

不同重现期的平整冰平均温度（在假设无相变发生时）可按下式计算：

TT

Tiaiw（4.2.2-1）

i2

式中：Ti——海冰设计温度（℃）；

Tia——冰层上界面温度（℃）；

Tiw——冰层下界面温度（℃）；

3盐度

海冰自然融化成液体后的海水盐度。

1）平整冰

平整冰盐度可按下式计算：

0.387（..）

Si19.007H422-2

式中：Si——平整冰的设计盐度，（‰)；

H——平整冰的设计厚度（cm）。

2）重叠冰

重叠冰盐度计算公式与平整冰相同。无实测数据时，重叠冰的设计厚度可按平整冰

设计厚度的2倍设计。

3）冰脊

冰脊的龙骨设计盐度可按下式计算：

0.439（..）

Sir27.428H422-3

式中：Sir——冰脊的龙骨设计盐度，（‰)；

7

H——平整冰的设计厚度（cm）。

4海冰盐水体积

海冰内盐水胞总体积与冰块总体积之比。

平整冰盐水体积可按下式计算：

49.185

vbSi0.532（4.2.2-4）

Ti

式中：vb——平整冰的盐水体积，（‰）；

Si——平整冰的设计盐度，（‰）；

Ti——海冰设计温度（℃），一般为-22.9℃~0.5℃。

5密度

平整冰在冰温大于-7.6℃时应作为冰——卤水二相系统处理，其设计密度可按下式

计算：

ivibvbvbbvb（..）

i1422-5

1000100010001000

式中：ρ——平整冰密度（g/cm3）；

3

ρi——纯冰的密度（g/cm）；

vi——纯冰体积，无量纲量；

3

ρb——冰内卤水密度（g/cm）；

vb——平整冰的盐水体积，（‰）。

纯冰的密度ρi可按下式计算：

（..）

i0.91680.00015Ti422-6

3

式中：ρi——纯冰的密度（g/cm）；

Ti——平整冰的设计温度（℃）；

冰内卤水密度ρb可按下式计算：

0.8（..）

b1422-7

154.11/Ti

3

式中：ρb——冰内卤水密度，单位为（g/cm）；

Ti——海冰设计温度，单位为（℃）；

除平整冰之外，其他冰型密度应考虑冰内空气和海冰析出盐分对海冰密度的影响，

相对平整冰，重叠冰密度应降低5%~15%，堆积冰和冰脊的密度应降低15%~30%。

8

4.2.3海冰的力学性质主要包括单轴无侧限压缩强度、侧限压缩强度、弯曲强度、剪

切强度、断裂韧度、冻结强度、弹性模量、泊松比等。

1单轴无侧限压缩强度

平整冰和重叠冰的单轴无侧限缩强度分别按下列规定计算。

a）平整冰单轴无侧限压缩强度

固定冰区的平整冰单轴无侧限压缩强度设计值可按下式计算：

c4.420.3vb（4.2.3-1）

式中：σc——平整冰水平方向单轴压缩强度（MPa）；

vb——平整冰的盐水体积，（‰）；

垂直方向单轴无侧限压缩强度可取水平方向单轴无侧限压缩强度的2.5~2.8倍

b）重叠冰单轴无侧限压缩强度

过渡冰区和浮冰区的重叠冰单轴无侧限压缩强度设计值可按下式计算：

（..）

cRa1.770.13TiRa423-2

式中：σcRa——重叠冰水平方向单轴无侧限压缩强度（MPa）；

TiRa——重叠冰设计温度（℃）；

垂直方向单轴无侧限压缩强度可取水平方向单轴压缩强度的1.0~1.3倍

c）堆积冰和冰脊单轴无侧限压缩强度

堆积冰和冰脊水平方向单轴无侧限压缩强度设计值可按有关重叠冰的试验结果取

为1.50MPa。

2侧限压缩强度

平整冰和重叠冰的侧限压缩强度设计值可取水平方向无侧限压缩强度的1.5~2.5倍。

3弯曲强度

a）平整冰弯曲强度

平整冰弯曲强度设计值可按下式计算：

f0.960.06vb（4.2.3-3）

式中：σc——平整冰弯曲强度，单位为MPa；

vb——平整冰的盐水体积，（‰)；

b）重叠冰弯曲强度

重叠冰弯曲强度设计值可按下式计算：

9

（..）

fRa0.5180.13TiRa423-4

式中：σfRa——重叠冰弯曲强度（MPa）；

TiRa——重叠冰的设计温度（℃）；

4剪切强度

平整冰剪切强度设计值可按下式计算：

（..）

Cctan423-5

式中：τ——平整冰剪切强度（MPa）；

C——强度系数（MPa）；

σc——平整冰水平方向单轴压缩强度（MPa）；

φ——剪切角（°）；

其中C可取σc的0.5倍；剪切角φ可取0；其他冰型剪切强度可按4.2.2-17计算。

5断裂韧度

平整冰断裂韧度设计值可按下式计算：

KIC4.4790.430vb（4.2.3-6）

1/2

式中：KIC——平整冰断裂韧度（MPa·mm）；

vb——平整冰的盐水体积，（‰)；

6冻结强度

冻结强度可按下式计算：

0.019Ti

f180.79010（4.2.3-7）

式中：τf——冻结强度（kPa）；

Ti——海冰设计温度（℃）；

7弹性模量

平整冰弹性模量值可按下式计算：

（..）

E5.3210.077vb423-8

式中：E——平整冰弹性模量（GPa）；

vb——平整冰的盐水体积，（‰）；；

海冰弹性模量的典型分布区间在2GPa~6GPa之间，随温度降低而升高。

8泊松比

平整冰泊松比设计值应按弹性分析和塑性分析分别考虑，弹性分析时，可取0.3；

10

塑性分析时，可取0.5。

9摩擦系