貴州盤縣四格風(fēng)電場(chǎng)二期工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

鐘輝++胡輝++程淑芬

摘 要：貴州盤縣四格風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃裝機(jī)容量為2×47.5+40MW，分三期開發(fā)建設(shè)，二期工程開發(fā)容量為47.5MW，場(chǎng)址位于盤縣四格鄉(xiāng)坡上草原牧場(chǎng)。本工程采用單機(jī)容量2500kW的發(fā)電機(jī)組，截至2011年，本工程是目前國(guó)內(nèi)已建成并運(yùn)行發(fā)電的最大單機(jī)容量的發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)克服高原喀斯特巖溶山區(qū)及特殊的凝凍天氣環(huán)境，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，利用不同的軟件進(jìn)行擬合分析，提出最優(yōu)的設(shè)計(jì)成果。

關(guān)鍵詞：貴州 已建國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大機(jī)型風(fēng)電場(chǎng) 四格風(fēng)電場(chǎng)二期工程 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（c）-0081-01

1 前言

1.1 概述

貴州盤縣四格風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃裝機(jī)容量為2×47.5+40 MW，分三期開發(fā)建設(shè)，二期工程開發(fā)容量為47.5 MW，場(chǎng)址位于盤縣四格鄉(xiāng)坡上草原牧場(chǎng)。風(fēng)電場(chǎng)呈南北向長(zhǎng)條形，高程在2200～2780 m之間，場(chǎng)區(qū)地勢(shì)東高西低，地形為緩斜坡，較為開闊，場(chǎng)區(qū)內(nèi)以草坡地為主。風(fēng)電場(chǎng)距盤縣、六盤水市、貴陽(yáng)市的直線距離分別為約59 km、50 km、211 km，對(duì)外交通較為方便。風(fēng)電場(chǎng)以一回110 kV出線接入盤縣柏果110 kV變電站，接入電力系統(tǒng)條件較好，地理位置較優(yōu)越。

1.2 風(fēng)能資源

為開發(fā)貴州盤縣四格的風(fēng)能資源，在風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，先后設(shè)立了10座不同高度的測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行測(cè)風(fēng)等氣象觀測(cè)，其中70 m高度的測(cè)風(fēng)塔4座，40 m高度的測(cè)風(fēng)塔5座，10 m高度的測(cè)風(fēng)塔1座，測(cè)量參數(shù)包括風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫和氣壓等。

70701#、70702#、70703#、70704#4座70 m高度測(cè)風(fēng)塔的70m高度年平均風(fēng)速分別為4.79 m/s、6.40 m/s、4.02 m/s、6.94 m/s，相應(yīng)風(fēng)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(chǎng)區(qū)北部70701#測(cè)風(fēng)塔全年主導(dǎo)風(fēng)向及風(fēng)能密度最大分布方向均為WSW，場(chǎng)區(qū)中部70702#測(cè)風(fēng)塔全年主導(dǎo)風(fēng)向及風(fēng)能密度最大分布方向均為SW，場(chǎng)區(qū)南部70704#測(cè)風(fēng)塔全年主導(dǎo)風(fēng)向及風(fēng)能密度最大分布方向均為SSW。風(fēng)電場(chǎng)區(qū)域以西南風(fēng)為主。

2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)條件

四格風(fēng)電場(chǎng)二期工程屬亞熱帶高原性濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，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(duì)濕度80%，無(wú)霜期230～300 d。

工程區(qū)大地構(gòu)造單元屬黔北臺(tái)隆，六盤水?dāng)嘞荩瞻残?gòu)造變形區(qū)。地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性好，屬于簡(jiǎn)單場(chǎng)地（三級(jí)場(chǎng)地），相應(yīng)的地基等級(jí)為簡(jiǎn)單地基（三級(jí)地基）。

工程區(qū)位于一級(jí)夷平面臺(tái)地上，地形整體向西緩傾，淺切沖溝系統(tǒng)較發(fā)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(chǎng)區(qū)無(wú)斷層發(fā)育，無(wú)大型的卸荷危巖體、崩塌、滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象分布，環(huán)境類別為Ⅱ類，場(chǎng)區(qū)一月份平均氣溫2.6 ℃，屬于不凍區(qū)。

工程區(qū)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(fēng)化的碎石夾粘土層。基巖為二疊系上統(tǒng)峨眉山玄武巖組（P2β）玄武巖。無(wú)粉細(xì)沙土層分布，不存在地震地基液化的問(wèn)題，環(huán)境水和土對(duì)鋼筋混凝土無(wú)腐蝕性。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

風(fēng)機(jī)塔架屬于高聳結(jié)構(gòu)，風(fēng)電機(jī)組具有承受360°方向重復(fù)荷載和大偏心受力的特殊性，對(duì)地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性和變形要求高，基礎(chǔ)所承受上部的水平荷載和傾覆力矩較大，應(yīng)按大塊體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的一般原則，在滿足上部結(jié)構(gòu)荷載要求的前提下，宜優(yōu)先采用型式簡(jiǎn)單、施工難度不大、造價(jià)較低的淺基礎(chǔ)。

由于覆蓋層及風(fēng)化層厚度不同，擴(kuò)展基礎(chǔ)的深度及持力層需要根據(jù)風(fēng)機(jī)所在位置的具體情況來(lái)確定。各臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的具體型式要根據(jù)風(fēng)機(jī)場(chǎng)地地層分布情況和土層物理力學(xué)特性分別確定。結(jié)合場(chǎng)址區(qū)工程地質(zhì)條件，風(fēng)機(jī)廠家提供的基礎(chǔ)型式，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)采用重力式現(xiàn)澆鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)。

2.3 成果復(fù)核

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，采用ansys進(jìn)行復(fù)核分析，可對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立三維有限元模型，采用10節(jié)點(diǎn)四面體單元（SOLID92）劃分網(wǎng)格，模型共有131905個(gè)單元，192246個(gè)節(jié)點(diǎn)。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(jiǎn)化為線彈性材料。建立模型見圖3。

為模擬土對(duì)基礎(chǔ)的變形約束，在基礎(chǔ)底部設(shè)置Z向的受壓非線性彈簧使用彈簧單元來(lái)模擬土壤對(duì)基礎(chǔ)的被動(dòng)土壓力作用，彈簧單元特性根據(jù)土壤的巖土性質(zhì)確定；均布載荷來(lái)模擬土壤對(duì)基礎(chǔ)的主動(dòng)土壓力作用；由無(wú)限剛度梁?jiǎn)卧M成的輔助結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)施加載荷（來(lái)自風(fēng)機(jī)的載荷），使用此結(jié)構(gòu)可用于模擬上部載荷通過(guò)基礎(chǔ)環(huán)傳遞給基礎(chǔ)承臺(tái)頂部，耦合的彎矩，水平力和軸力施加在輔助結(jié)構(gòu)的中點(diǎn)。

2.4 設(shè)計(jì)結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算成果進(jìn)行分析，貴州盤縣四格風(fēng)電場(chǎng)二期工程風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用圓形鋼筋混凝土擴(kuò)展基礎(chǔ)，圓型擴(kuò)展基礎(chǔ)底板直徑18.5 m，翼緣高度1.0 m；上部臺(tái)柱直徑5.4 m，臺(tái)柱高度0.95 m；基礎(chǔ)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(chǔ)鋼筋混凝土，強(qiáng)度等級(jí)C40。單臺(tái)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)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(jié)語(yǔ)

貴州盤縣四格風(fēng)電場(chǎng)二期工程采用風(fēng)機(jī)機(jī)型是目前國(guó)內(nèi)已建成風(fēng)電場(chǎng)的單機(jī)容量最大的發(fā)電機(jī)組。

風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，先利用中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)北京木聯(lián)能軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的《CFD-風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)軟件V4.4版》進(jìn)行風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)尺寸的初步設(shè)計(jì)，再根據(jù)ansys有限元軟件進(jìn)行復(fù)核分析并擬合，有效的把握經(jīng)濟(jì)性和安全性。

風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件、實(shí)際空氣密度下選用機(jī)型的荷載條件、風(fēng)資源情況及不同地區(qū)水文氣象條件，考慮發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，提出最合理的設(shè)計(jì)尺寸。在下一步的工程設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)與工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)進(jìn)行

適時(shí)修改完善，以達(dá)到更好的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的目的。

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