風機選址對支撐結構安全性的影響

楊維宇

國電聯合動力技術有限公司北京 北京 100039

現階段，針對風力發電支撐結構的使用，其安全性問題是其中較為重要的問題，逐漸引起了人們的重視。通過對風機的支撐結構予以模擬分析，對其經歷臺風作用破壞之后的支撐結構完整性予以分析，在影響因素中螺栓松動破壞、基礎混凝土破碎以及整體顛覆等方面，對其安全性產生了較大的影響。但是針對風機選址對支撐結構安全性產生的影響方面研究并不多。因此，為大幅度提高風電建設的安全性，需要對風機選址問題予以重視，以此提高工程能建設的整體性安全，提高生產效率。

1 關于風機選址對支撐結構產生的影響分析

在實際的工程建設中，風機選址對支撐架構安全性產生的影響主要從這幾方面劃分，也就是不良地質造成的基礎性沉降、區域天氣原因產生的裹冰作用，以及海上風電的氯離子產生的侵蝕原因。

1.1 關于不良地質造成的基礎沉降分析

一些大型以及中型的風電場工程廠址大多設置在荒灘、丘陵以及沿海，類似于一些近海區域[1]。區別于一般的高聳建筑物，風電發電機在實際使用過程中主要承受特殊性的荷載力，因此機組搭建的基礎塔架承受的荷載力與其一般不同，其荷載力存在特殊性，其使用的基礎結構形式以及地基處理方案都具有復雜性，因此在實際的風機基礎設計中是存在的主要問題，其中風力發電基礎的安全性以及穩定性的設計對風力發電機機組安全運行起到保證作用。

1.2 關于區域天氣影響下的裹冰作用分析

在氣候較冷的情況下，或者是雪災的發生，都會對電力設施破壞較為嚴重，并且輸電塔架的坍塌對周邊的居民以及環境影響都會比較大。其中輸電鐵塔的倒塌地段其覆冰的厚度達到50毫米，這一規格遠遠超過在設計時的規范化規定。并且在較為嚴重的覆冰荷載之下，以及風力的加持會導致導線存在較大的張力，鐵塔本身的覆冰就會導致結構的倒塌[2]。因此，通過對其進行有效研究，在裹冰作用之下，對輸電塔架的動力特性予以研究，并且針對這一方面的研究數量并不多，輸電塔與風機塔架較為相似，在研究中也存在一定的借鑒意義。

風力發電機作為一種高聳建筑物，需要對風機表面的裹冰引起的荷載以及擋風面積增大之間的聯系予以分析。其中相關的規范要求規定，裹冰厚度存在推薦值，在重度裹冰地區，其處于10-20毫米，在輕度裹冰地區，處于5-10毫米，但是在實際的檢測中，結構裹冰的厚度遠遠超過規定的推薦值[3]。

1.3 關于裹冰作用的具體分析

通過對裹冰作用予以分析，設定塔筒的高度為70米，底部直徑為4.2米，頂部直徑為2.6米，并且通過對實際情況予以分析，其中主要分為沒有裹冰以及不同的裹冰厚度幾種情況，對其固有頻率予以分析。

1.4 關于輸電塔架裹冰作用分析

通過對輸電塔架的裹冰作用動力特性予以具體分析，其中輸電塔架為500V高壓酒杯型直線塔架模型，并且高度為38米。通過分析可以知道，風電塔架以及輸電塔架根據其自振頻率伴隨著振型數量的變化，其中規律存在共同性。對沒有裹冰以及裹冰之后予以比較，其頻率值相差較大，在裹冰的厚度達到30毫米時，或者是其以上高度，其頻率值相差較大，結構處于相同狀態，但是動力的性能相差較大。其中裹冰的厚度為60毫米時，其數值遠遠超過已經規范的限定值。

風電塔架的自振頻率與同階段輸電塔架進行對比，頻率較小，并且輸電塔架的自身頻率伴隨著裹冰的厚度增加，其降低的幅度會逐漸增加，在裹冰的厚度為10毫米時，輸電塔架的頻率會逐漸減小幅度，數值主要為8.8%，其中風電塔架為3%；在裹冰的厚度為30毫米時，輸電塔架的頻率會逐漸減小幅度，數值主要為21.1%，風電塔架為8%；在裹冰的厚度為60毫米時，輸電塔架數值主要為33%，風電塔架為16.3%[4]。

因此裹冰的厚度增加對塔架的動力特性會予以改變，這也是塔架坍塌的重要原因。

1.5 關于氯離子侵蝕效應分析

伴隨著技術水平的提高，海上發電的快速發展，其中安全性問題也是人們十分重視的問題，并且相比于陸地的風機，其顯著性的特點為在海水的侵蝕作用下，會對基礎建筑造成影響。海水中含有3%鹽分，主要成分為氯離子，并且氯離子對混凝土的侵蝕作用較為多樣，其中主要有毛細管作用、滲透作用、擴散作用以及電化學遷移。

混凝土結構的腐蝕防護作用需要針對結構使用的具體功能以及海洋環境，主要采取的措施為選擇合理化的結構以及相應的施工工藝，防止結構形成銹蝕通道；對混凝土自身的性能予以改善，使用抗腐蝕性較強以及抗滲性較強的混凝土，對混凝土的保護層厚度予以增強；對混凝土的表面予以涂層，防止其出現腐蝕的現象[5]。

2 結語

風電建設規模的逐漸擴大，對其安全性問題的重視程度也在逐漸提高，通過對其中不良地質條件導致基礎沉降、整體顛覆等問題予以分析，對其中的裹冰厚度影響進行探討，根據研究結果，以此提高支撐結構的建設水平，保證建設過程中的安全性提高。在對建設經濟予以考慮的前提下，需要對支撐結構的裹冰厚度、氯離子侵蝕等進行考慮，以此提高支撐結構的強度以及耐久性。