近海风电场海上升压站抗震设计探讨

近海风电场海上升压站抗震设计探讨

陈小卫

（国电南瑞科技股份有限公司211106）

摘要：海上升压站的设置能够实现海上风电场经济发挥。但是现阶段我国海上升压站设计，缺少相应标准规范，主要依靠国外风电场与相关行业发展经验，特别是海上平台的抗震设计方面。对此，笔者针对国外海洋平台标准抗震设计要求进行分析，同时与我国抗震设计进行比较；并提出相应讨论意见.

关键词：近海风电场；海上升压站；抗震设计

新能源的推动应用，陆地风电场资源减少。针对这一问题，我国开始提倡开发绿色能源、节能降耗。于是，海上风电场得到了重视与发展；现阶段国内主要为潮间带或者近海风电场，在风电场与陆面距离较大时，则需要通过升压站作为能源转送建筑物。但是现阶段我国范围内并没有完善的设计参考，尤其在抗震设计上尤其突出。

一、抗震标准

有关海洋平台抗震设计上，国内主要借鉴国外石油协会APIRP2A标准、挪威DNV、国家标准组织ISO标准。我国有关标准规定上并没有对海洋抗震设计有详细说明，由于海上风电场与陆地较近。因此，也可以进行标准参考；不同的标准规范在抗震设计中要求不一。

（一）结构安全标准

海上风电场升压站应用时间通常在20--30a，与石油平台相近；但是在其结果实效后果、居住等内容中远远落后于石油平台。基于重要性角度分析，升压站主要作用与风电场的升压与电能输送，对风电场具有重要作用。现阶段，对海上升压站平台标准只有挪威DNV船级社。参照该项设计标准，海上升压站结构安全标准为高级，设计标准呈现结构失效效率10-5，与美国石油API标准和ISO标准相近，其安全标准一级结构失效率在3.17×10-5，二级为2.3×10-4。对此分析，我国升压站安全标准为一级。

（二）美国API标准

美国石油协会标准抗震设计遵循强度与韧性标准，对两级地震动水准进行综合考量。强度指的是：结构时间年限低于有效而可能振动下，结构没有较大损坏，地震重现时间为200a。韧性标准主要为：罕见高剧烈地震运动过程中结构出现损害，具有充足的储存能量可以避免平台发生塌落。该地震重现在几百年前，主要用1000a重现期地震。

（三）国际ISO标准

国际ISO标准对ELE、ALE抗震设计做出了明确，对全球海岸线地震值与设计，制定了1000a重现期标准反应谱。基于这一理念上，对各场址与平台ELE、ALE地震反应谱进行了推理。ISO抗震理念与API相近，其方向与振型组合和API一致。

（四）反应谱比较

1、场地土类型比较

场地土类型和地震反应谱有着直接联系，笔者将ISO和API标准土类型进行对比。剪切力为海床30m下范围中的不同土层加强平均剪切波速，但我国厚度计算则是取遮盖厚度与20m的最小参数。进而将2个划分标准进行比较，同时注意换算。

2、反应谱比较

反应谱数值包含场地土类型、阻尼比数值等。对此，笔者以某区域海上风电场为例进行比较分析。该风电场地震加速度在0.1g，第一组周期为0.45，多遇、罕遇地震最高参数加速值为0.04g、0.22g，水平地震影响数值为0.08/0.5，场地土类型为软土，遮盖厚度在50m以上，其类别剪波速在150--250m/s，等同于ISO标准中的D类、API标准中的B类。结合抗震标准，推导200a重现期地震最大参数在0.065g。海上升压站结果一阶周期在0.95s。

二、海上风电场海上升压站抗震设计

通过有关方法计算，平台位置区域地震加速度参数需要顺着结构正价水平位置相加。在竖向位置增加该位置的1/2谱值。因为动力响应影响，因此只能够通过线性方法研究，针对非线性的桩-土系统，则可以通过等效桩转变为线性结果，进行地震响应研究。在分析支撑桩基钢结果动力特点时，可以通过5%临界振型阻尼比。API标准中对美国地震动值进行了明确，即：岩石：呈晶体岩、页岩，通常在914m/s以上的横波速率。潜硬冲积物：淤泥质、硬黏土，抗剪力在72kPa深度低于62m；同时，遮盖在岩性物质上。深硬冲积物：淤泥质、硬黏土，其厚度在61m，同样遮盖在岩性物质上。在抗震设计上，API逐渐趋于ISO发展。

根据标准以Samap(1.0)谱值对场地地震区域进行分析，随后利用平台分析等级年失效率目的，分析平台异常水准和地震稀有地震水平相近。参照地震区域与等级选择地震风险类型，即：综合地震风险较小的区域，通过ISO标准对动值展开研究，针对SRC高区域进行地震安全分析，对2个水准的地震动值进行分析。随后，结合等效剪切波速、地质情况、贯入度等数值，把场地土划分为A--F不同类型，这与我国抗震标准具有差异性，ISO标准场地类型判断遮盖厚度在30m，进一步确定场地数值Ca、Cu。根据场地ISO地震数值图像判断有关数值与参数，得出1000a重现阶段的水平地震加速度反应谱。

我国抗震设计主要参照陆面地震危险性计算而出，海上范围内地震环境与路面有一定差距，例如：地震危险性特点差异。因此，在抗震设计时需要注重其危险性特点不同。

本次抗震设计中，主要根据API进行抗震设计。若要求结合地震反应谱进行设计，则强度标准可以选择重现期在475a中，韧性标准则选择罕见地震反应谱。地震影响与环境荷载不同，例如：大风、波浪等。其构成与我国建筑抗震标准存在差异。但从客观角度分析，各标准在结构元件与节点设计抗震过程中，钢材强度设计参数和承重力抗震数值有着不同要求，还需要根据具体状态选择应用。

结语：

综上所述，笔者主要对升压站抗震设计等级、场地土类型、反应谱进行综合分析。以上因素对抗震设计具有重要作用。所以，海上风电场项目设计过程中需要对结构标准进行确立。最后进行地震评价，确定实际数值确保风电场运行。

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