風力發電箱式變壓器基礎結構形式比選探究

摘" 要：風力發電在國家經濟發展過程中的重要性不言而喻，而箱式變壓器是其中最為主要的設備之一，得到了廣泛應用，在實際應用過程中，承擔著能量傳輸、塔架控制等工作，必須要對具體的基礎結構進行落實。基于此，該文在分析風力發電箱式變壓器類型的基礎上，結合實際案例展開綜合性分析，根據具體的對比分析最優的箱式變壓器，以求風力發電工作得到穩定落實。

關鍵詞：風力發電;箱式變壓器;基礎結構;預制式鋼平臺;形式比選

中圖分類號：TM41" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）25-0092-04

Abstract： The importance of wind power generation in the process of national economic development is self-evident， and the box transformer is one of the most important equipment， which has been widely used. In the process of practical application， it undertakes the work of energy transmission， tower control and so on. The specific infrastructure must be implemented. Based on the analysis of the types of wind power box-type transformer， according to the actual case to launch a comprehensive analysis， this paper makes a specific comparative analysis of the optimal box-type transformer， in order to ensure the stable implementation of wind power generation.

Keywords： wind power generation; box transformer; infrastructure; prefabricated steel platform; form comparison and selection

現今，能源問題在一定程度上抑制了國家和地區的快速發展，各個領域的能量消耗都很大，所以綠色的能量來源也就日益成為人們關注的焦點。當前，在風電機組上采用的箱式變壓器具有諸多優越性，但仍有許多問題亟待解決。所以，在目前這個階段，強化在風力發電中對箱式變壓器應用的研究，具有現實意義。

1" 風機箱變基礎的施工分析

通過裝配式箱變基礎與傳統的現澆混凝土基礎的技術經濟比較，可以看出裝配式箱變基礎在總造價、基礎總重量、施工方式、施工時限等方面具有較大優勢，裝配式箱變基礎總重量為傳統的現澆混凝土基礎總重量的1/4，施工時限比傳統的現澆混凝土基礎節約6.5 d，總造價比傳統的現澆混凝土基礎節約3 100元;2種基礎均具有較大的豎向及水平向承載力，結構整體穩定性驗算滿足要求。對比分析情況表明采用裝配式基礎單個基礎可節約造價3 100元，即造價節約19%，同時工期大大縮短，降低了工人的勞動強度，提高了施工效率。

工程順序：地面清理—放線—打好控制樁—驗線—土石挖—手清溝—驗坑—地基—完成防護—土方回填。將坡頂線和坡底線設好，再次測量和檢查通過后，即可進行基坑施工。在挖深適當的情況下，留下20 cm的土壤進行手工清理。然后，勘測員將地基的斜坡和地基的鉆探點放出來，并進行地基鉆探工作。釬探點按“梅花形”排列，并做好相應的記載，請甲方、監理、設計、勘察和監理等相關機構共同對溝槽進行驗坑，如果發現與調查結果不一致，應立即與相關機構一起擬定一套地基的處置計劃，對其進行地基的加固，驗收通過后才能繼續施工。為避免雨淋到槽底部，在距離基坑邊緣50 cm處設置30 cm的臨時排水溝。根據設計圖澆筑混凝土。襯墊的表面大小要比基座底部表面大100 mm，襯墊的表面的中心為風扇排布的中心，其大小要在10 mm以內才算符合標準。在墊層初凝之后，在圓周線上，以門中心為參照，相距120°的3個支撐螺絲將3塊墊板放置好，并將3塊墊板上表面的水平度相對高差值調整到2 mm之內為合格，并且確保墊板的安裝牢固，不會出現相對移動。

模架施工工程流程：模架的設計—制造—裝配—檢查—拆卸—循環。模板必須要有足夠的強度、剛度、穩定性，能夠經受住混凝土的重量、側向壓力，并能在整個施工期間，經受住所有的載荷。模板的支取和拆卸要容易，安裝和拆卸要容易，混凝土的澆注和維護要容易，模板之間要有緊密的縫合，不要有任何的滲漏，并且要有足夠的支承。在鋼筋水泥澆筑完成24 h以后，拆卸模架，同時要做好最后的防護工作，避免對鋼筋水泥地基和地基的表層產生損壞。在澆注時，要留意接頭漏漿，在拆除模板時要注意，確保完成后的防護不會損壞邊角。

鋼筋施工工程流程：設計鋼筋—制造鋼筋—安放—檢驗—隱藏。進倉時，應核對隨運鋼條的出廠證書及測試報告，然后對其進行目視檢驗，如果達到規定的標準，才能進入倉內，并且按照不同品種、不同批次立即抽樣檢驗，經再次檢驗，然后重新下料，捆綁。有經驗的技術工人，按照設計圖、施工規程、技術指導等資料，完成下料工作。對有浮銹、泥土、油污的鋼條，應在施工之前清除。下料時，要從長條開始，再從短條開始，做到長度搭配，以節省物料。用22#鋼絲捆縛，鋼絲的長度在170～190 mm之間，不允許太長太短。在進行鋼筋綁扎之前，要以圖紙會審記錄為依據，要畫點彈線，并依照這條線對鋼筋進行綁扎，并且要將其捆綁起來，保證其穩固，不能出現松動、丟扣、漏綁的情況。為了保證鋼筋的準確定位，必須在其上安裝鐵馬凳，鐵馬凳與其彎曲間距的鋼筋垂直貫通。

使用方法：綁扎、電弧焊，對直徑在12 mm之下的鋼筋進行綁扎，對直徑在12 mm之上的縱梁的鋼筋進行電弧焊，采樣并送交檢測，在檢測結果符合要求后，才能進行隱蔽。根據工程圖紙，安放底部的加固材料。底部的鋼條放置和捆綁完成后，對已捆綁的鋼條進行檢驗，并做好施工記錄。在搭設模架時，在縫隙之間加入3 mm的海棉花條，并用塑膠布進行粘合。在鋼筋混凝土中，對鋼筋混凝土框架的橫向和縱向鋼筋間距應選擇合適的鋼筋混凝土框架，根據已有的工程實踐，無法決定鋼筋混凝土框架結構的強度和剛度。鋼板縫隙的交界處高度應保持在1～2 mm之間。經檢驗，確認無誤，并做好交貨單，才能進入下一步工作。箱變基礎預埋件埋設要求為：先按照設計圖紙要求，根據設計坐標放樣，得到準確位置，根據設計坐標放樣，得到準確位置，包括：預埋中心點位置以及放樣點位，在此基礎上進行點焊固定，防止在澆筑混凝土過程中發生偏移，避免影響后期箱變安裝。按照設計施工圖，將電纜出線埋管及對電纜埋管和排水管提前進行預埋安裝，并對其進行嚴格的管理，確保其在施工過程中能夠順利進行。

混凝土結構施工，按混凝土配方、拌和、輸送、澆注、振動、檢查、維護的順序進行?；炷翝仓?，應檢查鋼筋、埋設管道、地腳和其他埋設設備的定位是否正確，高度是否正確，是否綁扎、焊得是否牢靠;混凝土在經過質量檢驗后方可澆筑。在進行混凝土攪拌之前，要對沙石的水分進行測量，并進行再次的測量，然后按照實驗室配合比，再進行配比，對于石子顆粒直徑小于40 mm的碎石，使用32.5或42.5級普通水泥進行混合，混合的時間必須超過2 min，并且要對計量進行嚴格的控制。水泥由中心攪拌站攪拌，由攪拌車輛將水泥輸送到各人的地基上。利用小型混凝土傳送帶將混凝土送入地基，并輔助手工下料。為了避免混凝土的離析，應適當調整和降低拋石高度。混凝土全部一次澆注完成，沒有預留任何施工間隙。基體混凝土澆筑至設計高度后，將混凝土表面及時進行收面，同時進行標高復核，確認高程滿足設計要求后，將混凝土表面處理平整、光滑;混凝土達到一定程度后，必須立即灑水、覆蓋土工布進行養護，以保證混凝土的水分，防止混凝土表面開裂。隨意抽取樣品制備樣品并進行檢驗，保留相同的樣品。按照規定，進行養護。在混凝土符合規定的情況下，可以拆卸模具，拆卸時注意混凝土的邊角邊線不能破壞，以免把模板弄破，然后依次拆卸。在拆除模板的時候，要先拆除平臺模板，然后再拆除下部模板，并且在拆完的時候，必須要有2個人來進行工作，對模板進行及時的清理，同時要將板楞柱進行科學的堆放。拆除模板后，應在至少7 d內對模板進行噴霧干燥。在混凝土拆除后，要對混凝土澆注的外觀質量、幾何尺寸、預埋件、預埋管道的暢通程度等進行檢驗，并對預埋件的平整度進行檢驗，在確認通過后，才能進行下一步的工作。在澆筑混凝土之前，做好混凝土澆筑的質量檢測，并做好對地面及其他隱蔽工作的記載。對地基進行回填時，回填體應保持一定的干濕度，若土壤含水份較多，則應在陰涼處晾曬，將土壤中的水份排出，再進行回填，以250 mm的回填量，捶打2～3次，每次捶打一半，當基礎上出現一片軟弱的土壤時，應將其挖開，再用新的土壤進行夯擊，不可用含有大量有機物及碎石的混雜土壤進行回填。經檢驗，確認無誤，并做好交班登記，才能繼續進行下一工序。

隨著工程的進行，按照標準詳細地編制了所有技術文件，如材料檢驗、測試、工藝驗收等。要組織所有的工人，按照工藝規程，對整個工程進行嚴格的管理。在整個施工流程中，技術主管要對工程師進行技術指導，實行計量復驗。

2" 預制式鋼平臺箱變基礎的應用項目分析

2.1" 項目概況

神木某風電項目，裝機容量40 MW，東經109°26′～110°39′，北緯38°51′～39°01′，海拔高程在1 000～1 300 m之間。場址區周邊有S204、S301省道通過，并有鄉村道路連接，對外交通較為便利，安裝12臺3.3 MW風電機組，裝機容量為39.6 MW。風力發電每臺風電機組出口額定電壓均為690 kV，每臺風電機組配置1臺箱式變電站，采用一機一變接線形式，以2回35 kV集電線路接入項目新建的110 kV升壓站，再以1回110 kV線路接入西北方向的已建成的110 kV開關站。

2.2" 背景分析

風力發電具有清潔、無污染和可再生等優點，是目前最具發展潛力的一種新的可再生資源。近年來，我國風電發展迅猛。一般來說，風電機組的輸出功率是690 V，為了將風電機組輸出的電力傳輸到很長一段時間內，需要對風電機組進行提升，而提升系統中常用的提升裝置就是“箱式變壓器”?；谙涫阶儔浩鞯捏w積和重量、電纜的安裝和運行維護與檢修的要求，對其進行詳細分析與闡述。從適用范圍和施工速度2個角度，對3種常用的風電箱式變壓器的結構進行了對比，并對其優勢和不足進行了評估。

2.3" 對比分析

箱式變壓器基礎的主要部分在原地面之上，是一種鋼筋混凝土結構。這種箱式變壓器式底座具有外觀優美、便于箱式變壓器式底座的切換和維修等特點。但是，這種類型的箱式變壓器地基因其埋藏深度大，地基上表面暴露地表面積小，在雨季時極易發生降雨，需對其進行定時抽吸，從而對其正常工作造成了很大的不利。在施工期，所需挖掘的土方量比較大，若在土體較差的區域，還需進行放坡，由于施工空間受限，因此，在施工進度上，周期較長。

2.4" 基礎結構設計

根據3種風力發電箱式變壓器的基本構造，本項目擬采用一種可對風電箱式變壓器的基本構造進行改進的預制型鋼平臺，它是一種可對常規的鋼平臺箱式變壓器基本構造進行改進得到的，在實踐中可以減少施工工序，縮短施工工期。從實踐的結果來看，這種設備具有構造簡單、節約原料、方便施工等優點，可以很好地解決由于預制樁滲透程度難以控制的現實問題，是一種適用于電氣和建設工程的風力發電箱式變壓器。常規鋼平臺箱式變壓器基礎屬于一種普通的箱式變壓器基礎，由2個部分組成，分別是：鋼平臺與鋼筋混凝土預制樁，使用鋼梁與鋼筋混凝土預制樁頂板焊接，來完成箱式變壓器基礎的施工。但在實際使用過程中，針對場地分散、地質條件復雜的地區分散型風力發電項目，這種用于風力發電箱式變壓器基礎的預制式鋼平臺裝置有效解決了因施工工序繁瑣、預制樁貫入度難控制、冬季施工困難等問題，整體施工周期較短，施工過程中施工品質得到保障，施工工作也會穩定順利地進行。

為了縮短箱式變壓器基礎施工工期、縮減施工工序，減少因機位分散、地質情況復雜等施工影響因素，設計一種既能滿足現場需要，又能保證經濟性、合理性的裝置，為后續該領域施工積累條件提供參考依據。為確保該裝置滿足使用要求，同時盡可能地保證裝置自身的安全性和整體性，將裝置劃分為鋼平臺、鋼支墩和鋼墊板3大部分。

鋼平臺分為鋼構架與平臺板。鋼構架采用工字鋼，構件規格為HM194×150×6×9 mm，表示中翼緣H型鋼高為194 mm，寬為150 mm，腹板厚度為6 mm，翼緣板厚度為9 mm。材質：鋼結構鋼材牌號為Q235B。平臺板采用防滑鋼板，尺寸為3 496 mm×750 mm×9 mm、4 850 mm×750 mm×9 mm兩種。鋼支墩的材料，采用10 mm厚鋼材;材質：鋼結構鋼材牌號為Q235B;鋼支墩尺寸為長1 300 mm、直徑Ф200 mm，共計6組。鋼支墩頂端板與鋼平臺采用焊接，焊縫高度大于等于10 mm，滿焊，焊接采用E43型系列焊條。鋼墊板采用20 mm厚鋼材;材質：鋼結構鋼材牌號為Q235B;尺寸為長3 000 mm，寬800 mm，厚20 mm，共計3組。

2.5" 實例分析

將風力發電機基礎用作箱式變壓器基礎及箱式變壓器的承載體，這樣的承載體具有很好的穩定性。在將風力發電機基礎和箱式變壓器基礎采用混凝土一體施工結束后，使用回填土覆蓋，并將其放置在地下。因為風機的基礎與箱式變壓器的基礎是一次建造成形的，所以可以節省土地，降低了土建工程的工作量，加速了施工的進程。該風電箱變基礎結構穩定，可減少工程量，加速建設進程。

3" 結束語

綜上所述，能源傳輸中，箱式變壓器的支撐是必不可少的，其能否順利運轉與能源傳輸密切相關。在今后的電力系統中，箱型變壓器的地位將更加突出，其所面對的問題也將更加復雜。因此，在這種情況下，風電場的工作人員應該繼續對在風電場中使用的箱變基礎形式進行探索研究，提出更為科學的使用計劃，從而更好地保證風電場的經濟效益，推動整個社會和經濟良性發展。

參考文獻：

[1] 龔家彥，施毅樂.風電場綜合廠用電率偏高分析及改進[J].電氣時代，2022（12）：86-89.

[2] 程昊.風力發電場的電氣系統設計與優化[J].集成電路應用，2022，39（10）：270-271.

[3] 段杰.高海拔山區風電工程電氣施工管理經驗探討[J].水電與新能源，2022，36（7）：57-59.

[4] 甘天文.北塔山風區100 MW風電項目電氣設計[J].中國水能及電氣化，2022（2）：33-36.

[5] 高菊輝，史石磊.基于非線性狀態評估的風電場箱式變壓器故障預警系統研究[J].中國設備工程，2022（1）：16-18.