《海冰地區(qū)海上風電場設(shè)計導則》

ICS27.180

P61

備案號：Jxxxx－202xNB

中華人民共和國能源行業(yè)標準

PNB/TXXXXX-202X

海冰地區(qū)海上風電場工程設(shè)計導則

DesignGuidelineforOffshoreWindPowerProjectswithSeaIce

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

國家能源局發(fā)布

1

國家能源局

公告

202×年第×號

依據(jù)《國家能源局關(guān)于印發(fā)<能源領(lǐng)域行業(yè)標準化管理辦法（試行）>及實施細則的

通知》（國能局科技〔2009〕52號）有關(guān)規(guī)定，經(jīng)審查，國家能源局批準《×××××

×》等××項行業(yè)標準，其中能源標準（NB）××項、能源/石化標準（NB/SH）××

項、電力標準（DL）××項、石油標準（SY）××項，現(xiàn)予以發(fā)布。

附件：行業(yè)標準目錄

國家能源局

202×年×月×日

附件：

行業(yè)標準目錄

代替標采標

序號標準編號標準名稱批準日期實施日期

準號

…

NB/T海冰地區(qū)海上風電202×-××-×

×××202×-××-××

×××××-202×場工程設(shè)計導則×

…

2

前言

根據(jù)《國家能源局綜合司關(guān)于下達2019年能源領(lǐng)域行業(yè)標準制（修）訂計劃及英

文版翻譯出版計劃的通知》（國能綜通科技〔2019〕58號）的要求，規(guī)范編制組經(jīng)廣泛

調(diào)查研究，認真總結(jié)實踐經(jīng)驗，參考有關(guān)國內(nèi)外先進標準，并在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上，

制定本規(guī)范。

本規(guī)范的主要技術(shù)內(nèi)容是：基本規(guī)定、海冰及其它環(huán)境條件、電氣設(shè)備選型、電氣

設(shè)計、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計、消防、給排水及暖通設(shè)計、施工組織設(shè)計、安全監(jiān)測設(shè)計、運行

及維護。

本規(guī)范由國家能源局負責管理，由水電水利規(guī)劃設(shè)計總院提出并負責日常管理，由

能源行業(yè)風電標準化技術(shù)委員會風電場工程規(guī)劃設(shè)計分技術(shù)委員會負責具體技術(shù)內(nèi)容

的解釋。執(zhí)行過程中如有意見或建議，請寄送水電水利規(guī)劃設(shè)計總院（地址：北京市西

城區(qū)六鋪炕北小街2號，郵編：100120）

本規(guī)范主編單位：水電水利規(guī)劃設(shè)計總院

上海勘測設(shè)計研究院有限公司

本規(guī)范參編單位：中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司

中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司

中國三峽新能源（集團）股份有限公司

福建永福電力設(shè)計股份有限公司

本規(guī)范主要起草人員：

本規(guī)范主要審查人員：

3

目次

1總則................................................................................................................................................1

2術(shù)語....................................................................................................................................................2

3基本規(guī)定............................................................................................................................................4

4海冰及其它環(huán)境條件........................................................................................................................5

4.1海冰分布.....................................................................................................................................5

4.2海冰性質(zhì).....................................................................................................................................7

4.3海冰條件...................................................................................................................................11

4.4海冰調(diào)查...................................................................................................................................11

4.5氣象.......................................................................................................................................12

4.6潮位.......................................................................................................................................12

4.7海流.......................................................................................................................................13

4.8波浪.......................................................................................................................................13

4.9海水溫度...................................................................................................................................13

4.10海水鹽度.................................................................................................................................13

4.11其他.....................................................................................................................................13

5電氣設(shè)備選型..................................................................................................................................14

5.1風電機組...................................................................................................................................14

5.2海纜.......................................................................................................................................15

5.3海上升壓變電站及陸上變電站、陸上集控中心...................................................................15

6電氣設(shè)計..........................................................................................................................................16

6.1電氣一次...................................................................................................................................16

6.2電氣二次...................................................................................................................................18

7基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計..................................................................................................................................20

7.1一般規(guī)定...................................................................................................................................20

7.2材料.......................................................................................................................................20

7.3荷載及工況組合.......................................................................................................................21

7.4海冰荷載...................................................................................................................................25

7.5結(jié)構(gòu)抗冰計算...........................................................................................................................33

7.6結(jié)構(gòu)抗冰設(shè)計要求及抗冰措施...............................................................................................35

7.7耐久性設(shè)計...............................................................................................................................36

8消防、給排水及暖通設(shè)計..............................................................................................................37

8.1消防.......................................................................................................................................37

8.2給排水設(shè)計...............................................................................................................................39

4

8.3暖通設(shè)計...................................................................................................................................40

9施工組織設(shè)計..................................................................................................................................42

9.1一般原則...................................................................................................................................42

9.2船機設(shè)備...................................................................................................................................42

9.3主體工程施工...........................................................................................................................42

9.4施工窗口期...............................................................................................................................43

9.5施工安全...................................................................................................................................43

10安全監(jiān)測........................................................................................................................................45

10.1一般規(guī)定.................................................................................................................................45

10.2冰情監(jiān)測.................................................................................................................................45

10.3冰載荷監(jiān)測.............................................................................................................................46

10.4監(jiān)測自動化系統(tǒng).....................................................................................................................46

11運行及維護....................................................................................................................................47

附錄A工程海冰區(qū)劃圖....................................................................................................................48

附錄B一般海冰條件........................................................................................................................49

附錄C極端海冰條件........................................................................................................................55

本規(guī)范用詞說明....................................................................................................................................62

引用標準名錄........................................................................................................................................63

附：條文說明..................................................................................................................................64

5

Conetents

1Generalprovisions.............................................................................................................................1

2Terms..................................................................................................................................................2

3BasicRequirements............................................................................................................................4

4SeaIceandOtherEnvironmentConditions.......................................................................................5

4.1SeaIcedistribution......................................................................................................................5

4.2SeaIceCharacteristics................................................................................................................7

4.3SeaIceConditions.....................................................................................................................11

4.4SeaIceInvestigation.................................................................................................................11

4.5Meteorology..............................................................................................................................12

4.6TideLevel.................................................................................................................................12

4.7Current.......................................................................................................................................13

4.8Wave.........................................................................................................................................13

4.9SeaWaterTemperature.............................................................................................................13

4.10SeaWaterSalinity...................................................................................................................13

4.11Others......................................................................................................................................13

5TypeSelectionofElectricalEquipment..........................................................................................14

5.1WindTurbine............................................................................................................................14

5.2SubmarineCable.......................................................................................................................15

5.3OffshoreSubstation,OnshoreIntegratedControlCenterandOnshoreSubstation...15

6Electricaldesign...............................................................................................................................16

6.1PrimaryElectric...................................................................................................................16

6.2SecondaryElectric...............................................................................................................18

7Foundationdesign............................................................................................................................20

7.1Generalrequirements................................................................................................................20

7.2Materials..................................................................................................................................20

7.3LoadandLoadCombination.....................................................................................................21

7.4SeaIceLoad..............................................................................................................................25

7.5Ice-resistantCalculationforstructure.......................................................................................33

7.6Ice-resistantDesignRequirementsandIce-resistantMesure...................................................35

7.7DurabilityDesign......................................................................................................................36

8Designoffirefighting,WaterSupplyandDrainage,HeatingandVentilation...............................37

8.1FireFightingDesign.................................................................................................................37

8.2WaterSupplyandDrainageDesign..........................................................................................39

8.3HeatingandVentilationDesign................................................................................................40

9ConstructionManagement...............................................................................................................42

9.1GeneralRequirements...............................................................................................................42

6

9.2EquipmentofBoatMachine...................................................................................................42

9.3MainworksConstruction..........................................................................................................42

9.4Construction............................................................................................................................43

9.5ConstructionSafety...................................................................................................................43

10SafetyMonitoring..........................................................................................................................45

10.1GeneralRequirements.............................................................................................................45

10.2IceMonitoring.........................................................................................................................45

10.3IceLoadMonitoring...............................................................................................................46

10.4AutomaticMonitoringSystem................................................................................................46

11OperationandMaintenance...........................................................................................................47

AppendixASeaIceDivisionMapsforEngineering..........................................................................48

AppendixBNormalSeaIceConditions.............................................................................................49

AppendixCExtremeSeaIceConditions............................................................................................55

Explanationofwordsinthiscode..........................................................................................................62

ListofNormativeStandards................................................................................................................63

Addition：ExplanationofProvisions..................................................................................................64

7

1總則

1.0.1本導則規(guī)定了海冰地區(qū)海上風電場工程設(shè)計應(yīng)遵循的原則、方法和技術(shù)要求。

1.0.2本導則適用于新建、改建、擴建的中國海域海冰地區(qū)固定式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的海上風

電場工程的設(shè)計。

1.0.3海冰地區(qū)海上風電場工程設(shè)計，除應(yīng)符合本導則外，尚應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標

準的規(guī)定。

1

2術(shù)語

2.0.1海冰地區(qū)海上風電場offshorewindfarmwithseaice

建設(shè)于中國渤海和黃海北部的海上風電場。

2.0.2海冰seaice

所有在海上出現(xiàn)的冰統(tǒng)稱為海冰，除由海水直接凍結(jié)而成的冰外，它還包括來源于

陸地的河冰、湖冰和冰川冰。

2.0.3海冰厚度seaicethickness

海冰冰面至冰底的垂直距離。

2.0.4冰密集度iceconcentration

海冰覆蓋面積占海冰分布海面的比例。

2.0.5固定冰fastice

沿著海岸形成并與海岸牢固地凍結(jié)在一起的冰。海面變化時能隨之發(fā)生升降現(xiàn)象。

2.0.6浮冰floatingice

漂浮在海面上的冰。

2.0.7平整冰levelice

未受變形作用影響，冰面平整或冰塊邊緣僅有少量冰瘤及其他擠壓凍結(jié)痕跡的海冰。

2.0.8堆積冰hummockedice

任何原因形成的、堆積在一起，表面凹凸不平，融化時，外觀像光滑小丘的海冰。

2.0.9重疊冰raftedice

在動力作用下，一層冰疊到另一層冰上形成的冰面較平坦的海冰。

2.0.10冰脊seaiceridge

碎冰在擠壓作用下形成的一排具有一定長度的山脊狀的堆積冰。

2.0.11冰激振動ice-inducedvibration

冰與結(jié)構(gòu)接觸后，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的往復(fù)運動。

2.0.12初冰日icebeginningday

每年初冬第一次出現(xiàn)海冰的日期。

2.0.13終冰日iceendingday

翌年初春海冰最后消失的日期。

2.0.14冰期seaiceperiod

2

初冰日至終冰日的時間間隔。

2.0.15最低設(shè)計溫度lowestdesigntemperature

考慮結(jié)構(gòu)處于最低工作環(huán)境溫度時不發(fā)生脆性破壞而用來選擇鋼材的溫度。

2.0.16冬季施工constructioninwinter

當平均環(huán)境溫度連續(xù)5天低于5℃時，進入海冰地區(qū)海上風電場冬季施工，當平均

環(huán)境溫度連續(xù)5天高于5℃時即解除冬季施工。

2.0.17整體吊裝installationofassembledparts

將組成一體的風力發(fā)電機組（包括塔架、機艙、風輪）通過海上起吊設(shè)備進行的安

裝作業(yè)。

3

3基本規(guī)定

3.0.1海冰地區(qū)海上風電場的建設(shè)應(yīng)符合節(jié)約和集約利用海域資源的原則，且符合海

洋功能區(qū)劃的資源開發(fā)利用和生態(tài)與環(huán)境的控制要求以及有關(guān)主管部門批準的海上風

電發(fā)展規(guī)劃。

3.0.2海冰地區(qū)海上風電場設(shè)計應(yīng)以各支持性文件、電網(wǎng)的技術(shù)要求、工程相關(guān)設(shè)備、

水文、氣象、地質(zhì)、海域規(guī)劃、航道等基礎(chǔ)資料為設(shè)計依據(jù)。

3.0.3海冰地區(qū)海上風電場風電機組基礎(chǔ)設(shè)計應(yīng)與風電機組設(shè)計使用年限相匹配，風

電機組基礎(chǔ)設(shè)計使用年限不應(yīng)低于25年、極端環(huán)境荷載應(yīng)采用50年設(shè)計基準期。海上

升壓變電站結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限應(yīng)為50年、極端環(huán)境荷載應(yīng)采用100年設(shè)計基準期。

3.0.4海冰地區(qū)海上風電場基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮海冰作用的影響，并進行抗冰設(shè)計。

3.0.5海上風電場中的所有設(shè)備和部件，應(yīng)符合國家現(xiàn)行有關(guān)標準的規(guī)定，海上風電

機組應(yīng)通過國家批準的認證機構(gòu)的產(chǎn)品認證。

3.0.6本導則重點針對海冰地區(qū)海上風電場設(shè)計的特殊性，對常規(guī)海上風電場的設(shè)計

內(nèi)容規(guī)定從簡。

4

4海冰及其它環(huán)境條件

4.1海冰分布

4.1.1海域

中國海冰地區(qū)主要位于渤海和黃海北部海域，北緯37°~41°之間。

4.1.2海冰時空分布

工程設(shè)計中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)物所在特定位置的各種冰情年重現(xiàn)期確定是否考慮海冰條

件。渤海和黃海北部的冰情年可劃分為5種類型（等級），即輕冰年（1級）、偏輕冰

年（2級）、常冰年（3級）、偏重冰年（4級）、重冰年（5級）。各種冰情年的海冰

分部范圍見圖4.1.2。冰情等級劃分標準見表4.1.2。

4.1.3特征冰型

具體工程的設(shè)計冰型應(yīng)根據(jù)可能對該類工程構(gòu)成風險的海冰類型和工程所處海域

海冰特征進行確認。工程所處局部海域特征冰型應(yīng)按固定冰區(qū)、過渡冰區(qū)和浮冰區(qū)進行

劃分。遼東灣和黃海北部要考慮固定冰區(qū)、過渡冰區(qū)和浮冰區(qū)的特征冰型。三種冰區(qū)的

特征冰型如下：

1固定冰區(qū)：起控制作用的特征冰型應(yīng)包括平整冰或堆積冰；

2過渡冰區(qū)：在有冰脊存在的海區(qū)，起控制作用的特征冰型應(yīng)包括固結(jié)冰脊或未

固結(jié)冰脊；

3浮冰區(qū)：起控制作用的特征冰型應(yīng)包括重疊冰或堆積冰。

4.1.4海冰區(qū)劃

根據(jù)中國海冰分布及變化的基本特征，考慮工程設(shè)計與生產(chǎn)作業(yè)部門方便使用，將

中國的渤海和黃海北部劃分為21個冰區(qū)，海冰區(qū)劃可參照附錄A。

5

圖4.1.2各種冰情年的海冰分部范圍

表4.1.2渤海和黃海北部冰情等級劃分標準

遼東灣渤海灣

冰厚冰厚

冰情等級范圍范圍

cmcm

kmkm

一般最大一般最大

輕冰年<1530<65<1020<9

偏輕冰年15~254565~12010~20359~28

常冰年25~4060120~16720~305028~65

偏重年40~5070167~23230~406065~120

重冰年>50100>232>4080>120

萊州灣黃海北部

冰厚冰厚

冰情等級范圍范圍

cmcm

kmkm

一般最大一般最大

輕冰年<1020<9<1020<19

偏輕冰年10~15309~2810~203519~28

常冰年15~254528~4620~305028~46

偏重年25~355046~6530~406546~56

重冰年>3570>65>4080>56

6

4.2海冰性質(zhì)

4.2.1海冰性質(zhì)主要包括物理性質(zhì)和力學性質(zhì)。

4.2.2海冰的物理性質(zhì)主要包括晶體結(jié)構(gòu)、溫度、鹽度、海冰鹽水體積和密度等。

1晶體結(jié)構(gòu)

海冰晶體結(jié)構(gòu)包括粒狀冰、屑冰、柱狀冰和非連續(xù)柱狀冰。海冰晶體結(jié)構(gòu)對海冰物

理和力學性能起控制影響作用。渤海和黃海北部的單層平整冰可看作是柱狀冰。

2溫度

工程設(shè)計中應(yīng)考慮海冰溫度對海冰力學參數(shù)的影響。在寒潮最低氣溫持續(xù)期間，平

整冰斷面的溫度可用平均溫度作為其設(shè)計溫度。

不同重現(xiàn)期的平整冰平均溫度（在假設(shè)無相變發(fā)生時）可按下式計算：

TT

Tiaiw（4.2.2-1）

i2

式中：Ti——海冰設(shè)計溫度（℃）；

Tia——冰層上界面溫度（℃）；

Tiw——冰層下界面溫度（℃）；

3鹽度

海冰自然融化成液體后的海水鹽度。

1）平整冰

平整冰鹽度可按下式計算：

0.387（..）

Si19.007H422-2

式中：Si——平整冰的設(shè)計鹽度，（‰)；

H——平整冰的設(shè)計厚度（cm）。

2）重疊冰

重疊冰鹽度計算公式與平整冰相同。無實測數(shù)據(jù)時，重疊冰的設(shè)計厚度可按平整冰

設(shè)計厚度的2倍設(shè)計。

3）冰脊

冰脊的龍骨設(shè)計鹽度可按下式計算：

0.439（..）

Sir27.428H422-3

式中：Sir——冰脊的龍骨設(shè)計鹽度，（‰)；

7

H——平整冰的設(shè)計厚度（cm）。

4海冰鹽水體積

海冰內(nèi)鹽水胞總體積與冰塊總體積之比。

平整冰鹽水體積可按下式計算：

49.185

vbSi0.532（4.2.2-4）

Ti

式中：vb——平整冰的鹽水體積，（‰）；

Si——平整冰的設(shè)計鹽度，（‰）；

Ti——海冰設(shè)計溫度（℃），一般為-22.9℃~0.5℃。

5密度

平整冰在冰溫大于-7.6℃時應(yīng)作為冰——鹵水二相系統(tǒng)處理，其設(shè)計密度可按下式

計算：

ivibvbvbbvb（..）

i1422-5

1000100010001000

式中：ρ——平整冰密度（g/cm3）；

3

ρi——純冰的密度（g/cm）；

vi——純冰體積，無量綱量；

3

ρb——冰內(nèi)鹵水密度（g/cm）；

vb——平整冰的鹽水體積，（‰）。

純冰的密度ρi可按下式計算：

（..）

i0.91680.00015Ti422-6

3

式中：ρi——純冰的密度（g/cm）；

Ti——平整冰的設(shè)計溫度（℃）；

冰內(nèi)鹵水密度ρb可按下式計算：

0.8（..）

b1422-7

154.11/Ti

3

式中：ρb——冰內(nèi)鹵水密度，單位為（g/cm）；

Ti——海冰設(shè)計溫度，單位為（℃）；

除平整冰之外，其他冰型密度應(yīng)考慮冰內(nèi)空氣和海冰析出鹽分對海冰密度的影響，

相對平整冰，重疊冰密度應(yīng)降低5%~15%，堆積冰和冰脊的密度應(yīng)降低15%~30%。

8

4.2.3海冰的力學性質(zhì)主要包括單軸無側(cè)限壓縮強度、側(cè)限壓縮強度、彎曲強度、剪

切強度、斷裂韌度、凍結(jié)強度、彈性模量、泊松比等。

1單軸無側(cè)限壓縮強度

平整冰和重疊冰的單軸無側(cè)限縮強度分別按下列規(guī)定計算。

a）平整冰單軸無側(cè)限壓縮強度

固定冰區(qū)的平整冰單軸無側(cè)限壓縮強度設(shè)計值可按下式計算：

c4.420.3vb（4.2.3-1）

式中：σc——平整冰水平方向單軸壓縮強度（MPa）；

vb——平整冰的鹽水體積，（‰）；

垂直方向單軸無側(cè)限壓縮強度可取水平方向單軸無側(cè)限壓縮強度的2.5~2.8倍

b）重疊冰單軸無側(cè)限壓縮強度

過渡冰區(qū)和浮冰區(qū)的重疊冰單軸無側(cè)限壓縮強度設(shè)計值可按下式計算：

（..）

cRa1.770.13TiRa423-2

式中：σcRa——重疊冰水平方向單軸無側(cè)限壓縮強度（MPa）；

TiRa——重疊冰設(shè)計溫度（℃）；

垂直方向單軸無側(cè)限壓縮強度可取水平方向單軸壓縮強度的1.0~1.3倍

c）堆積冰和冰脊單軸無側(cè)限壓縮強度

堆積冰和冰脊水平方向單軸無側(cè)限壓縮強度設(shè)計值可按有關(guān)重疊冰的試驗結(jié)果取

為1.50MPa。

2側(cè)限壓縮強度

平整冰和重疊冰的側(cè)限壓縮強度設(shè)計值可取水平方向無側(cè)限壓縮強度的1.5~2.5倍。

3彎曲強度

a）平整冰彎曲強度

平整冰彎曲強度設(shè)計值可按下式計算：

f0.960.06vb（4.2.3-3）

式中：σc——平整冰彎曲強度，單位為MPa；

vb——平整冰的鹽水體積，（‰)；

b）重疊冰彎曲強度

重疊冰彎曲強度設(shè)計值可按下式計算：

9

（..）

fRa0.5180.13TiRa423-4

式中：σfRa——重疊冰彎曲強度（MPa）；

TiRa——重疊冰的設(shè)計溫度（℃）；

4剪切強度

平整冰剪切強度設(shè)計值可按下式計算：

（..）

Cctan423-5

式中：τ——平整冰剪切強度（MPa）；

C——強度系數(shù)（MPa）；

σc——平整冰水平方向單軸壓縮強度（MPa）；

φ——剪切角（°）；

其中C可取σc的0.5倍；剪切角φ可取0；其他冰型剪切強度可按4.2.2-17計算。

5斷裂韌度

平整冰斷裂韌度設(shè)計值可按下式計算：

KIC4.4790.430vb（4.2.3-6）

1/2

式中：KIC——平整冰斷裂韌度（MPa·mm）；

vb——平整冰的鹽水體積，（‰)；

6凍結(jié)強度

凍結(jié)強度可按下式計算：

0.019Ti

f180.79010（4.2.3-7）

式中：τf——凍結(jié)強度（kPa）；

Ti——海冰設(shè)計溫度（℃）；

7彈性模量

平整冰彈性模量值可按下式計算：

（..）

E5.3210.077vb423-8

式中：E——平整冰彈性模量（GPa）；

vb——平整冰的鹽水體積，（‰）；；

海冰彈性模量的典型分布區(qū)間在2GPa~6GPa之間，隨溫度降低而升高。

8泊松比

平整冰泊松比設(shè)計值應(yīng)按彈性分析和塑性分析分別考慮，彈性分析時，可取0.3；

10

塑性分析時，可取0.5。

9摩擦系