目前，应用于海上风电场的风机基础形式主要有单桩基础、三桩基础、重力型基础、高桩承台基础和导管架基础。利用CDEGS对五种基础的形式进行三维建模，计算在不同的环境条件下的接地电阻大小。
1.单桩基础
利用单桩基础作为自然接地体的方案，其接地性能的好坏和单桩基础的规模有关。采用荷兰Q7海上风电场的基础数据进行建模，其基础半径较小。荷兰Q7海上风电场装机容量为120MW，单台风力发电机的装机容量为3MW，桩基伸入海床层以下30m，内径4m，外径5m，桩体采用钢材。
在各个水位下接地电阻的仿真计算结果见表8-4。
表8-4 单桩基础的接地电阻
从仿真计算结果可以看出，利用单桩基础作为自然接地体进行接地的方案，接地电阻远远小于4Ω。
2.三桩基础
工程中有采用单柱三钢桩基础的实例，如爱尔兰的ArklowBand海上风电场。单柱三钢桩基础结构较为复杂，钢材数量较多但是尺寸较小。因为这种基础全部浸没在水里，其规模会影响接地电阻的大小，为了便于不同基础的比较，选取规模相近的基础建模，模型如图8-9所示，其钢材尺寸见表8-5。
图8-9 单柱三桩基础模型图
表8-5 单柱三桩基础钢材尺寸
除此之外，伸入海床的桩基长度为27m，直径为1.5m，壁厚40mm，据此建立的单柱三桩结构模型示意图如图8-10所示。
在与单桩基础相同的工况下，计算各典型水位下的接地电阻，见表8-6。
表8-6 单柱三桩的接地电阻
图8-10 单柱三桩结构模型图
根据计算的结果分析，单柱三桩基础也能够满足工程的需要，即使在极端低水位的条件下，接地电阻仍然远远小于4Ω要求。
3.重力型基础
为了便于重力型基础的计算结果和其他类型的基础的计算结果进行横向比较，仿真设定重力型基础的规模与其他基础类似，重力型基础如图8-11所示。
图8-11 重力型基础示意图
对重力型基础进行简化，其模型如图8-12所示。
采用正30边形笼状结构模拟钢筋结构，采用块状土壤模拟基础的混凝土部分，并设定周围土壤的电阻率为水的电阻率，即1Ω·m。根据相关资料的研究，当混凝土处于潮湿的环境下并长期与土壤接触时，会使土壤电阻率与周围土壤电阻率达到一个相当的程度。因此，建模时混凝土的土壤电阻率为500Ω·m，加上混凝土模块之后的模型如图8-13所示。
由于重力型基础的主体全部浸没在水中，水位的变化并不会影响重力型基础散流的部分，因此，计算得到在极端低水位下，接地电阻为0.15173Ω，远低于4Ω。(www.xing528.com)
图8-12 重力型基础模型图
图8-13 重力型基础仿真模型说明图
4.高桩承台基础
目前我国已经建成投产的海上风电场——上海东海大桥海上风电场，其风力发电机采用的基础形式为高桩承台结构。其示意图如图8-14所示。
该高桩承台简化了顶部不参与散流的平台，利用块状土壤模拟混凝土承台部分。在30m以上的高桩钢材壁厚为30cm，在30m以下的部分壁厚为25cm，钢材的外径为1.7m。计算各典型水位下的接地电阻，结果见表8-7。
图8-14 高桩承台群示意图
表8-7 高桩承台结构的接地电阻
计算表明，无论在何种水位之下，利用高桩承台基础作为自然接地体，接地电阻都小于4Ω。
5.导管架基础
根据某海上风电场的相关数据，对容量为3.0MW的机组的导管架基础进行了三维建模。导管架基础模型如图8-15所示。
图8-15 导管架基础模型示意图
图8-16 导管架基础模型俯视图和钢材结构示意图
根据设计图，模型俯视图和钢材结构如图8-16所示，所用钢管参数见表8-8。
表8-8 导管架基础模型所用钢管参数
计算各典型水位下的接地电阻，见表8-9。
表8-9 导管架基础的接地电阻
可以看出，利用导管架基础作为自然接地体的接地方案，其接地电阻小于4Ω，可以认为在前述的水文条件下采用这种接地方案是安全的。
根据仿真计算的结果，对于当前主流的五种海上风力发电机组的基础形式利用基础作为自然接地体的接地电阻都小于4Ω，能够满足实际工程的需要。
横向对比各个基础的仿真计算结果可知，单桩基础和高桩承台基础的电气性能最好，单柱三钢桩基础的电气性能最差。此外，除了高桩承台基础，其他基础的接地电阻随着水位的下降呈现上升的趋势，而高桩承台基础则呈现先下降后上升的趋势。这是因为高桩承台基础的水泥台部分在平均水位以上时，有一部分浸没于水中，这相当于增加了散流介质的平均电阻率，因此随着水位的下降，接地电阻呈现下降的趋势，当水位下降到平均水位之下时，高桩承台的水泥平台部分已经完全脱离了水面，这种情况下，其接地电阻大小随着水位下降的变化规律和其他基础形式一样。
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