超高海拔风电场风机机组吊装施工技术研究

许海楠，刘志远

（中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

近年风力发电项目大规模开发，山地风电项目的难点往往在于风机的吊装，赵红军［1］、张栋［2］等人研究了山地风电场吊装技术，但西藏地区风力发电项目的开发进展缓慢，除了龙源电力公司在2013年完成过那曲高海拔风电项目［3］，目前在西藏地区尚未建成其他风电场项目，主要原因如下：（1）消纳较困难，成本高；（2）原材料价格、施工机械成本、人力成本较高；（3）气候条件复杂，高寒、缺氧等特点导致施工难度增加；（4）吊装空窗期短，吊装难度增加。本文基于西藏超高海拔地区实验性风电开发关键技术研究及应用（第一阶段）项目，详细介绍了吊装施工工艺，为后期西藏地区风机安装提供借鉴。

1 工程概况

西藏超高海拔地区实验性风电开发关键技术研究及应用（第一阶段）项目，位于山南市措美县中部、哲古镇南部区域。整个场址平均海拔高度介于5000～5065m之间［4］。

风电场总装机容量22MW，拟安装10台单机容量2.2MW风电机组。基于科研以及其他方面的特殊考虑，风电场计划分期实施：一期先行建设运行2台超高海拔风电机组试验样机，综合检验超高海拔风电机组设备的适应性，分别采用科技项目参与单位包括东方电气DEW-D2500-H90和浙江运达WD131-2200风电机组各1台，单机容量2.2MW，总装机容量4.4MW。风机吊装特性见表1和表2。

表1 东电风机各部件主要参数

表2 运达风机各部件主要参数

2 吊装特点

风电场地处超高海拔山区，主要吊装特点表现为以下几方面：

超高海拔地区的风机设备吊装经验缺乏，可能存在困难预估不足、准备不充分的情况；

高海拔高寒、气温低、缺氧环境、强辐射环境，且吊装人员均为内地人员，对此恶劣环境适应能力未可知；

气候条件恶劣、吊装窗口期短、吊装工期可能被迫延长；

超高海拔地区，平均含氧量较内地低许多，存在机械设备发动机功率下降的问题。

3 吊装准备

3.1 吊装人员基本要求

从事本次吊装作业的人员，应针对性挑选年轻身体素质较好的中青年作为主要劳动力，在进场前对每个人进行针对性体检，确保进场施工人员的身体健康。

从低海拔入藏的人员，应提前3天以上到场进行高原环境的适应，未能适应高海拔低温低氧环境的人员严禁进入施工现在作业。

开工前，施工人员应进行相关知识培训，熟悉工程概况、设计图纸、施工技术要求，掌握相关标准、规范、施工工艺及检查细则。

3.2 风机机组设备准备

除叶片外，所有风机机组设备均放置于吊装平台内，平台顶面尺寸为40m×50m，叶片放置于场址附近的堆场，需采用扬举车换装后运输到风机平台。

当风机设备完成开箱验收后，还应对塔筒与塔筒、机舱与塔筒、机舱与发电机、叶片与轮毂及轮毂与机舱／发电机间的螺栓连接副进行抽样复检；螺母及垫片主要检测项目为维氏硬度；螺栓主要检测项目为抗拉强度值、规定非比例延伸0.2%的应力值、断后伸长率、断面收缩率。

送检样品各项指标需要符合规范GB／T32076.7—2015《预载荷高强度栓接结构连接副》第7部分：M39-M64大六角头螺栓和螺母连接副、GB／T3098.1—2010《紧固件机械性能、螺栓、螺钉和螺柱》相关要求。

3.3 吊装机械准备

3.3.1 机械设备配置计划

为确保吊装过程中的安全，根据风机设备的重量、外形尺寸、吊装高度及其结构特点，以及现场吊装条件，综合经济安全可行的施工方针，选择1台中联QUY650W履带式起重机进行主体设备的吊装工作。采用1台80t汽车吊、1台70t履带吊、2台平板拖车配合主吊吊装及转场（见表3）。

表3 机械设备配置计划

3.3.2 起重设备的检验

进场前检验。起重设备应出具厂家提供的设备出厂合格证，并且每年应进行定期检测，由特种设备检验中心出具流动式起重定期检测报告。所进场的设备应在检测合格有效期内。

进场组装后的检验。起重机在组装完成后，应目视检查所有重要部件的规格及形态是否符合要求。

起升载荷试验。具体试验负荷参数见表4。

表4 试验负荷参数

3.4 作业现场准备

风机基础施工完毕，安装前风机混凝土基础原则上应有不少于28d的等强期，达到100%设计的强度要求，各项技术指标均合格，并出具《基础检测报告》。当风机基础混凝土需要在未完全达到100%设计强度，进行吊装时，需对混凝土实体强度进行检测，混凝土实体强度达到设计要求的75%以上强度时，方可进行吊装作业。高强度后浇带强度检测原则上与风机基础检测要求一致。

风机基础回填完成后，应对风机基础的接地电阻值进行测试，结果应满足设计不大于4Ω的要求。

在吊装风机设备前应对上锚板水平度进行验收，要求小于1.0mm时，即为合格。

在完成风机基础回填后，应对回填区域的土石料展开干重度检测，当检测结果达到设计要求的不低于18kN·m3时，即为合格。

为了保证吊装作业安全，对吊机站位点的地面应进行碾压和平整，场平压实系数不得小于0.94。

在规划好主吊站位位置后，应组织对该位置的场地承载力进行检测，检测出的地基承载力应不低于验算的承载力最小值，当承载力检测不能满足需要时，应进行场地复压并复检。

吊装平台面积应在1500～2000m2，满足风机设备卸货及主吊转运组装。风机基础放置在平台边角处，增大机位面积利用率；机位平台朝外100m道路尽可能形成直路，给吊机组装提供场地；机位平台周边无空障，满足叶轮组装时三片叶片的组装空间。

两机或多机抬吊时，应分别计算每个吊车的负荷率；采用双机抬吊作业时，应选用起重性能相似的起重机进行。抬吊时应统一指挥，配合协调，荷载应分配合理，起吊重量不得超过两台起重机在该工况下允许起重量总和的75%。在吊装过程中，两台起重机的吊钩滑轮组应保持垂直状态。

3.5 现场风速分析

吊装期间，风速要求如下：

（1）露天进行起重机移动和吊装作业时，应在五级风力以下进行；

（2）2机抬吊作业时，吊装期间的风速应控制在五级风力（＜8.0m／s）以内；

（3）叶片和风轮吊装作业时，吊装期间的风速应控制在五级风力（＜8.0m／s）以内；

（4）机舱（东电）、塔筒、发电机吊装作业时，风速应控制在五级风力（＜10.7m／s）以内；运达机舱吊装期间，风速应控制在五级风力（＜8m／s）以下；

（5）五级以上大风（＞10.7m／s）停止所有吊装作业。

现场共布置1座测风塔［5］，根据2019—2020年完整年的测风数据分析，5月至6月是进行吊装的窗口期。

（1）吊装窗口期大部分集中在7：00—13：00之间，部分时段13：00以后也存在吊装窗口期；

（2）从风速变化上来看，若7：00—8：00期间风速在允许吊装风速以内，则7：00—13：00之间，风速满足吊装要求的概率较大；

（3）风速突变的情况多，从小风时段突跃至大风时段仅需1h时间；

（4）对2019年和2020年5月初至6月底，80m高度的风速进行统计，满足吊装窗口期（7：00—13：00之间）的天数分别为29d和27d，占比约47.5%和44.3%；小时数分别占白天可供作业时间（7：00—21：00之间）总小时数的42%和49%。具体风速关键指标如表5所示。

表5 风速关键指标统计

4 吊装施工

4.1 吊装步骤

塔基平台及电气柜安装—塔筒安装—机舱吊装—发电机吊装（运达机型无此步骤）—叶轮吊装—安装其余附件—电气安装—安装电梯／助爬器—完工。

4.2 吊装过程实测数据分析

（1）根据吊装施工单位施工日志，2021年5月10日至2021年6月6日完成2台试验风机的吊装，合计28天，平均每台风机吊装时间需14d，而常规山地风电场每台风机吊装时间一般为4～5d。

（2）实际吊装过程中，考虑气温的影响，每天实际工作时间为7点—17点，实际吊装利用小时数占比为31%，平均风速为9.7m／s。

（3）对比表4和表5，平均风速相差不大，但实际利用的小时数跟测风数据统计值相差较大，其中主要原因是当吊装工作进行到叶轮组装时，需要的风速条件（≤4m／s）更严苛，而在5月至6月区段，该种风速条件难以达到，导致需要的时间更长。

5 结 论

（1）对于西藏超高海拔地区选用650t履带吊进行2.2MW风机机组的吊装是可行的，但所需吊装时间较常规山地风电场更长。

（2）通过对测风塔反馈的测风数据和实际吊装时测得的数据对比，测风塔反馈的数据有一定参考性，但需考虑叶轮组装时需要的更低的风速要求。

（3）目前仅完成2.2MW风机机组的吊装，缺乏更大机型的吊装数据，有一定的局限性。