風電場風機基礎傾斜度安全性分析

王騰洋 徐轉瓊

（昆明市第一中學，云南昆明650000）

0 引言

全國目前很多已建陸地風電場采用基礎環風機基礎型式，風力發電機組底部是鋼筋混凝土基礎，基礎內部鑲嵌有鋼制圓形基礎環，基礎環通過螺栓和法蘭與上部鋼制塔筒連接，塔筒頂部安裝有機艙，機艙內布置有風力發電機，風能葉片通過機械轉軸與風力發電機連接，將風能轉化為電能。不少風電場在運行中已發現風機塔筒頂部位移值較大的問題。風機廠家在塔筒上部機艙內一般安裝有在線監測系統，但主要監測項目是上部機艙的振動加速度，未直接給出機艙運行中的搖擺位移值，給風機運行安全管理帶來了判斷不清的困難，存在安全隱患。如果要對風機塔筒偏斜度、混凝土基礎表面的傾斜度進行監測，需另外單獨建立監測系統，這些監測項目在工程實際中還不夠受重視。根據調查，國內大多數風電場基本沒有實施風機塔筒和風機基礎的傾斜度安全性監測。

本次通過開展創新性實踐學習活動，以某工程為實例，分析了風機基礎傾斜度的監測成果和安全性范圍，可為工程界提供借鑒。

1 某風機基礎傾斜度監測情況

云南某風電場單臺風機功率2 MW，混凝土基礎呈圓臺形，基礎底板直徑19.5 m，基礎高度3.2 m，鋼制基礎環直徑4.3 m，塔筒高度85 m。風機基礎結構示意圖如圖1所示。

圖1 圓形擴展式風機基礎剖面示意圖

該風電場部分風機基礎混凝土施工質量不滿足要求，造成強度偏低，為了保證風機運行安全，研究制定了加固方案，并選擇了2臺代表性機位，在風機基礎臺柱頂面水平面上布置了傾角計，迎風側和背風側各布置1只，如圖2所示，每只傾角計可以同時監測圓形基礎沿半徑方向（X方向）和沿垂直于半徑方向（Y方向）的傾角。其中Z1號風機傾角檢測值較大。該風機自2018年2月4日投入運行，至2018年8月20日，連續進行了基礎傾斜度監測，每日風較大時讀數一次，基礎傾角變化趨勢如圖3所示。監測數據顯示，迎風側基礎沿半徑方向的最大傾角為0.571°，隨運行時間增長，基礎水平傾角還在逐漸增大。風機基礎運行時動態條件下傾斜度的控制范圍，目前國內還沒有明確的規范標準，監測單位也沒有進一步具體分析。

圖2 基礎表面傾角計布置圖

圖3 風機迎風側基礎表面傾角變化趨勢圖

2 風機基礎傾斜度安全性分析

參考國內最大風機生產廠家遠景能源公司有關風機機組的安全性技術標準，對風機基礎傾斜度安全性范圍進行了深入分析。

廠家要求風機基礎地基不均勻沉降不超過3 mm/m（約0.17°），基礎內安裝嵌固的基礎環水平度不超過0.5 mm/m（約0.03°），從兩者最不利情況考慮，施工允許的基礎偏斜度不能超過3.5 mm/m（約0.2°）。同時，基礎地基也有一定變形，造成基礎運行中微小傾斜度，通過其他正常風機運行時基礎傾斜度的對比監測，基礎傾斜度一般為0.1°～0.15°，風機基礎地基最大變形可按0.15°考慮。因此，風機基礎運行中最大安全傾斜度約為0.2°+0.15°=0.35°，即正常運行情況下風機基礎傾斜度不能超過0.35°，可以成為安全性控制范圍。

上述風電場Z1號風機基礎目前最大傾斜度達0.571°，已超過安全范圍較多，繼續運行存在較大安全隱患。風機塔筒高度達85 m，按照0.571°傾斜度計算，塔筒頂部機艙的水平擺幅達84.5 cm，如果考慮塔筒按照長度L/400的變形設計標準，塔筒頂部的水平位移約為21.2 cm，合計塔筒頂部機艙的水平位移擺幅達105.7 cm。

但是，盡管風機已處于不安全運行狀態，風機塔筒頂部機艙廠家的振動在線監測系統卻沒有報警。通過分析說明，機艙廠家的振動在線監測系統不能完全反映風機的實際整體安全運行狀態，目前國內對風機基礎傾斜度沒有進行普遍性監測，是工程建設中的認識缺陷，需要引起高度重視。

通過分析，該風電場Z1號風機基礎地基強度滿足要求，傾斜度較大的主要原因還是風機基礎混凝土施工質量不滿足要求，實際強度低于設計值較多。由此可見，風機基礎水平傾角監測可以反映出風機基礎混凝土的整體施工質量特性，施工質量差，強度低，基礎混凝土塊體的剛度就小，變形就大，運行時基礎表面的傾斜度就大，將造成風機塔筒頂部水平位移擺幅較大。同時，有些機位，基礎地基太軟，也會使風機基礎運行時傾斜度較大，最終造成風機塔筒偏斜過大，帶來安全性問題。因此，為了保證工程安全，對風機基礎表面進行水平傾角監測是十分重要和必要的。

3 結語

本文以某風電場風機基礎傾斜度監測數據為基礎，分析了風機基礎運行時動態傾斜度的安全性范圍值和造成傾斜度較大的可能原因，并指出，目前風電場工程建設中對風機基礎傾斜度安全監測的重要性普遍認識不足，存在較大的安全隱患，工程界需要引起高度重視。