新型风电机组变压器基础研究*

文 | 汪海燕，杨菁，贺广零

新型风电机组变压器基础研究*

文 | 汪海燕，杨菁，贺广零

自从2001年以来，风电场大规模建设持续发展，并逐渐趋于平稳。在建设过程中，风能资源较好且较为平坦的场地已经陆续被占领完毕，拟建的风电场有向山地、滩涂等区域发展的趋势。然而，传统的机组变压器布置方式无法解决山地风电场山脊场地面积不够、滩涂风电场潮水位较高等一系列问题。为此，本文将提出一种新的机组变压器布置方式以解决上述问题。

传统机组变压器布置方式

传统的机组变压器布置方式为（图1）：将机组变压器布置于距机组基础15m-20m处，从机组引下的电缆顺塔筒而下，通过预埋在机组基础内的电缆套管进入土壤中，直埋至35kV集电线路杆塔下，顺杆塔而上汇入35kV集电线路。此时机组变压器放置在自然地面上约0.3m-0.5m处，机组变压器基础埋于地下，为现浇钢筋混凝土箱形基础，考虑到电气人员接线及检修的需要，机组变压器的箱形基础内需要预留一定空间，考虑到冻土深度及地基承载力的要求，机组变压器箱形基础的埋置深度不能太浅，这就导致了机组变压器箱形基础的工程量（混凝土量、钢筋量及开挖土方量）不会太小，且机组变压器箱形基础所占用的土地是作为永久征地来考虑的，风电场中动辄几十台，甚至上百台机组，每台机组配备一个机组变压器，因此这种布置方式机组变压器的总占地还是可观的。

传统方案的缺陷较为突出：占用永久征地面积大，开挖土方量大，基础材料量大，无法解决海边滩涂、湖边、河边等洪、潮水位较高的风电场中机组变压器的防洪问题。

新型机组变压器布置方式

为了既能解决海边滩涂、湖边、河边等洪、潮水位较高的风电场的机组变压器防洪问题，又能减少平原、山区风电场的机组变压器占地较多的问题，提出了以下新型机组变压器布置方式（图2）。

将机组变压器基础紧靠机组塔筒布置，机组变压器基础采用现浇钢筋混凝土框架式基础（图3），变压器搁置在框架顶部的钢筋混凝土平台上，框架柱生根在机组基础底板内（图4）。机组基础是由圆型或正八边形底板及基础中心的钢筋混凝土台柱组成的独立基础，台柱中预埋基础环，与机组塔筒通过法兰连接，机组基础的埋深一般在3m以下，机组基础的底板根部（靠近台柱处）厚度较大，此处底板顶面距地面较近，因此便于机组变压器框架柱的生根。塔筒内的低压电缆通过塔筒门下部引出，直接从平台的预留孔进入机组变压器，因此可节省低压侧电缆。从机组变压器引出的高压电缆可通过架空线接入35kV集电线路，也可以顺框架柱而下，通过地埋电缆方式接入35kV集电线路。

对于位于海边滩涂、湖边、河边等洪、潮水位较高的风电场或场地较平坦的风电场，机组变压器框架式基础的平台高度应高于相应洪水设计标准的最高洪、潮水位。而对于山区风电场，由于机组位于地势较高的山脊或山顶，机组机位处的地面已经位于最高洪水位之上，没有洪水冲刷的问题，所以机组变压器框架式基础顶部仅需与塔筒门高度一致，方便电缆进入机组变压器，也可兼作进入塔筒门的休息平台。

其基本原理是：机组变压器框架式基础生根于机组基础底板上，将荷载传至机组基础，机组变压器相对于机组及塔筒而言重量很小，置于机组基础底板上所产生的附加荷载与机组作用在机组基础上的荷载相比，所占比例非常小，一般仅为1%左右，不会影响机组基础的安全，也不增加机组基础的材料量。由于机组变压器基础是在机组基础占地范围内，征地时无需再对机组变压器基础单独征地，节省了征地费用。

该基础优点为：节约用地、布置紧凑、经济性好、节省材料、节省低压侧电缆。特别适合于海边滩涂、湖边、河边等洪、潮水位较高的风电场，及山区风电机组机位处场地狭小或征地困难的风电场。

新型机组变压器布置方式打破了传统，将机组变压器基础紧邻风电机组塔筒布置，省去了机组变压器基础的占地；改变机组变压器基础的结构形式（由地下钢筋混凝土箱形结构变为地上框架结构），节省了基础的材料量；将机组变压器基础生根在机组基础上，若场地工程地质条件不好，可不用再对机组变压器基础进行地基处理，节省了地基处理的费用；在施工机组基础时可将机组变压器框架柱的钢筋预留好，并施工至地面以上，可节省机组变压器基础的土方开挖费用；缩短了塔筒和机组变压器的距离，节省了低压侧电缆。该基础形式具有很好的经济性和广泛的适用性，这种置于机组塔筒旁的新型机组变压器基础具有新颖性、创造性和实用性。

关键点1：将机组变压器基础紧邻机组塔筒布置，省去了机组变压器基础的占地，节省了征地费用。

关键点2：改变机组变压器基础的结构形式（由地下钢筋混凝土箱形结构变为地上框架结构），节省了基础的材料量。

关键点3：将机组变压器基础生根在机组基础上，若场地工程地质条件不好，可不用再对机组变压器基础进行地基处理，节省了地基处理的费用。

关键点4：通过框架式基础将机组变压器抬高布置，有利于防洪。

关键点5：缩短了塔筒和机组变压器的距离，节省了低压侧电缆。

关键点6：机组变压器框架式基础平台标高与塔筒门一致，可兼作塔筒门的休息平台，节省了塔筒门休息平台的钢材量。

工程实例

工程实例1：滩涂风电场。中电投江苏大丰风电场200MW风电特许权项目位于大丰市东部沿海，属黄海潮间带滩涂地貌单元。场区地形为原始海滩涂改造后的渔场，全区地势低洼，地面高程为2.4m-3.9m，高差1.50m，地势平滩开阔。将机组基础与机组变压器基础建在滩地上，将受到海潮水位的影响，根据大丰市水利局提供的有关资料，风电场处50年一遇设计高潮位为5.01m，再考虑10级风风浪的爬高1.5m，故机组变压器平台高度应按50年一遇最高潮位+浪爬高+安全超高确定，标高约7.50m（图3）。机组塔筒底部自身应考虑防水、防腐及防浪加固措施。

工程实例2：山地风电场。中广核绵阳梓潼马鸣风电场位于四川省绵阳市梓潼县马鸣乡境内，为山地风电场，海拔700m左右，属山地地形，主要为林场。马鸣风电场新建18台2.0MW风电机组，轮毂高度为90m，并新建35kV开关站。为了避免风电机组出现跨越不同乡镇的现象，并减少征地面积，拟采用上述新型机组变压器布置方式。由于风电机组采用梁板式机组基础，机组变压器基础平面布置有所不同（图4），其生根方式也比较特殊（图5）。同时，考虑到马鸣风电场地下水位较深，不存在冻胀现象，且场地土对混凝土及其中的钢筋均为微腐蚀性，故机组变压器基础可采用砌体结构。

工程实例3：渠边风电场。天津沙井子200MW风电场工程位于天津市大港区，建设132台1.5MW风电机组，大部分机位于北排河两岸滩地，部分机位位于北排河河道内。由于北排河两岸多为基本农田，可作为机组机位的场地非常有限。在这有限的、离散的场地里，每块场地的单向尺寸不超过18m，采用常规的机组变压器布置方式不具有可行性。为了能够解决上述问题，并节约土地资源，拟采用上述新型机组变压器布置方式（图6）。由于机组位于北排河两岸滩地或河道内，故需要依据防洪报告提供的最高水位，将机组变压器平台适当抬高。

结论

新型机组变压器布置方式打破了传统，将机组变压器基础紧邻机组塔筒布置，具有节约用地、布置紧凑、经济性好、节省材料、节省低压侧电缆等优点。特别适合于海边滩涂、湖边、河边等洪、潮水位较高的风电场，及山区风电机组机位处场地狭小或征地困难的风电场。

（作者单位：中国电力工程顾问集团华北电力设计院有限公司）

中国博士后科学基金项目（20110490702）、水沙科学与水利水电工程国家重点实验室开放基金项目（sklhse-2012-D-02）、华北电力设计院有限公司科技项目（K2013-T501、Y2013-T501）资助。