风电场集电线路杆塔倒塌原因及对策探讨

邵明德

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙 410014）

1 引言

目前，国家大力推动清洁能源的开发，发展低碳经济，丰富的风能资源逐渐得到开发利用，风力发电正处于高速发展的阶段。风力发电场工程主要包括升压站、风机工程、进场道路以及集电线路等主要工程。虽然集电线路工程造价在风电场工程投资中所占比例不大，但对风电场发电的稳定运行起着至关重要的作用。

2 工程概述

山西神池风电场（一期）工程位于山西省西北部神池县，在山地呈条状分布，占地约35 km2，地形起伏较大，地面高程约1 600～2 155 m，风场处于霸业梁上，地形险峻，最低气温在-30～-40 ℃，冰冻期较长，每年无霜期在110 d 左右。工程选用24 台单机容量2 000 kW 的风力发电机组，总装机容量48 MW，集电线路设计为A、B 线，全长约18.6 km。A 线为双回路线路，分别为集电线路Ⅱ线、Ⅲ线，B 线为单回路线路，为集电线路Ⅰ线。每个回路均连接8 台风机。集电线路设计均为架空线路，架空集电线路杆塔为铁塔和水泥杆，铁塔基础设计为现浇钢筋混凝土独立基础，输电线路主导线为185 mm2的钢芯铝绞线。

3 施工情况

神池风电场集电线路Ⅱ线工程基础工程于2009 年11 月7 日全部完成基础浇筑施工，在基础施工完毕后相应进行铁塔架立施工，同步进行水泥杆的架立施工，于2010 年春节前完成全部的杆、塔架立和大部分的线路架设施工。神池风电场集电线路Ⅲ线工程基础工程于2009 年9 月28 日全部完成基础浇筑施工，2010 年3 月进场进行杆、塔架立施工以及线路架设施工，4 月20 日基本完成现场所有施工。集电线路大部分施工均在当地寒冷季节内完成的。

4 风电场的两次杆塔倒塌事件

4.1 第一次杆塔倒塌情况

2010 年3 月19 日夜间，霸业梁刮大风，第二天早上，项目部在工地巡视过程中，发现集电线路II 线A15 号铁塔、A16 号水泥杆、A17 号铁塔已经倒塌，倒塌情况如图1～图3 所示。

图1 A15 号铁塔倒塌情况

图2 A16 号水泥杆倒塌情况

图3 A17 号铁塔倒塌情况

4.2 第二次杆塔倒塌情况

2010 年4 月22 日，霸业梁发生了类似于南方2008 年冰冻灾害的严重覆冰和风暴冰雪天气，风暴过后现场检查工地，发现集电线路Ⅲ线A27 号水泥杆、A28 号铁塔已经倒塌，并且A28 号铁塔正好砸在19 号箱变上，造成箱变受损。倒塌情况如图4～图6 所示。

图4 A27 号水泥杆倒塌情况

图5 A28 号铁塔倒塌情况

图6 19 号箱变被倾覆的铁塔砸损

4.3 两次杆塔倒塌的损失

集电线路工程在短短的一个月内发生两次杆塔倒塌事件，造成了工期和费用损失。虽然经过最大的努力，集电线路A 线投运仍滞后约一个月，并影响后续16 台风机的投运发电。

5 杆塔倒塌原因分析

5.1 工程设计情况

设计单位考虑神池风电场的特殊天气、自然环境情况，在集电线路设计时，提高了设计标准，33 kV 线路设计标准按110 kV 设计标准设计，工程造价对比常规集电线路有很大的提高，每千米集电线路造价达60 万以上，设计采用参数见表1。

表1 神池风电场集电线路工程设计参数表

对比常规的集电线路，设计的安全度是符合规范要求的。

5.2 两次杆塔倒塌现场情况

2010 年3 月20 日的杆塔倒塌，从现场情况分析，倒塔事件明确为A16 号水泥杆拉线拉环与拉盘连接位置出现破坏，固定拉环的钢板从拉盘内拉出，使A16 号水泥杆出现倒杆，带动A15 号、A17 号铁塔倒塌。A16 水泥杆地处霸业梁的西北风风口，3 月19 日晚上及3 月20 日凌晨，霸业梁的风速达53 m/s，发生超强台风级风暴自然灾害的不可抗力因素是造成杆塔倒塌的客观原因。

2010 年4 月22 日的杆塔倒塌，从现场情况分析，倒塔事件为A27 号水泥杆拉线出现破坏，使A27 号水泥杆出现倒杆，带动A28 号铁塔倒塌。当时，神池风电场发生了类似于南方2008 年冰冻灾害的严重覆冰和风暴冰雪天气，导致线路杆塔发生倒塌的自然灾害。据实测当天线路覆冰厚度，霸业梁局部覆冰厚度达到16.5 mm，在已投运的1#风机处，在测风仪覆冰的情况下检测到的最高风速为23.5 m/s。1#风机高程为1 828 m，19#风机位高程为2 099 m，高差达271 m。根据神池风电场的风速特点，高程越高风越大，初步估计19#风机位风速超过30 m/s（30 m/s 为12 级超强台风等级）。

两次杆塔倒塌事件均处于风电场西北风风口，同时均发生恶劣的大风和冰冻自然灾害，形成微气象、微地形风洞效应，气象条件已经超过设计采用的集电线路设计参数的标准，集电线路荷载严重超过设计负荷，导致了集电线路杆塔倒塌。同时，集电线路工程施工均在冬季，施工环境恶劣，给施工带来极大的困难，可能造成工程施工质量存在质量缺陷。

6 对策措施

1）一般风电场自然环境恶劣，发生大风和风暴的概率高，集电线路设计标准应相应提高。对特殊地形、特殊气象从设计上应有特殊考虑，采取附加的安全保证措施，从设计源头消除工程安全隐患。

2）设计采用的设计参数应力求与当地的气象环境相吻合，避免出现自然气候条件与设计参数存在较大差别，对自然气候条件资料不完善的地方，应加强现场实地走访了解，并可以考虑适当提高设计参数来保证安全。

3）对地形险峻的集电线路工程，采取既经济又便捷可行的安全措施，如杆塔增加拉线，增加集电线路工程的安全度。

4）集电线路工程建议可以采用架空线路与电缆线路相结合的方式进行集电线路设计。对涉及征地困难的部分线路采用杆塔架空的集电线路，对地形险峻，可能存在微气象、微地形风洞效应，气象条件复杂地段的集电线路工程，如不涉及征地，可以采用直埋电缆线路方式，这样既可以节省工程造价，又可以保证集电线路的安全运行。

5）分析地区气候、地理条件对施工的影响，制定针对性的施工技术措施。

6）加强现场施工质量管理，确保施工质量。对可能影响集电线路运行的关键工序、关键部位加强现场控制。

7 结语

风电工程建设是一个系统工程。在工程建设中应该充分了解风电场特有的微地形气候，考虑集电线路杆塔抗风、覆冰能力设计裕度，仔细比较设备选型中对设备、装置在安装地点的特殊要求，多角度比较论证风机的微观选址，抓住主要制约点，如集电线路、风机基础等，方能有效实现安全、质量、进度和费用等项目控制目标。

神池风电场位于高寒高风速地区，地质条件复杂，施工难度较大。总承包项目部在发现问题关键所在后，组织技术力量，加强现场协调监督力度，给后期施工提出赶工措施提供技术支持，整个工程目标如期实现。至全部机组投产发电以来，工程运行优良，为业主创造良好的发电效益。