何水娥

（安徽省地質(zhì)實驗研究所（國土資源部合肥礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心），安徽 合肥 230001）

伴隨綠色清潔能源市場不斷推進(jìn)，使得風(fēng)力發(fā)電項目得以迅速推廣，截至2019年上半年，全國累計裝機1.93億千瓦。風(fēng)力發(fā)電機組塔筒屬于高聳建筑，塔架偏心，基礎(chǔ)不均勻沉降超過允許值，在壓力荷載和動力荷載作用下，將給風(fēng)電機組吊裝及運行帶來安全隱患，輕則使風(fēng)機達(dá)不到設(shè)計運行效率，重則將造成塔架傾覆嚴(yán)重后果。因此，為確保風(fēng)力發(fā)電機組的施工運營安全，必須對風(fēng)力發(fā)電機組塔架進(jìn)行垂直度檢測[1]。

1 風(fēng)力發(fā)電機組塔筒垂直度測量內(nèi)容

風(fēng)力發(fā)電機組塔筒垂直度主要通過風(fēng)電塔中心的水平偏移量和傾斜度來體現(xiàn)，可通過截面中心的水平位移量來求取，從而判斷塔筒的傾斜。風(fēng)力發(fā)電機組塔筒就是風(fēng)力發(fā)電的塔桿，在風(fēng)力發(fā)電機組中主要起支撐作用，同時吸收機組震動。風(fēng)力發(fā)電機塔筒為上細(xì)下粗圓柱體，塔筒高度約82m。因此風(fēng)機塔筒不便于攀爬，發(fā)射照準(zhǔn)設(shè)備安置困難。因此，常規(guī)的用儀器照準(zhǔn)在構(gòu)筑物上布設(shè)的照準(zhǔn)標(biāo)志或反射片的垂直度檢測方法不適用于風(fēng)電塔筒垂直度檢測[2]。

2 風(fēng)力發(fā)電機塔筒垂直度檢測方法

2.1 基礎(chǔ)沉降量觀測方法

如圖1所示，在風(fēng)機塔筒平臺上布設(shè)四個沉降監(jiān)測點，采用天寶DINI03等高精度水準(zhǔn)儀，采用一二等水準(zhǔn)觀測方法，對四點的相對高差進(jìn)行觀測。通過兩次觀測高差之差計算塔筒垂直度。

圖1 風(fēng)電塔筒沉降監(jiān)測點示意圖

此方法要求風(fēng)機塔筒施工運營前取得監(jiān)測點初試觀測值，在整個運營期間點位要保存完好。

2.2 全站儀前方交會法

全站儀前方交會法是一種不接觸測量，實際操作簡單。具體操作如下：在地面距風(fēng)力發(fā)電機塔筒約1.5倍其高度的水平距離處，選擇便于觀測、相互通視的兩點A、B，坐標(biāo)為（XA，YA）、（XB，YB），且使A、B兩點與風(fēng)力發(fā)電機組大致成90°角，利用前方交會法測出上、下圓截面的圓心。具體方法如圖2所示，在控制點A、B處分別架設(shè)全站儀，測得風(fēng)力發(fā)電機組塔筒上、下水平圓截面的圓心O1和O2角度值。根據(jù)前方交會計算公式，計算O1與O2的坐標(biāo)值，將O1點投影到O2點的截面，得到水平偏移量與偏移方向。上下圓截面的高差值h可以由全站儀直接測得。計算風(fēng)力發(fā)電機組塔筒的垂直高度，垂直度=水平偏移量/高差h。

圖2 全站儀前方交會觀測方法示意圖

前方交會法不僅能測垂直度，而且當(dāng)有傾斜時，還能測量傾斜量和傾斜方向。其精度取決于交會柱心點坐標(biāo)精度。交會精度與交會圖形及測量精度有關(guān)。但此方法在實際操作中，因塔筒邊緣與遠(yuǎn)處天的顏色接近，很難采集到的塔筒邊線，觀測誤差較大。

2.3 三點畫圓法

三點畫圓法即利用不在同一直線上的三點能確定唯一外接圓的原理，測量風(fēng)電塔筒某一橫截面上三個點坐標(biāo)，求取該圓截面的圓心坐標(biāo)。具體操作如圖3所示：首先在距風(fēng)電機組一定距離處架設(shè)好全站儀，全站儀照準(zhǔn)頂部塔筒連接處的筒頂部某一橫截面，測定截面上3個坐標(biāo)點A1，A2，A3，再用全站儀照準(zhǔn)底部塔筒某一連接處的截面線，測定該截面上的3個點坐標(biāo)B1，B2，B3，同時測量兩截面高差h，內(nèi)業(yè)通過計算求得圓心點坐標(biāo)A0，B0，計算兩點間距離S，垂直度=坐標(biāo)差S/h。

圖3 三點畫圓法示意圖

此方法操作簡單，對儀器架設(shè)位置要求低，全站儀自由設(shè)站，也降低了儀器對中誤差，提高了點位精度。在山區(qū)風(fēng)力發(fā)電項目中具有更強的適用性。

3 三點畫圓法應(yīng)用

位于江西省贛州市南康區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)機塔筒垂直度檢測項目中，因風(fēng)電機組平臺上布設(shè)的沉降監(jiān)測點位在運營期間有些被破壞了，無法獲得沉降累積差，山區(qū)通視條件差等多種因素，選用三點畫圓法檢測風(fēng)機塔筒垂直度。部分檢測成果如表1所示[3-5]。

表1 風(fēng)力發(fā)電塔筒垂直度檢測計算成果表

4 結(jié)語

根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組塔筒為上細(xì)下粗的超高圓柱體等特點，在實際施測過程中，通過比較分析，研究的的三種方法中，三點畫圓法最具實際操作性。在類似的項目中，具有重要的指導(dǎo)意義。