山地風電場機組安裝工程建設探討

黃海兵，胡　剛

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

山地風電場機組安裝工程建設探討

黃海兵，胡剛

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：全國南方山地風電場項目正在迅速崛起，文章以五凌電力臨湘窯坡山風電場機電工程建設為例，針對山地風電場機電安裝過程中，對風電設備吊裝、設備二次運輸、集電線路敷設等提出了值得參考的建議，供同業者參考。

關鍵詞：山地風場；風機吊裝；二次運輸；集電線路

1　窯坡山風電工程概括

五凌電力窯坡山風電場位于湖南省臨湘市境內，風電場場址范圍內有效山脊長度為8.28 km，總面積約為11.36 km2，海拔高度在200~580m之間。

風電場共設計安裝25臺單機容量為2 000 kW（其中1臺限發1 900 kW）的湘電XE105-2000機型機組，總裝機容量49.9MW。風電場機電安裝包括：輪轂中心高度為80m的XE105-2000風力發電機組、塔筒設備的安裝，25臺箱變安裝，風機設備的二次轉運，集電線路及光纜敷設。

2　風力發電機組安裝

2.1吊車選用

項目中使用主吊為徐工800 t全路面汽車吊，輔吊為徐工全路面260 t汽車吊。800 t主吊在加裝風電專業臂頭后，最大起升高度96m，作業半徑19.2m。汽車吊與履帶吊相比，各有優缺點，較履帶吊而言，汽車吊具有：

（1）轉場時間短，加裝風電臂頭后即可開始吊裝，履帶吊通常完成一次機位轉場需要5~6 d，絕大部分難點在于大臂的組裝，在條件不具備的地形下，需要空中組桿，增大了施工難度，汽車吊大臂無需組裝，機位轉場通常在1 d內完成，能夠大大節約工期；

（2）占地面積大，汽車吊機位就位后需打開支腿，對機位平臺面積要求高，如機位平臺面積不足1500m2，主吊進場后場地基本囤不下其他設備。而履帶吊則不同，進場落位后無需支腿，適應小機位作業，同時機位可囤放設備；

（3）費用不同，較國內通用設備臺班價格，汽車吊臺班要貴于履帶吊臺班。

2.2吊裝注意事項

整機吊裝過程中應注意以下事項：

（1）吊裝前測試接地電阻，風機并網前電阻4Ω以下。如施工緊張，風機并網前保證10Ω以下電阻即可，過后再進行地網外延等整改措施。

（2）吊裝前進行基礎環水平及沉降測量，根據廠家要求，一般水平度誤差在±1mm。吊裝前保證基礎環法蘭面無污漬雜物。

（3）箱變基礎位置可根據風機平臺實際情況，做出相應位置的調整，原則上不能阻礙主吊及輔吊的擺放位置。

（4）吊裝前清點附件數量，避免吊裝開始后附件尚未到位或缺少。

（5）風速10m/s左右都可吊裝塔筒及機艙、發電機，葉輪組裝及吊裝務必在風速8m/s以下進行，風速達到6m/s左右時，拉扯攬風繩的人員應適量增加。

（6）機艙吊裝過程中，機艙口朝向應根據主吊擺放位置而確定，不能影響葉輪吊裝，若機艙口朝向不對，可做偏航處理。

（7）發電機吊裝過程中，一定要調整好發電機仰角，湘電風能發電機與機艙對接仰角為85°，為保證發電機與機艙對接輕松，一般發電機吊裝時仰角角度為84°，起吊前可通過調整手動液壓油缸使發電機呈水平狀態。

（8）葉輪組裝過程中，應盡量在1 d內將三片葉片組裝完成，避免1 d內只組裝一片或兩片，若不趕工期，且1 d內不能組裝完成，可在第2 d進行組裝，若實在需要進行趕工的情況下，組裝完一片后務必做好固定，打好地錨。葉輪在起吊過程初始階段，為避免葉輪不平衡造成葉尖著地，應在葉片底部墊兩塊厚實的泡沫，且與葉片間隙保持在20 cm左右。

（9）風機在吊裝過程中，如發現設備存在設計或加工缺陷，務必盡早提出整改意見并采取措施，否則安裝完成之后再整改將加大整改難度及人力物力的投入。

（10）為保證風機安裝正常進行，所有風機設備應盡早到達機位，如機位平臺夠大，可以將機艙、輪轂、發電機、塔筒及葉片等都先運至機位，如場地稍小，應優先運輸機艙、輪轂、發電機及底段塔筒等。

針對一些機位平臺及吊車站位，將用以下幾張機位布局圖進行詳細說明。

主吊為800 t汽車吊，吊車支腿全開為寬17m，長22m，吊車吊臂中心到基礎環外圍為17m。這種機位正好適合施工，主吊、輔吊、葉輪等位置剛好，適合吊裝（圖1）。

圖1　10號風機吊裝

主吊到基礎環外圍距離不夠17m，輔吊由于機位過小沒有地方擺放，需要挖山以保證主吊的最小作業半徑，而輔吊則擺放在道路上，雖然道路與機位平臺有高差，但不影響其作業，只是需要暫時做封路處理（圖2）。

圖2　11號風機吊裝

由于機位平臺過小，需要將道路填平或者挖底，暫時封路等措施，將主吊擺放在道路上。對于類似機位平臺過小的問題，也可采取同樣措施，將機位進場道路填平做有效使用面積，還可適當提高道路坡度（圖3）。

圖3　16號風機吊裝

風機吊裝是一個系統工程，需要土建、機電、業主及監理單位默契配合，工序合理配置、設備到貨按節點控制等，通過對窯坡山風電場風機吊裝經驗進行總結，為工程公司后續風電場風機吊裝管理提供了參考與經驗。

3　設備大件二次運輸

3.1項目簡述

風電場建設過程中運輸量很大，隨著風機設備的陸續進場，物流公司的運輸能力及道路優劣會很大程度影響整體進度。在窯坡山風電安裝項目中，各大件參數如表1。

表1　風機設備參數值

塔筒和風機葉片運輸是在運輸過程中最具代表性的。塔筒運輸中重心分散靠后，運輸用的平板拖車的驅動靠前，上坡時，塔筒重心后傾，不能給驅動輪以有效壓力，拖車就不能產生足夠牽引力。

51m的風葉運輸，必須使用特種山地風機葉片運輸車。該車車板長度近17m，它可把水平放置的葉片舉升成傾斜≤60°。運輸過程中，通過葉片的舉升、旋轉，能有效避開道路兩旁的障礙物，能使風機葉片運輸車輛順利通行。

3.2工程施工探討

道路施工改進思路：山地風電場工程施工的難點，主要在道路施工，風電場道路主要從轉彎半徑，坡度，坡長進行考慮，在風電區域范圍內可分為場外道路與場內道路

3.2.1場外道路

該風場場外道路指主要利用租賃的貨物堆場（長安汽車站）至場內道路入口之間的道路。場外道路基本上是利用各市政公路，大程度修整新建的可能性不大，故關鍵在于設備堆場的選擇，使設備運輸車能夠有效利用現成市政公路或者鄉鎮公路。在前期，場外道路需要經建設單位、施工單位、監理單位、設備廠家及運輸公司等技術人員現場踏勘，重點考察的應該是架空線路，轉彎半徑及縱、橫坡度是否滿足風場設備運輸要求；如不滿足時，需報建進行修整。對于需要增加高度或者改路的架空電線以及需擴寬的彎道需要提前與當地相關職能部門協調，在設備二次運輸前進行改造。

除了必要的報建修整外，還需對道路的特殊地段重點監護，如集鎮，車流量交叉口。以窯坡山項目為例，從堆場至場內道路需經過臨湘大道與107國道交叉口，此段車流量較大。大型運輸車在通過該交叉口時需安排專人進行交通疏導，避免造成交通堵塞。

3.2.2場內道路

山地風場場內道路建設直接影響設備的二次運輸，在道路建設中，在滿足基本路面寬度（有效路面6m）、排水以及泥結石路面的前提下，應主要從如下方面進行考量：

（1）坡度

1）這是道路首先考慮的問題，以窯坡山場內道路為例，一般以常規的50裝載機（馬力225）考慮，載重70 t(函車板)的條件下，且在滿足路面條件良好為直道；

2）坡度在17%以下時，480馬力的牽引頭載重70 t（含車板重）可自行爬坡；

3）坡度大于17%，小于21%時，在同等條件下，要配備1臺裝載機；

4）坡度大于21%時，需要2臺甚至3臺裝載機進行牽引。

可根據牽引頭的馬力與載重量不同另行考慮。不過值得一提的是，同等重量的設備，如中1段塔筒與機艙、輪轂比較，都接近50 t，但中1段塔筒運輸難度要更大，這是因為中1塔筒重心靠后，且運輸車板更長，重心分散更加嚴重，致使同等馬力的牽引頭產生的拉力相差較大。

（2）彎度

風電場建設中的大件運輸量是很多的，尤其是超長超寬的設備，如塔筒、葉片。因此，要求上山道路轉彎半徑必須足夠大，才能使設備通過，一般場內道路轉彎半徑要求為16~20m，才可滿足17.5m長平板掛車行進時轉彎，但轉彎半徑也不能純粹地按理論計算考慮，如在運輸第4段塔筒時，塔筒超過車板長近9m，車輛經過彎道還要考慮超出部分的塔筒不會掃到山體；此外，使用帶后輪液壓轉向的平板運輸時，其后輪可反向轉向，對轉彎半徑的要求會降低20%。最好的做法應是讓運輸車輛進行試運，有問題時，再考慮作適當的修整，這樣可以增加可靠性。在同時存在上坡與彎道的路況，如S彎，T形彎，U型彎，如果坡度大，應在彎道處修筑倒車平臺，大件運輸車經過拐彎處時可以在此處調整車身角度，利于安全通行。

（3）路面

在設備大件運輸中，發現在整個場內道路總有那么固定的幾個地段阻礙大件運輸，這些地方有一些共同點，主要是：

1）位于低洼處，排水沒有及時跟上，南方雨水多，很多低洼處會產生積水，排水措施未跟進會使得路基長期浸泡在水中，致使雨后即使天晴數日，也未必能夠滿足重車行進，再加上路基含水量大的情況下遭其他車輛反復碾壓，更進一步對路面進行了破壞。在風場道路修建中，應同步進行附屬設施建設，如排水溝，排水涵管，擋土墻等，才能為大件運輸創造更有利的條件，更能夠減少后期的道路維護量；

2）有的路面基礎沒有經過青石換填，原有的路基較軟，或者為填方時，沒有分層碾壓，這樣的道路表面看不出問題，可經重車開過，就會造成下陷。800 t主吊自重190 t，為單輪壓，塔筒運輸車載貨物重100 t，雙輪壓，這么大的輪壓經過路基不實的路面很可能發生下陷、塌方。所以在填方路段，該分層碾壓的必須分層，該換填的必須換填。

4　窯坡山集電線路及光纜敷設工程

窯坡山風電場25臺風力發電機組成的集電線路共分為3組，全長29.8 km，均采用鋁芯電纜直埋方式分別接入升壓站35 kV開關柜。

4.1施工過程及工序方案

窯坡山集電線路及光纜敷設主要為電纜敷設及附件制作安裝，光纜敷設及光纖熔接組網，電纜及箱式變壓器交接試驗3大塊。

4.2集電線路敷設及附件制作安裝

集電線路敷設施工主要設備：牽引機、牽引頭、牽引鋼絲繩、直線滑輪、轉角滑輪、穿管滑輪、電纜盤放線架。

4.2.1升壓站至風機段電纜敷設

（1）窯坡山風電場升壓站位于山腳，升壓站至風機段電纜通過山間，整段敷設長度約2 000m。本段敷設的難點有：

1）整個電纜溝在山間，無道路，電纜及施工設備進場難度大；

2）整個路段高差大，且有兩個陡坡處，坡度達到約45°。

（2）施工方法及措施

1）經過現場考察地形后，將整個敷設路段分為三段進行施工：22號風機（22號風機為距升壓站最近機位）至公園水泥路S彎段、水泥路S彎至天井山莊段、天井山莊至升壓站段。分別將電纜放置于22號機位入口處、水泥路S彎處，天井山莊處由高向低進行敷設。

2）對坡度較大的兩處電纜敷設完后進行固定。固定方式為制作錨固樁，將錨固樁打入溝底，上端用螺栓及卡箍對電纜進行固定，本段共計制作錨固樁18套。

（3）各風機支路間電纜敷設

各風機間電纜溝走向按設計要求盡量靠近道路內側進行開挖，電纜敷設走向原則上按照高差由高至低進行施工。對穿越馬路的路段，需預埋鍍鋅鋼管，進行穿管敷設。

（4）電纜中間接頭及終端頭制作安裝

電纜中間接頭及終端頭制作嚴格安照廠家提供的制作工藝說明進行施工，保證送電后的萬無一失。電纜中間接頭及終端頭處均預留適當長度電纜以便于后期檢修維護。

4.2.2光纜敷設及光纜熔纖

風機監控、箱變監控、視頻安防通信光纜敷設采取同集電線路同溝敷設方式進行施工。對光纜敷設采取人工施工方式，避免機械牽引強度過大對光纜造成損壞。在電纜井、箱式變壓器基礎、風機塔筒底部均預留適當長度，作檢修備用。

根據風機間組網圖紙，對每臺一進一出，一進二出的風機采用48芯光纖配線箱進行熔纖、配線。對每組最末端的風機采用24芯光纖配線箱進行熔纖、配線。保證3個系統的通信信號在一個配線箱內進行配線、調試，方便后期維護，檢修。

4.2.3電纜及箱式變壓器交接試驗

電纜交接試驗：窯坡山風電場A、B、C三回路主電纜分別約為6 000m、4 000m、2 500m。主線電纜及各風機支路電纜敷設完畢后，對電纜進行交流耐壓試驗、電纜絕緣試驗、相序試驗。

箱式變壓器交接試驗：對每臺風機箱式變壓器進行交接試驗，試驗項目主要包括：絕緣電阻試驗、變比試驗、直流電阻試驗、交流耐壓試驗。所有試驗均一次性通過，符合交接送電要求。

4.3集電線路敷設施工中配合協調事項

（1）電纜溝開挖前需由機電、土建、業主方一起確定電纜溝走向，以便于電纜敷設。

（2）電纜及光纜敷設完畢后，第一時間通知監理及業主進行驗收。合格后通知土建及時進行回填，避免邊坡垮塌造成的電纜及光纜損壞。

（3）電纜敷設的中間接頭電纜井要在電纜敷設完畢后立即通知土建進行制作，以便于電纜接頭預留及接頭制作。

（4）土建在進行機位開挖的同時要將箱式變壓器基礎做好，電纜敷設至機位后能一次性敷設至箱式變壓器內，避免二次施工。

4.4集電線路及光纜敷設施工的改進措施

4.4.1電纜定尺

窯坡山集電線路敷設電纜到貨尺寸長短不一，導致配線難度加大，電纜浪費大。建議后續風場集電線路到貨電纜采取定尺發貨，電纜定尺后，可以預估中間接頭電纜井的位置，便于在挖電纜溝的同時將電纜井同時挖出來，保證施工進度，降低施工難度。

4.4.2加裝分接箱

建議對長距離主線電纜中間加電纜分接箱，方便電纜試驗，風機調試及檢修。建議對箱變高壓側加裝分接開關。現設計是一臺風機前后線路電纜終端接頭直接在箱變高壓側銅排上連接，如果至下一臺風機的線路或風機設備出現故障需要進行檢修時而要對后面的線路進行斷電的話，就必須解開至下一風機的線路的電纜頭，甩開并臨時固定于箱變高壓側內側面。這種方式存在比較大的安全隱患，如果甩開的電纜頭固定不牢靠，或者安全距離不夠，容易發生誤搭接，導致線路短路，引起設備損壞或人身傷害。

4.4.3明確供貨

窯坡山風電場每組風機的風機通信、箱變通信、視頻安防系統是通過一根24芯光纜進行連接并組環網。3個系統通信必須在風機塔筒內進行熔接配線，3個廠家均未提供光纜配線箱，后期其他風場建設時，由業主明確相關設備的提供。

4.4.4電纜溝開挖

對直埋集電線路敷設施工建議挖溝、中間接頭電纜井制作、電纜敷設、回填整個施工由一家單位進行實施，便于質量把控與施工協調，保證施工進度。

參考文獻：

[1]湘電風能.湘電XE2000-105機型機組安裝說明書[Z].

中圖分類號：TK83

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0088-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.026

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：黃海兵（1972-），男，工程師，從事水電及風電設備檢修維護及項目管理工作。