海上风电桩基础打桩过程中桩周土强度弱化模型试验研究

在海上风电桩基础的打桩过程中,桩周土体强度会产生明显的弱化现象,为明确桩周土体强度弱化影响因素以及弱化规律,开展模型试验模拟打桩过程,研究在不同锤击能量下,不同桩体尺寸情况下,桩身侧摩阻力随着贯入深度的变化规律,建立描述土体强度弱化规律的弱化公式,并通过打桩软件对多个海上风电桩基础工程中大直径及超大直径钢管桩的打桩实测数据进行打桩分析。研究结果表明:在打桩过程中,桩周土体强度的弱化同时受到桩体质量以及锤击能量的影响,桩基质量和锤击能量越大,土体强度弱化程度越高。在打桩的可打入分析中,采用该文所建立的弱化公式可模拟出不同尺寸桩体沉桩时土体强度的折减规律。

西北电网330 kV尖樊线人工短路试验中接地距离保护适应性分析

以风电为代表的新能源场站的故障特征对传统距离保护的附加阻抗产生了新的影响,导致保护性能降低。而现有距离保护适应性研究缺乏对单相接地故障场景的分析。为此,结合西北电网于尖樊线进行的2次人工短路试验数据,基于多种控制策略下的风电场故障特征,分析单相接地故障下接地距离保护附加阻抗系数,进而判断保护适应性。研究发现网侧保护附加阻抗系数较小,两侧电源故障电流对保护影响较小;而风电场侧保护附加阻抗系数较大,两侧电源故障电流对保护影响较大,导致保护拒动。

适应风电场宽频振荡研究的模糊度量层次聚类法

为助力“双碳”目标实现,推动风电产业发展,研究并治理风电场并网宽频振荡问题迫在眉睫。为建立适用于风电场振荡研究且能准确高效反映实际风电场输出特性的仿真模型,提出基于模糊度量的层次聚类法,改善传统综合层次聚类算法使用距离度量造成的聚类结果偏移。利用F检验法定量评价聚类效果,横向比较F评分确定最优聚类方案,纵向比较确定最优聚类分群数。评价结果表明,模糊度量层次聚类法的聚类效果良好。最后采用PSCAD结合青海省海南新能源基地风电场实例进行了仿真分析,验证了模糊度量层次聚类法对风电场聚类的适用性。

基于CPTU的江浙海上风电工程土体压缩模量解译方法

针对浙江嘉兴和江苏盐城某海上风电工程,开展室内固结试验和孔压静力触探(CPTU)试验,采用线性、指数和对数3种模型建立考虑土体原位有效应力状态压缩模量Es与修正锥尖阻力q_(t)的关系。研究结果显示,考虑原位有效应力的Es与修正锥尖阻力q_(t)的相关性远高于100~200 kPa固结压力段对应的压缩模量E_(s1-2)与q_(t)的相关性,采用线性模型得到的黏性土压缩模量E_(s)与q_(t)之间的关系更加可靠,嘉兴与盐城海域黏性土经验系数α分别为1.820和3.315;两海域砂土的压缩模量E_(s)与q_(t)之间并无明显的相关性,结果显示两海域砂土的压缩模量E_(s)均存在下限值10 MPa。

某风电场技改前后载荷测试分析

【目的】某风电场在技改前,风机经常出现异响、振动大等现象,为有效支撑技改服务,解决风机异常问题,开展了载荷测试工作。【方法】技改前后分别对该风机进行载荷测试,并从不同风速下载荷量、极限载荷对比、时序频谱、1 Hz等效疲劳载荷、塔架固有频率等方面进行分析。【结果】技改前后该风机等效载荷变化趋势一致,且在风速9 m/s以下数值相近,但风速超过9 m/s后,技改后风机等效载荷为1935.30 kN·m,远大于技改前的1590.18 kN·m。测试结果显示,技改后风机发电能力、变桨能力变弱,因其在大风情况下叶片变桨小,风载变大,加之新轴承自身重量增加,使得风机等效载荷明显增大。【结论】技改后该风机异常问题基本解决,此结果对同类型机组工程改造具有一定的借鉴意义。

基于球形静力触探的嘉兴海域软黏土强度特性研究

针对海上风力机基础设计中的软黏土强度评价问题,通过在浙江嘉兴海域开展球形静力触探试验和室内试验,标定得到适合中国浙江嘉兴海域淤泥质粉质黏土的球形静力触探因子N_(ball)。采用固结快剪试验结果标定得到的N_(ball),DS范围为6.70~14.91,总平均值为10.58,标准值为10.91;采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU范围为7.75~23.75,总平均值为17.44,标准值为19.03。采用标定得到的N_(ball)值可较好地解译嘉兴海域软黏土的强度,建议采用三轴UU试验结果标定得到的N_(ball),UU的标准值19.03作为强度下限值解译参数,采用固结快剪试验得到的N_(ball),DS的标准值10.91作为最优强度(中值)解译参数。

工程地质方法在海上风电场勘察中的应用研究

海上风电场类工程项目需要对海底地层结构、土体物理学参数进行测定,研究过程分析了工程地质方法中孔压静力触探试验原理,介绍了设备调试、数据计算的基本方法。再结合具体的风电场项目,对其14#风机建设位置的海底地层开展试验,有效地确定了地层结构,包括淤泥层、粉质黏土层、粉砂层、中砂层,并且计算出各土层的土体饱和重度、压缩模量、有效内摩擦角和相对密实度。

黄海海域风电工程软弱海床强度CPTU原位解译方法

孔压静力触探试验(CPTU)是目前中国海上风电场工程勘察中应用最多的原位测试方法之一,其缺点在于土体参数无法直接获取,需要通过解译获得,而不同地区的解译参数存在场地特异性。该文依托黄海海域江苏某海上风电工程,开展室内三轴UU、固结快剪、三轴CU试验和原位CPTU,得到江苏海域的黏性土强度随深度的关系,可用于江苏海域黏性土强度的快速评估。基于修正剑桥模型和三轴CU试验得到江苏海域黏性土强度的理论计算公式。基于固结快剪和三轴试验结果得到江苏海域不同黏性土层强度的CPTU解译参数Nkt值的范围分别为11.93~19.99和8.45~16.68,建议采用固结快剪标定得到的Nkt总平均值14.44作为黏性土最优强度(中值)的解译参数。最终建立CPTU孔压比Bq和Nkt的关系,采用建立的Nkt与Bq的关系可较好解译黄海海域黏性土的不排水抗剪强度su,通过标定建立Nkt-Bq关系的方法也可应用于其他海洋岩土工程项目中。

基于孔压静力触探的杭州湾海域软黏土强度解译参数研究

我国海域广泛分布有低强度软黏土,其工程特性评价将直接影响风机基础设计和安全运行。孔压静力触探是目前海洋勘察中使用最多的原位测试手段,其优点在于对土体扰动小,缺点在于需要通过解译获取土体参数,而不同地区的解译参数往往存在场地特异性。依托浙江杭州湾嘉兴海域某海上风电工程,开展了室内试验和原位孔压静力触探试验(piezoncone penetration test,简称CPTU),标定得到了适合我国浙江杭州湾海域的淤泥质粉质黏土的CPTU锥尖因子N_(kt)范围为14.15~30.18,总平均值为20.25。标定结果显示杭州湾海域淤泥质粉质黏土锥尖因子N_(kt)与孔压比B_(q)呈现负相关性,而与含水率w、孔隙比e、液限w_(L)、塑限w_(p)、塑性指数I_(p)呈现正相关性,并得到了N_(kt)与孔压比B_(q)和塑性指数I_(p)的多元回归分析公式。将建立的N_(kt)关系式应用于临近平湖海域的风电场工程中,结果显示采用含水率w、孔隙比e与锥尖因子N_(kt)的关系式以及孔压比B_(q)和塑性指数I_(p)的多元回归分析公式,可以较好地解译杭州湾海域软黏土的强度,不仅适用于淤泥质粉质黏土地层,还可以应用于淤泥质黏土和粉质黏土地层,具有较好的场地适用性。

海洋地勘黏土数据一致性原则及应用研究

[目的]当前地勘工作特别是岩土勘察存在较大的经验性和盲目性,缺乏对土样扰动和测试结果的评估。为此,需对海洋岩土勘察技术进行深入研究。[方法]通过研究国内外海洋地勘技术结合多年不同海域工作经验,提出一种基于一致性原则的海洋精准地勘新方法。新方法在岩土勘察部分主要包括两个基本环节:(1)土样扰动综合评估;(2)土体强度测试结果的一致性综合评估。[结果]土工、物探和地质模型立体交叉一致性分析构建了精准地勘体系。多个海工项目实例证明,新技术能通过黏土土样扰动综合评价对各种获取方法和数据去芜存菁,采用室内土工试验和原位测试相结合,常规和高级土工试验相结合的方式对各种数据进行一致性分析、获得钻孔处更丰富更连续的数据。与传统的单一土工测试相比,数据的可靠性和精准性得到了提高,并弥补了样品取样点间的数据缺失。[结论]所提新方法正确且有效,可以提高地勘数据应用,降低勘察成本,并为包括海上风电在内的海工项目提供更多更可靠的岩土参数。

风电场安全运行中的低温影响效应试验测试

极度低温环境会对风机组性能造成破坏而使风电场的运行不稳定。分析极度低温可能会对风电场运行造成的影响;选取Vestas80-1800型号风电机作为研究对象,通过仿真实验来探究极度低温与风电场安全运行之间的关系。仿真结果表明:当叶片前缘无冰凌或存在少量冰凌时,风轮工作效率随轮毂高度处风速增加而增加,风速达到13 m·s^(-1)时会出现平缓状态,且风轮工作效率高达82%;若冰凌附着20%,则随着风速增加,风轮效率也会缓慢增加,当轮毂高度处的风速增加为15 m·s^(-1)时,风轮功率随风速增加而下降,且风轮最高工作效率为61%。当昼夜温差逐步增大时,非密集区域的电效应系数为55~95,而密集区域的电效应系数为50~70。在风电场电流稳定性分析中,当温差达到60℃时,电流可达到1.7 A,机组发电受到影响。可采取一定安全措施,为风电场在极度低温条件下的安全运行提供保障。

海上风电工程黏性土不排水抗剪强度的综合确定

黏性土的不排水抗剪强度C_(u)是海上风电桩基础设计时的重要土体参数之一,其准确性与海上风电工程的经济性与安全性密切相关,受土样扰动影响,仅依靠土工试验确定的土体参数往往存在偏差。通过理论总结和工程实例应用,研究和探讨综合采用土工试验和原位测试确定不排水抗剪强度C_(u)的原理和方法,为得到合理的C_(u)值提出建议。

海上风电原位测试地震液化评价方法的工程应用

我国海域地震频发,砂质沉积、混合沉积分布广泛,易发生地震液化,海上风电工程抗震勘察设计时需重点考虑对地震液化的准确评价。介绍国内外具有代表性的基于原位测试的液化判别方法,包括我国规范经验法和国外Seed简化法,并结合国内海上风电工程实例的应用,对各种方法的液化判别结果进行对比分析。研究结果认为对于国内具有类似工程地质和地震条件的海上风电工程,地震液化评价时宜优先采用基于SPT的规范经验法和基于CPTU的Seed简化法进行综合判别。

某风电场监控系统功率控制器改造后的AVC联调试验方案

某风电场升压站继保室内风机监控系统功率控制器(ION)采集的无功值为某线路侧的无功值(即并网点无功值),由于该采样点位置无法获取35 kV侧6组集电线路的无功值,在风电机组监控系统与SVG的AVC遥控功能同时投入的情况下进行场内AVC联调时,风电机组监控系统接收的无功目标值无法分配下发至风机集群,造成风电机组监控系统无功出力调节未正常响应。因此,本文根据该风电场AVC联调试验需要,对风机监控系统功率控制柜电源、通信、电流及电压二次回路接线等采取技术改造,改造后进行AVC联调试验验证。

风力机叶片气热除冰系统研究

针对风力机叶片结冰问题,提出了一种基于气热法原理设计的叶片除冰系统。首先对气热除冰系统进行设计,并借助地面试验来分析气热加热系统的可行性,然后通过对已装机运行的风电机组进行现场改造的方式来对气热除冰系统的可靠性进行分析。试验结果表明所设计的气热除冰系统方案可行,对环境温度为-10~0℃范围的叶片除冰效果显著,试验运行稳固可靠无异常。

风电接入对继电保护的影响(七)——风电场送出电网继电保护配置研究

开展大规模风电场并网送出电网继电保护实时数字仿真(RTDS)试验,指出现有风电场送出电网继电保护存在的问题,给出风电场送出电网保护配置建议:110 kV送出线路的主保护采用分相电流差动保护,后备保护采用解微分方程算法的距离Ⅰ段,或将相量距离Ⅰ段保护延时0.15 s动作,同时配置常规距离Ⅱ、Ⅲ段及零序电流保护;送出变压器主保护采用差动保护,励磁涌流判据采用间断角鉴别、时差法等方法,后备保护配置复合过电流保护及零序电流方向保护;330 kV送出线路主保护配置2套独立工作的分相电流差动保护,采用电压突变量选相元件及基于零序分量的方向元件,后备保护配置与110 kV送出线路相同。

风电场SVG测试方法研究与结果分析

无功补偿是目前解决风力发电电压稳定问题的主要手段。文中对风电场静止无功发生器(SVG)性能试验的相关标准进行了研究,给出了各项指标的测试方法;利用江苏某风电场进行实测分析,得到试验结论并发现存在的问题;通过对风电场无功损耗的理论分析和录波验证,寻找出无功补偿特性测试结果不理想的原因,给出今后试验时的改进方向。

风电叶片气热抗冰系统理论设计及工程应用

针对MW级风电叶片气热抗冰技术建立了加热融冰过程中的热力学模型,对复合材料叶片表面融冰时间进行了计算,其结果与有限元仿真计算结果误差小于7%。对风场服役的2 MW机型叶片进行融冰实验,结果表明,气热抗冰系统在环境温度为-10℃的条件下可以有效融冰/防冰。

风电场接入对高压送出线路重合闸的影响

风电场接入对高压送出线路的重合闸配置具有重要影响。针对送出线路发生故障后风电场的故障特性,分析了风电场对不同重合闸方式、时间定值和检定方式的影响,提出适用于风电送出线路的重合闸方案。以双馈风机为例,结合现场录波数据,研究了送出线路发生单相故障和相间故障后风电场的故障特征,并仿真验证了故障特征的正确性。在此基础上对比分析了单重方式和三重方式的优缺点,得到了220 k V及以上送出线路应优先采用综合重合闸的结论;分析了单相重合闸及三相重合闸时间定值的整定依据,并且对不同风电场的三相重合闸检定方式进行了研究,提出了一种"持续检母线无压"的新型检定方式,使送出线路发生瞬时性故障时能够在最短时间内重合成功,实现风电场快速并网发电。

酒泉风电基地短路试验分析及仿真

为验证酒泉风电基地风电场的低电压穿越能力,国家电网公司西北分部于2012年12月组织开展了4次短路试验。基于实测数据,分析了试验过程中风电机组和无功补偿装置的特性,建立了不同型号风电机组的数学仿真模型,通过与实测数据比对校验了机组模型的准确性。建立了短路试验典型工况下的酒泉风电基地仿真模型,仿真复现了典型工况下的短路试验暂态过程,从而校核了风电基地动态仿真模型及参数的正确性。