山地風電場設備運輸車輛及道路研究

呂玉善 劉昕沖 夏 蓮

中國電建集團核電工程有限公司 山東濟南 250102

隨著國內新能源的發展及優質風電場資源的減少，風電場建設開始轉向山地區域，風機也日趨向超高型機組方向發展，大型超高風電機組開始占據平原、丘陵等各類地形。風機設備具有形狀復雜，重量大，尺寸大等特點，山地風場的設備運輸主要取決于風場道路、運輸設備和天氣狀況等。山地風場具有道路修筑難度大，施工強度高，對施工技術和機械要求較高等特點，同時，設備運輸順利與否直接影響到后續風機安裝施工和投產運行。目前，相當一部分風機安裝相關事故發生在設備運輸和機械轉場環節，因此科學的風場道路設計和修筑是保證風電場安全建設和高效施工的必要條件。為此，研究山地風場運輸車輛和道路規劃設計是十分必要的。

1 山地風場設備運輸機械分析

山地風場設備運輸一般使用重型牽引車加半掛車形式。

（1）超常規尺寸的塔筒一般采用可抽拉式半掛車（圖1），其軸距可拉長。

圖1 運輸塔筒的車輛

（2）機艙運輸采用普通重型牽引拖車（圖2）。

圖2 運輸機艙的車輛

（3）葉片一般在高速上采用可拉長式牽引車輛（圖3）。

圖3 高速葉片運輸車

（4）葉片二次轉運使用專用舉升工裝車（圖4）。

圖4 山地葉片專用工裝車

2 山地風場運輸道路分析

山地風電場道路修筑是一項耗時、費力的施工項目，既要保證風機設備運輸的安全，還要考慮到施工的經濟效益。基于上述目的，山地風場運輸道路的設計和修筑不僅要結合周圍的施工環境和地質地貌，而且要考慮到運輸機械的運載能力。一般設計山地風場道路的要點包括：

（1）運輸道路的轉彎半徑和寬度；

（2）運輸道路的坡度；

（3）運輸道路的承載能力和路面狀況；

（4）運輸道路的高空障礙。

根據山地風場的地質地貌和施工環境，前兩條為影響風場施工的主要因素。

2.1 運輸道路的轉彎半徑和寬度

目前風電場設備運輸一般使用由牽引車和半掛車組成的汽車列車作為風機設備的運輸機械，以其為例分析道路的轉彎半徑和寬度，見圖5。

圖5 汽車列車在轉彎時簡圖

汽車列車在轉向時，牽引車前輪轉向范圍在0～θ許（牽引車準許轉向角度）之間。在牽引車前輪轉至θt時，半掛車轉向過程中，牽引車前輪中心、牽引軸C 中線與牽引車軸線呈θ、α 角度；牽引車軸線與半掛車軸線呈β 角度；當牽引車和半掛車軸線重合時（即牽引車對半掛車相對角速度ω=0），完成車輛的轉彎。在與A 點轉彎角度呈垂直作垂線；在B 點轉彎角度呈垂直作垂線；兩線相交于Ot；在半掛車后軸D 點作垂線，交B 點垂線于O；牽引軸C 點速度Vc垂線，交D 點垂線于Os。

根據力學中求剛體角速度的公式，可以求出牽引車和半掛車的角速度。

當牽引車前輪最大轉向角θmax≤牽引軸最大轉向角θt時，

2.2 運輸道路的坡度

2.2.1 運輸道路的縱向坡度

（1）不需要加寬的道路為直道：風電場主路和支路直道上坡極限縱坡為14%（8°），特殊路段最大縱坡不超過18%（10°）。縱向坡度超出14%路段時，需要使用外部牽引機械（如裝載機）。縱向坡度超出20%時一般不推薦使用。

（2）彎道的坡度：上坡道路急彎縱坡不宜大于5%，困難情況下縱坡不能超過8%。急彎的定義為轉彎半徑≤35 m 左右，轉彎彎度＞90°的轉彎路段。

（3）縱坡下坡最大縱向坡度不大于14%，且大下坡坡底不應有彎道。如下坡坡度超過14%，設備運輸需要反向牽引。但不推薦使用裝載機和挖掘機，防止出現剎車失靈可能會撞擊設備運輸車輛，釀成事故。

（4）道路縱坡較大時，坡長不宜過長。當縱坡超過14%時，最大坡長200m；縱坡14%時，最大坡長300m；縱坡12%時，最大坡長400m；縱坡10%時，最大坡長500m。當坡長過長時需設置緩沖平臺，平板縱坡小于6%，平臺長度35m。

2.2.2 運輸道路的橫向坡度

為保證路面排水，路面需設置橫坡，且橫坡不超過3%（2 °）。彎道設道路內側超高，最大超高不超過3%。

2.3 運輸道路的承載能力和路面狀況

（1）路基壓實度大于0.94。如果為災害性土質（如軟土、濕陷性黃土），需要用承載能力良好的石料進行路基回填。內場道路需設置錯車道，可利用岔路、轉彎等進行設置。

（2）路面寬度滿足運輸車輛的要求。采用泥結碎石或山皮石路面，路面厚度為20cm；局部軟弱路段，可設置厚40cm 山皮石基層。道路的平面度在長度35m范圍內，路面的最高處與最低處高度差小于150mm。

（3）錯車道：風場道路在設備大件運輸時屬于單向運輸道路，為保證運輸順暢，每隔兩公里需設置一處錯車道。錯車道可借用岔道設計，也可單獨修建。當單獨修建時，錯車道處路基寬度需大于7.5m，長度大于35m。

2.4 運輸道路的高空障礙清理

2.4.1 凈空距離

凈空距離為空障與路面垂線長度，同時需考慮車輛長度的影響，滿足車輛通行條件。為了使貨物順利通行，所有運輸車輛都應避免高空物體的阻礙，例如橋梁、電線、樹木等。采用常規車輛運輸，凈空高度為5.3m；設備采用液壓車輛倒運，凈空高度為6.5m；在涉及高壓線時，凈空還需考慮高壓線安全距離。

2.4.2 運輸塔筒的汽車臨空清障

風機塔筒具有直徑大（超過4.5m），長度長（超過25m）的特點，因此運輸塔筒的機械一般使用重型牽引車（提供動力部分，功率超過440 馬力）和重型半掛車（貨物承載部分，部分為軸距可抽拉）組合式的汽車列車。因所運輸的塔筒長度近30m，除使用可拉長式半掛車外，還需在半掛車后端懸空部分塔筒。在山地風場運輸時：

式中：r——半掛車內側輪胎最小轉彎半徑；

D——半掛車兩側輪胎寬度；

L2——半掛車牽引軸至輪胎的軸距。

此時，現場塔筒運輸會出現以下情況：

（1）固體障礙物（如山體、林木和建筑物等）在運輸道路外側稱為外彎道路。

因外懸塔筒在轉彎需要考慮外懸塔筒部分對固體障礙物的需求，其轉彎半徑需適當增大，路寬也要增加。

Rwai≥RW=Rwai- r；Rwai≤RW=Rwai- r

（2）固體障礙物（如山體、林木和建筑物等）在運輸道路內側時，稱為內彎道路。

塔筒運輸時道路外側無固體障礙物或林木等，則按照：W=Rwai- r。

另外，高空線路清理相關數值見表1。

表1 高空線路清理參數

3 結束語

我國風電建設正逐步向西南、東南等山區發展，這些地區良好的風能資源吸引著更多的投資者，山地風電項目的建設前景廣闊，也是國家新能源發展的趨勢。山地風電施工的主要影響因素是設備運輸和風機安裝，科學合理的道路設計、施工是提高風電建設的安全和效率保證。