風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度安全性分析

王騰洋 徐轉(zhuǎn)瓊

（昆明市第一中學(xué)，云南昆明650000）

0 引言

全國(guó)目前很多已建陸地風(fēng)電場(chǎng)采用基礎(chǔ)環(huán)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)型式，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組底部是鋼筋混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)內(nèi)部鑲嵌有鋼制圓形基礎(chǔ)環(huán)，基礎(chǔ)環(huán)通過螺栓和法蘭與上部鋼制塔筒連接，塔筒頂部安裝有機(jī)艙，機(jī)艙內(nèi)布置有風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)能葉片通過機(jī)械轉(zhuǎn)軸與風(fēng)力發(fā)電機(jī)連接，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能。不少風(fēng)電場(chǎng)在運(yùn)行中已發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)塔筒頂部位移值較大的問題。風(fēng)機(jī)廠家在塔筒上部機(jī)艙內(nèi)一般安裝有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目是上部機(jī)艙的振動(dòng)加速度，未直接給出機(jī)艙運(yùn)行中的搖擺位移值，給風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全管理帶來(lái)了判斷不清的困難，存在安全隱患。如果要對(duì)風(fēng)機(jī)塔筒偏斜度、混凝土基礎(chǔ)表面的傾斜度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需另外單獨(dú)建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在工程實(shí)際中還不夠受重視。根據(jù)調(diào)查，國(guó)內(nèi)大多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)基本沒有實(shí)施風(fēng)機(jī)塔筒和風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的傾斜度安全性監(jiān)測(cè)。

本次通過開展創(chuàng)新性實(shí)踐學(xué)習(xí)活動(dòng)，以某工程為實(shí)例，分析了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度的監(jiān)測(cè)成果和安全性范圍，可為工程界提供借鑒。

1 某風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度監(jiān)測(cè)情況

云南某風(fēng)電場(chǎng)單臺(tái)風(fēng)機(jī)功率2 MW，混凝土基礎(chǔ)呈圓臺(tái)形，基礎(chǔ)底板直徑19.5 m，基礎(chǔ)高度3.2 m，鋼制基礎(chǔ)環(huán)直徑4.3 m，塔筒高度85 m。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 圓形擴(kuò)展式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)剖面示意圖

該風(fēng)電場(chǎng)部分風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量不滿足要求，造成強(qiáng)度偏低，為了保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，研究制定了加固方案，并選擇了2臺(tái)代表性機(jī)位，在風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)臺(tái)柱頂面水平面上布置了傾角計(jì)，迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)各布置1只，如圖2所示，每只傾角計(jì)可以同時(shí)監(jiān)測(cè)圓形基礎(chǔ)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(hào)風(fēng)機(jī)傾角檢測(cè)值較大。該風(fēng)機(jī)自2018年2月4日投入運(yùn)行，至2018年8月20日，連續(xù)進(jìn)行了基礎(chǔ)傾斜度監(jiān)測(cè)，每日風(fēng)較大時(shí)讀數(shù)一次，基礎(chǔ)傾角變化趨勢(shì)如圖3所示。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，迎風(fēng)側(cè)基礎(chǔ)沿半徑方向的最大傾角為0.571°，隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)，基礎(chǔ)水平傾角還在逐漸增大。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)條件下傾斜度的控制范圍，目前國(guó)內(nèi)還沒有明確的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)單位也沒有進(jìn)一步具體分析。

圖2 基礎(chǔ)表面傾角計(jì)布置圖

圖3 風(fēng)機(jī)迎風(fēng)側(cè)基礎(chǔ)表面傾角變化趨勢(shì)圖

2 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度安全性分析

參考國(guó)內(nèi)最大風(fēng)機(jī)生產(chǎn)廠家遠(yuǎn)景能源公司有關(guān)風(fēng)機(jī)機(jī)組的安全性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度安全性范圍進(jìn)行了深入分析。

廠家要求風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地基不均勻沉降不超過3 mm/m（約0.17°），基礎(chǔ)內(nèi)安裝嵌固的基礎(chǔ)環(huán)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(chǔ)偏斜度不能超過3.5 mm/m（約0.2°）。同時(shí)，基礎(chǔ)地基也有一定變形，造成基礎(chǔ)運(yùn)行中微小傾斜度，通過其他正常風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)基礎(chǔ)傾斜度的對(duì)比監(jiān)測(cè)，基礎(chǔ)傾斜度一般為0.1°～0.15°，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地基最大變形可按0.15°考慮。因此，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)行中最大安全傾斜度約為0.2°+0.15°=0.35°，即正常運(yùn)行情況下風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度不能超過0.35°，可以成為安全性控制范圍。

上述風(fēng)電場(chǎng)Z1號(hào)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)目前最大傾斜度達(dá)0.571°，已超過安全范圍較多，繼續(xù)運(yùn)行存在較大安全隱患。風(fēng)機(jī)塔筒高度達(dá)85 m，按照0.571°傾斜度計(jì)算，塔筒頂部機(jī)艙的水平擺幅達(dá)84.5 cm，如果考慮塔筒按照長(zhǎng)度L/400的變形設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，塔筒頂部的水平位移約為21.2 cm，合計(jì)塔筒頂部機(jī)艙的水平位移擺幅達(dá)105.7 cm。

但是，盡管風(fēng)機(jī)已處于不安全運(yùn)行狀態(tài)，風(fēng)機(jī)塔筒頂部機(jī)艙廠家的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)卻沒有報(bào)警。通過分析說(shuō)明，機(jī)艙廠家的振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能完全反映風(fēng)機(jī)的實(shí)際整體安全運(yùn)行狀態(tài)，目前國(guó)內(nèi)對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度沒有進(jìn)行普遍性監(jiān)測(cè)，是工程建設(shè)中的認(rèn)識(shí)缺陷，需要引起高度重視。

通過分析，該風(fēng)電場(chǎng)Z1號(hào)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)地基強(qiáng)度滿足要求，傾斜度較大的主要原因還是風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土施工質(zhì)量不滿足要求，實(shí)際強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值較多。由此可見，風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)水平傾角監(jiān)測(cè)可以反映出風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)混凝土的整體施工質(zhì)量特性，施工質(zhì)量差，強(qiáng)度低，基礎(chǔ)混凝土塊體的剛度就小，變形就大，運(yùn)行時(shí)基礎(chǔ)表面的傾斜度就大，將造成風(fēng)機(jī)塔筒頂部水平位移擺幅較大。同時(shí)，有些機(jī)位，基礎(chǔ)地基太軟，也會(huì)使風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)行時(shí)傾斜度較大，最終造成風(fēng)機(jī)塔筒偏斜過大，帶來(lái)安全性問題。因此，為了保證工程安全，對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)表面進(jìn)行水平傾角監(jiān)測(cè)是十分重要和必要的。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)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(fēng)電場(chǎng)工程建設(shè)中對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)傾斜度安全監(jiān)測(cè)的重要性普遍認(rèn)識(shí)不足，存在較大的安全隱患，工程界需要引起高度重視。