浅谈山区风力发电机组施工技术

2020-06-24何彩云

建材与装饰 2020年18期

何彩云

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南郑州 450000）

随着大气污染防治日益受到重视，清洁能源发展前景广阔，风力发电因为清洁能源，可再生，资源得到进一步开发。中国风力发电装机容量到2020年来可达到5000万kW。许多风力发电机组布置在山区，由于山区风电场位置偏僻，环境复杂，这就给其施工及安全管理带来了一定的难度。

1 风力发电机组的组成

一套完整的风力发电机组主要由风机塔架基础、接地系统、塔筒、机舱、轮毂、叶片、箱式变压器及电气等部分组成。

2 风电场施工总平面布置

风电场一般建设投资较大、工期紧任务重、风机布置分散，风力发电场设计中考虑风机尾流的相互影响，风机之间的水平距离需达到3～4倍塔高（平均塔高80多米），施工区域的扩大，给施工及现场管理都带来难度，需用科学的项目管理方式，从施工中各环节分析、制定控制措施，按照规程规范要求，确保山地风电场施工的工期、质量等目标的完成。施工总布置需按以下基本原则进行：

2.1 路通为先，支线跟进原则

人员及设备进场后、应先开展控制点校核、地形测量，进行风场道路施工，首先要将风场区向外界连通的主干路打开，然后以工程分期为前提，按照相应的分段顺序，依次对风力发电机组之间的支线道路进行整修。在实际针对风电场建设施工安装阶段的道路进行施工的过程中，需要统筹考虑风电场永久规划道路的施工，在此基础上，最大限度地节约施工成本。在实际开展风电场建设施工安装工作的过程中，配套的道路建设不仅需要能够满足施工过程中各项建筑材料的运输需要，还要保证能够通过超长超宽平板运输车，保证塔架、大型起吊设备和主变压器、风轮叶片、风力发电机组机舱等设备以及构件的运输需要。因此，道路建设过程中一方面要保证路基具有足够的宽度和承载力，一方面还需要保证山地位置道路的最大横坡以及最大纵坡能够满足运输需要，除此之外，还需要充分考虑运输工具的长度，保证弯道位置的最小转弯半径能够使运输工具顺利通过[1]。

2.2 分区划片，合理交叉的原则

风电场规模较大，风机布点范围大而分散，一般会分期分批投入运营，对整个风电场进行划片，应根据投入运行的先后顺序和施工期限，按照轻重缓急，合理安排分部分项工程及工序交叉作业。

2.3 以点带面，由近及远的原则

选定风电场项目的第一批项目中的一个区域做为试点，施工过程可根据实际需要分区分片。在充分考虑施工情况的前提下，可以从某一侧进行延伸施工，也可以从中心区域向两侧进行施工，可以加快基础工程施工。

2.4 平面布置要求

施工总平面布置包括四大部分，即设备堆放区、材料加工区、吊装区和施工生产及生活办公区布置。钢筋加工厂、混凝土拌合站应选定在风场的中间位置，减少运输时间。发电机组基础现场需场地平整。通常情况下，制造风力发电机组的单位都会为施工单位提供安装手册，其中主要包括安装现场平面布置图，与此同时，也会包含各个部件的现场尺寸，多数情况下这些尺寸都能满足实际施工的需要，在进行场地平整的过程中需要尽量按照相关要求来操作。现场除满足基础混凝土施工摆放，还应考虑后续机组安装过程中需要用到的轮毂、机舱总成、塔筒以及风轮叶片摆放的安全性，确保场地设置能够满足相应的组装需要，尤其需要重点考虑大吨位起吊机械（主、辅吊）场地[2]。

3 风机基础混凝土施工

风机基础施工主要包括土方开挖和填筑，地基处理，风机基础混凝土浇筑，预埋件埋设（防雷接地、电缆套管等），钢筋制安，基础环安装，基础环安装调平；电缆沟、基础防腐密封，地面硬化等。下面仅对风机基础施工中的重点进行描述。

3.1 基础环施工

风机设备整体过高，对风机垂直度要求严格，其中预埋基础环的水平度直接影响风机发电设备的垂直度、安全性和可靠性。基础环施工显得尤其重要。基础环调平通过安装时、浇筑前、浇筑中三步进行控制调平，浇筑后复测，保证水平精度满足要求。

3.1.1 基础环安装工艺流程

基础环预埋件安装→混凝土垫层浇筑→基础环支腿焊接安装→基础环吊装→基础环调平校正→基础环混凝土浇筑前调平→基础环混凝土浇筑过程中的反复校正。

3.1.2 基础环验收

基础环验收时应按要求复检，检查基础环规格型号是否与设计相符，表面涂层完整无损；支腿长短一致，H型钢无扭曲变形情况，验收合格后方可进行下道工序施工。

3.1.3 基础环支腿焊接安装

基础环支腿的焊接安装应按设计控制尺寸安装配件支腿，首先将下部H型钢与预埋板四边焊接牢固，再将支腿用横梁连接焊接牢固，并保证垂直度，最后安装三个调平丝杆，将调节丝杆与H型钢上顶面焊接牢固，要求焊缝饱满，达到设计要求。

3.1.4 基础环的水平控制

在实际开展变成混凝土施工工作的过程中，一个十分重要的前提条件就是使预埋钢板能够最大限度的保证水平，通常情况下，允许偏差为5mm；基础环吊装时支腿筒水平并在预埋钢板上摆放好；随后对基础环的水平度进行调整，调整过程中，所使用的工具主要为精密水准仪，误差范围在1mm内，在此基础上，对调整螺丝进行焊接；结束上述所有施工步骤之后，还需要继续对基础环上部四周以及底部进行加固，加工主要采用焊接的方式。基础钢筋绑扎完毕模板架立完成后，第二次主要针对基础环的水平度进行复核，确保偏差在允许范围之内。正式开始浇筑混凝土之前，还需要对基础环的水平度进行第三次复核，实际展开浇筑工作的过程中，还需要有效控制浇筑的冲击力以及浇筑的对称性，在此基础上，有效控制其对基础环的影响，每层浇注完毕，测量员都要对基础环的水平度进行校核，且必须双人双仪器观测[3]。

3.2 风机基础混凝土施工

风机基础为大体积混凝土，是土建施工中的重点。施工中应按大体积混凝土要求进行施工，必须做到几下几点：

（1）选用合理的配合比，在满足强度要求的条件下尽量减少水泥用量，选择7d水化热较低的水泥，降低水化放热量。外加剂优先选用具有微膨胀性能的高效减水剂，增加混凝土补偿温度收缩能力。在冬季施工时要掺早强剂和防冻剂。优选抗裂纤维混凝土。

（2）混凝土浇筑采用分层浇筑，根据浇筑能力计算确定每个浇筑层范围及厚度，应尽可能一次性浇筑完成，施工中需要做好针对不同工种的协调工作，根据不同工种的需要进行人员以及机械设备配置，针对可能出现的各类问题准备好应急预案，为了有效避免浇筑中断的情况出现，交接班以及人员吃饭的过程中需要做好统筹安排。大体积混凝土施工应采取措施降低混凝土入模温度。当气温超过25℃时，避开白天高温时段，在夜间浇筑。浇筑完成后，及时进行养护，防止因风大快速失水，出现干缩裂缝。

（3）温控方案必须通过应力计算确定，根据实测温差做适当调整，保证混凝土内外温差不大于25℃，温控养护一般选用保温保湿法，初凝前抹光压实收面，及时养护，养护时间不低于14d。测温点按照规程、规范要求设置，测点按底面以上50mm，中部和表面以下50mm需要做好布置。控制好温度，最高温升不得超过30℃，降温速度要小于1.5℃/d，内、外温差控制在25℃以内，测温及记录由专人负责，混凝土浇筑后即开始测温，并认真绘制温度变化曲线图。

3.3 接地施工

风力机组因其高度较高，易遭受雷击。国内因雷击产生风机倒塌的事故时有发生，防雷接地施工也是一项难点工程。由于环境不同、区域不同接地网的设计也大有不同。但影响接地效果的主要还是土壤电阻率及接地体。目前使用频率最高的还是金属材料，主要有铜包钢、热镀锌园钢和扁钢等。山区因其地势、地质原因，垂直接地孔主要采用钻深孔接地的施工方法。水平接地体镀锌钢管与扁钢、角钢与扁钢焊接时，为了使连接能够最大限度的保证可靠，焊接过程中，不仅需要对接触部位的两侧进行焊接，还需要针对钢带弯成的弧形（或直角形）卡子与钢管（或角钢）补强焊接；混凝土浇筑完毕后，将垂直接地极用水平接地体（扁铁）进行相连，同时，对扁铁周侧采用高效降阻剂进行涂贴。水平接地体和垂直接地极焊口均要进行防腐蚀处理。回填过程中，查验降阻剂有无脱落部位并进行重新修补。土方回填应分层施工，接地网的接地距离应满足设计和规范要求[4]。

4 风机吊装施工

随着时代进步和发展，2MW以上的风机越来越多，大型风力发电机组的吊装技术要求也越来越高。风力发电机组因其起吊重量大、高度高，存在着较高的安全风险。其安全方案应按照住建部2018（31）号文件要求，进行方案评审及专家认证后方可施工。

4.1 风机安装工作程序流程

施工程序：施工准备→设备卸车→基础验收→设备开箱清点、验收→安装塔内沿爬梯的电缆线、照明系统安装→地面组装叶片轮→塔架下段安装→安装地面控制箱→塔架中段安装→塔架上段安装→安装机舱→安装叶轮→验收→试运转、移交。

4.2 吊装准备

风机设备安装前，吊车行走道路及设备存放场地平整，选择好合适的起吊设备，并准备好起吊用的工具和器材。对材料设备的实物要认真检查，看其是否有与设计不符、裂纹、砂眼、超标等缺陷。

主吊的选择事关施工安全和成本，应根据塔筒的最大安装高度、机舱的最大重量，通过验算选择。山区因地势不便，不宜转场，建议使用大吨位汽车吊。

每天派专人与当地气象局取得联系，并分析第二天的天气情况，当气温低于风力发电机组安装要求温度，风力超过6级以上及暴雨、打雷、大雾等恶劣天气时，一律不得安排安装作业。

4.3 基础法兰验收

用水平尺与标尺检查法兰的水平度，防腐层是否损坏，基础法兰与塔筒法兰对接标记检查，标记对应塔门方向。

4.4 电气盘柜安装

调节平台重心、同心度、高度后，使用辅吊将底部控制柜、变频柜吊装放置在底部平台上。

4.5 塔筒安装

4.5.1 底部塔筒安装

按厂家要求的吊点进行安装和紧固塔筒吊具，并起吊。用主吊和辅吊将底段塔筒水平吊离地面1m，对塔筒外观进行再次检查，对油漆破损部位进行补漆处理。主吊缓慢起升，辅吊配合，进行塔筒空中翻身呈竖直状态。

图1 底段塔筒安装

在塔筒即将到达预定位置时，需要对塔筒门进行旋转，旋转到必需的位置（门的位置逆时针偏离主导风向90°），将塔筒放下，将其与基础环的法兰连接到一起。塔筒就位时速度应缓慢，防止损坏螺栓螺纹，如个别螺栓无法入孔时，应采用橡皮锤敲打螺栓入孔。用电动扳手紧固对角的螺栓时，吊车降至最低载荷，紧固螺栓力矩分两次紧固到位。

4.5.2 顶段以及中部塔筒安装

先对一、二节塔筒的螺母、螺栓、垫圈进行连接，连接主要采用吊装的方式，在此基础上，准备好下节塔筒的连接。相关的操作方式与第一二节塔筒的连接方式保持一致，如此反复。