淺談山區風力發電機組施工技術

何彩云

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南鄭州 450000）

隨著大氣污染防治日益受到重視，清潔能源發展前景廣闊，風力發電因為清潔能源，可再生，資源得到進一步開發。中國風力發電裝機容量到2020年來可達到5000萬kW。許多風力發電機組布置在山區，由于山區風電場位置偏僻，環境復雜，這就給其施工及安全管理帶來了一定的難度。

1 風力發電機組的組成

一套完整的風力發電機組主要由風機塔架基礎、接地系統、塔筒、機艙、輪轂、葉片、箱式變壓器及電氣等部分組成。

2 風電場施工總平面布置

風電場一般建設投資較大、工期緊任務重、風機布置分散，風力發電場設計中考慮風機尾流的相互影響，風機之間的水平距離需達到3～4倍塔高（平均塔高80多米），施工區域的擴大，給施工及現場管理都帶來難度，需用科學的項目管理方式，從施工中各環節分析、制定控制措施，按照規程規范要求，確保山地風電場施工的工期、質量等目標的完成。施工總布置需按以下基本原則進行：

2.1 路通為先，支線跟進原則

人員及設備進場后、應先開展控制點校核、地形測量，進行風場道路施工，首先要將風場區向外界連通的主干路打開，然后以工程分期為前提，按照相應的分段順序，依次對風力發電機組之間的支線道路進行整修。在實際針對風電場建設施工安裝階段的道路進行施工的過程中，需要統籌考慮風電場永久規劃道路的施工，在此基礎上，最大限度地節約施工成本。在實際開展風電場建設施工安裝工作的過程中，配套的道路建設不僅需要能夠滿足施工過程中各項建筑材料的運輸需要，還要保證能夠通過超長超寬平板運輸車，保證塔架、大型起吊設備和主變壓器、風輪葉片、風力發電機組機艙等設備以及構件的運輸需要。因此，道路建設過程中一方面要保證路基具有足夠的寬度和承載力，一方面還需要保證山地位置道路的最大橫坡以及最大縱坡能夠滿足運輸需要，除此之外，還需要充分考慮運輸工具的長度，保證彎道位置的最小轉彎半徑能夠使運輸工具順利通過[1]。

2.2 分區劃片，合理交叉的原則

風電場規模較大，風機布點范圍大而分散，一般會分期分批投入運營，對整個風電場進行劃片，應根據投入運行的先后順序和施工期限，按照輕重緩急，合理安排分部分項工程及工序交叉作業。

2.3 以點帶面，由近及遠的原則

選定風電場項目的第一批項目中的一個區域做為試點，施工過程可根據實際需要分區分片。在充分考慮施工情況的前提下，可以從某一側進行延伸施工，也可以從中心區域向兩側進行施工，可以加快基礎工程施工。

2.4 平面布置要求

施工總平面布置包括四大部分，即設備堆放區、材料加工區、吊裝區和施工生產及生活辦公區布置。鋼筋加工廠、混凝土拌合站應選定在風場的中間位置，減少運輸時間。發電機組基礎現場需場地平整。通常情況下，制造風力發電機組的單位都會為施工單位提供安裝手冊，其中主要包括安裝現場平面布置圖，與此同時，也會包含各個部件的現場尺寸，多數情況下這些尺寸都能滿足實際施工的需要，在進行場地平整的過程中需要盡量按照相關要求來操作。現場除滿足基礎混凝土施工擺放，還應考慮后續機組安裝過程中需要用到的輪轂、機艙總成、塔筒以及風輪葉片擺放的安全性，確保場地設置能夠滿足相應的組裝需要，尤其需要重點考慮大噸位起吊機械（主、輔吊）場地[2]。

3 風機基礎混凝土施工

風機基礎施工主要包括土方開挖和填筑，地基處理，風機基礎混凝土澆筑，預埋件埋設（防雷接地、電纜套管等），鋼筋制安，基礎環安裝，基礎環安裝調平；電纜溝、基礎防腐密封，地面硬化等。下面僅對風機基礎施工中的重點進行描述。

3.1 基礎環施工

風機設備整體過高，對風機垂直度要求嚴格，其中預埋基礎環的水平度直接影響風機發電設備的垂直度、安全性和可靠性。基礎環施工顯得尤其重要。基礎環調平通過安裝時、澆筑前、澆筑中三步進行控制調平，澆筑后復測，保證水平精度滿足要求。

3.1.1 基礎環安裝工藝流程

基礎環預埋件安裝→混凝土墊層澆筑→基礎環支腿焊接安裝→基礎環吊裝→基礎環調平校正→基礎環混凝土澆筑前調平→基礎環混凝土澆筑過程中的反復校正。

3.1.2 基礎環驗收

基礎環驗收時應按要求復檢，檢查基礎環規格型號是否與設計相符，表面涂層完整無損；支腿長短一致，H型鋼無扭曲變形情況，驗收合格后方可進行下道工序施工。

3.1.3 基礎環支腿焊接安裝

基礎環支腿的焊接安裝應按設計控制尺寸安裝配件支腿，首先將下部H型鋼與預埋板四邊焊接牢固，再將支腿用橫梁連接焊接牢固，并保證垂直度，最后安裝三個調平絲桿，將調節絲桿與H型鋼上頂面焊接牢固，要求焊縫飽滿，達到設計要求。

3.1.4 基礎環的水平控制

在實際開展變成混凝土施工工作的過程中，一個十分重要的前提條件就是使預埋鋼板能夠最大限度的保證水平，通常情況下，允許偏差為5mm；基礎環吊裝時支腿筒水平并在預埋鋼板上擺放好；隨后對基礎環的水平度進行調整，調整過程中，所使用的工具主要為精密水準儀，誤差范圍在1mm內，在此基礎上，對調整螺絲進行焊接；結束上述所有施工步驟之后，還需要繼續對基礎環上部四周以及底部進行加固，加工主要采用焊接的方式。基礎鋼筋綁扎完畢模板架立完成后，第二次主要針對基礎環的水平度進行復核，確保偏差在允許范圍之內。正式開始澆筑混凝土之前，還需要對基礎環的水平度進行第三次復核，實際展開澆筑工作的過程中，還需要有效控制澆筑的沖擊力以及澆筑的對稱性，在此基礎上，有效控制其對基礎環的影響，每層澆注完畢，測量員都要對基礎環的水平度進行校核，且必須雙人雙儀器觀測[3]。

3.2 風機基礎混凝土施工

風機基礎為大體積混凝土，是土建施工中的重點。施工中應按大體積混凝土要求進行施工，必須做到幾下幾點：

（1）選用合理的配合比，在滿足強度要求的條件下盡量減少水泥用量，選擇7d水化熱較低的水泥，降低水化放熱量。外加劑優先選用具有微膨脹性能的高效減水劑，增加混凝土補償溫度收縮能力。在冬季施工時要摻早強劑和防凍劑。優選抗裂纖維混凝土。

（2）混凝土澆筑采用分層澆筑，根據澆筑能力計算確定每個澆筑層范圍及厚度，應盡可能一次性澆筑完成，施工中需要做好針對不同工種的協調工作，根據不同工種的需要進行人員以及機械設備配置，針對可能出現的各類問題準備好應急預案，為了有效避免澆筑中斷的情況出現，交接班以及人員吃飯的過程中需要做好統籌安排。大體積混凝土施工應采取措施降低混凝土入模溫度。當氣溫超過25℃時，避開白天高溫時段，在夜間澆筑。澆筑完成后，及時進行養護，防止因風大快速失水，出現干縮裂縫。

（3）溫控方案必須通過應力計算確定，根據實測溫差做適當調整，保證混凝土內外溫差不大于25℃，溫控養護一般選用保溫保濕法，初凝前抹光壓實收面，及時養護，養護時間不低于14d。測溫點按照規程、規范要求設置，測點按底面以上50mm，中部和表面以下50mm需要做好布置。控制好溫度，最高溫升不得超過30℃，降溫速度要小于1.5℃/d，內、外溫差控制在25℃以內，測溫及記錄由專人負責，混凝土澆筑后即開始測溫，并認真繪制溫度變化曲線圖。

3.3 接地施工

風力機組因其高度較高，易遭受雷擊。國內因雷擊產生風機倒塌的事故時有發生，防雷接地施工也是一項難點工程。由于環境不同、區域不同接地網的設計也大有不同。但影響接地效果的主要還是土壤電阻率及接地體。目前使用頻率最高的還是金屬材料，主要有銅包鋼、熱鍍鋅園鋼和扁鋼等。山區因其地勢、地質原因，垂直接地孔主要采用鉆深孔接地的施工方法。水平接地體鍍鋅鋼管與扁鋼、角鋼與扁鋼焊接時，為了使連接能夠最大限度的保證可靠，焊接過程中，不僅需要對接觸部位的兩側進行焊接，還需要針對鋼帶彎成的弧形（或直角形）卡子與鋼管（或角鋼）補強焊接；混凝土澆筑完畢后，將垂直接地極用水平接地體（扁鐵）進行相連，同時，對扁鐵周側采用高效降阻劑進行涂貼。水平接地體和垂直接地極焊口均要進行防腐蝕處理。回填過程中，查驗降阻劑有無脫落部位并進行重新修補。土方回填應分層施工，接地網的接地距離應滿足設計和規范要求[4]。

4 風機吊裝施工

隨著時代進步和發展，2MW以上的風機越來越多，大型風力發電機組的吊裝技術要求也越來越高。風力發電機組因其起吊重量大、高度高，存在著較高的安全風險。其安全方案應按照住建部2018（31）號文件要求，進行方案評審及專家認證后方可施工。

4.1 風機安裝工作程序流程

施工程序：施工準備→設備卸車→基礎驗收→設備開箱清點、驗收→安裝塔內沿爬梯的電纜線、照明系統安裝→地面組裝葉片輪→塔架下段安裝→安裝地面控制箱→塔架中段安裝→塔架上段安裝→安裝機艙→安裝葉輪→驗收→試運轉、移交。

4.2 吊裝準備

風機設備安裝前，吊車行走道路及設備存放場地平整，選擇好合適的起吊設備，并準備好起吊用的工具和器材。對材料設備的實物要認真檢查，看其是否有與設計不符、裂紋、砂眼、超標等缺陷。

主吊的選擇事關施工安全和成本，應根據塔筒的最大安裝高度、機艙的最大重量，通過驗算選擇。山區因地勢不便，不宜轉場，建議使用大噸位汽車吊。

每天派專人與當地氣象局取得聯系，并分析第二天的天氣情況，當氣溫低于風力發電機組安裝要求溫度，風力超過6級以上及暴雨、打雷、大霧等惡劣天氣時，一律不得安排安裝作業。

4.3 基礎法蘭驗收

用水平尺與標尺檢查法蘭的水平度，防腐層是否損壞，基礎法蘭與塔筒法蘭對接標記檢查，標記對應塔門方向。

4.4 電氣盤柜安裝

調節平臺重心、同心度、高度后，使用輔吊將底部控制柜、變頻柜吊裝放置在底部平臺上。

4.5 塔筒安裝

4.5.1 底部塔筒安裝

按廠家要求的吊點進行安裝和緊固塔筒吊具，并起吊。用主吊和輔吊將底段塔筒水平吊離地面1m，對塔筒外觀進行再次檢查，對油漆破損部位進行補漆處理。主吊緩慢起升，輔吊配合，進行塔筒空中翻身呈豎直狀態。

圖1 底段塔筒安裝

在塔筒即將到達預定位置時，需要對塔筒門進行旋轉，旋轉到必需的位置（門的位置逆時針偏離主導風向90°），將塔筒放下，將其與基礎環的法蘭連接到一起。塔筒就位時速度應緩慢，防止損壞螺栓螺紋，如個別螺栓無法入孔時，應采用橡皮錘敲打螺栓入孔。用電動扳手緊固對角的螺栓時，吊車降至最低載荷，緊固螺栓力矩分兩次緊固到位。

4.5.2 頂段以及中部塔筒安裝

先對一、二節塔筒的螺母、螺栓、墊圈進行連接，連接主要采用吊裝的方式，在此基礎上，準備好下節塔筒的連接。相關的操作方式與第一二節塔筒的連接方式保持一致，如此反復。

4.6 機艙安裝

4.6.1 機艙吊裝設備

檢查機艙各項部件是否齊全，各項工具準備齊全，主軸法蘭已清潔完畢；接地線連接完畢；所有螺栓連接已經擰緊；機械剎車松閘工具準備完畢；葉輪固定螺桿及螺帽準備完畢；清潔好機艙內部。安裝好吊裝工具之后，移動吊車，使其處于機艙上方位置，固定好專用吊裝工具。

4.6.2 提升機艙至塔頂位置

吊車就位之后，在機艙的四個吊點上安裝機艙專用釣具，與此同時，還需要根據實際需要進行保護繩索的安裝，確保在實際進行吊裝的過程中機艙不會失控。吊車持力后，將支撐工裝的連接螺栓、運輸支架以及機艙卸掉，對偏航剎車盤的法蘭端面進行清理，移動機艙至固定位置。測量起吊后的機艙水平度，將水平度調整至±1度之間。

吊機艙時機艙縱軸線應處于偏離主風向90°的位置，以便于葉輪的安裝。吊車吊鉤必須處于與機艙縱軸垂直的狀態。要使機艙整體水平。

4.6.3 將機艙安裝于塔頂

機艙吊至上法蘭約10cm處，安裝人員在確保機艙導向柱與塔筒頂部法蘭上的孔對準之后，將機艙放下，直到塔筒頂部法蘭與偏航剎車盤剛好能夠互相接觸，保證兩者對齊的情況下，然后將所有墊片以及螺栓安裝好。對螺栓的固定需要分兩次實施，達到最終力矩要求。

4.7 輪轂和葉片吊裝

對所有必要部件的安裝情況進行檢查，將連接葉片的法蘭和輪轂清理干凈。風葉中間是空心，比較脆弱，作業必須小心謹慎。主、輔吊、葉片專用吊具起吊葉輪，在使葉片上的螺栓孔進入到變槳軸承上的孔內之后，為了使螺栓進入孔內的過程能夠最大限度的保證聽話，需要對變槳機構漿角進行微調，隨后對變槳驅動與變槳軸承進行固定。

輪轂在地面組裝后，用專用吊具，主吊緩慢起升，在吊裝過程中要注意調整位置和方向。輪轂離開地面后，輔吊拆除輪轂底座。用輪轂液壓泵調整輪轂角度，使輪轂順利安裝。葉輪直徑大迎風面積較大，水平組裝、垂直就位時風輪擺動很大，注意設備防護。

4.8 電氣安裝

電氣接線和電氣連接應可靠，所需要的連接件如接插件、連接線、接線端子等應能承受所規定的電（電壓、電流）、熱（內部或外部受熱）、機械（拉、壓、彎、扭等）和振動影響；電氣系統及防護系統的安裝應符合圖樣設計要求，保證連接安全、可靠。不得隨意改變連接方式，除非設計圖樣更改或另有規定。

5 結論

為了進一步落實可持續發展戰略，并在提升風能利用率的基礎上，要加強風力發電機組安裝技術的施工水平，同時加強安全管理，做好環境保護，才能不斷推進山區風力發電場的整體水平。