武乡县50 MW山地光伏项目工程施工技术研究

摘要：不同于常规光伏电站，山地光伏发电项目需要在复杂地形条件下施工建设，对施工技术的运用提出了较高要求。文章结合工程实例对山地光伏项目的水文地质条件展开分析，根据工程特点提出施工技术方案，并对基础施工、支架安装、组件安装等各个环节的施工技术要点进行分析和总结，为推动工程的顺利进行提供了保障，可为同类工程建设提供参考。

关键词：山地；光伏发电；安装工程施工；灌注桩基

中图分类号：TU753     文献标识码：A   文章编号：1674-0688（2023）05-0087-03

0 引言

在国家“双碳”政策大力发展清洁能源的背景下，各地纷纷开始加强太阳能资源的开发和利用。在实际工程建设阶段，受地形复杂，山地朝向各异，施工难度大，以及安装施工容易遭遇结构失稳、雷击等因素的影响，导致山地光伏发电建设难度大，施工效率低。通过对武乡县的地形和气候进行研究，采取钻孔灌注桩→光伏支架安装→光伏组件安装→电气安装→验收测试等一整套完善的施工措施，使施工效率和施工质量得到明显提升，为企业节省了施工成本。因此，该施工技术对山地光伏项目的施工有着重要的意义，研究能为我国山地光伏项目施工提供借鉴。

1 工程概况

山西省武乡县5万kW光伏发电项目位于山西省长治市，该地区为暖温带半湿润大陆性季风气候，年日照时数为2 311.5～2 664.5 h。武乡县地处太行、太岳两山之间，海拔为800～1 809 m，各地因为海拔不同，所以存在较大的气候差异，年均气温在10 ℃左右。工程项目位于洪水镇东部一带，距离县城约50 km，项目建设容量为50 MWp，配套建设1座110 kV升压站，占地面积约100万m2（1 500亩），平均水平总辐射达1 367 kWh/m2，按照《太阳能资源评估方法》（QX—T-89—2018）中的标准，该地为太阳能资源丰富区域，适合建设大型光伏电站。

本工程采用现浇钢筋混凝土灌注桩基础，灌注桩的桩径为200 mm，光伏支架设计桩长为1 700 mm，出露地面不小于100 mm，混凝土强度等级为C30。桩身全长范围内对钢筋笼的要求如下：主筋为6根φ10 mm的钢筋，沿主筋均匀分布，混凝土保护层厚度为35 mm，基础桩桩顶应居中预埋钢管，光伏阵列支架柱脚与基础桩顶预留钢管连接且连接必须达到安全标准及符合不均匀沉降要求。

2 水文地质分析

工程位于中、低山区，场地地势较高，存在冲沟发育，地形起伏不平。从前期勘察结果来看，测区存在多处断裂构造，但距離光伏场地较远，对场地稳定性无影响。场地地块相对稳定，区域地震烈度为7°，适合建设光伏电站。场地土壤为中硬土，最大冻结深度达到93 cm，地下水埋深超15 m，不会给建筑物基础带来影响。从地层结构来看，以黄土（粉土）为主，带有湿陷性，厚度约3 m，承载力特征值达到90 kPa，下方分布粉质黏土、层泥岩、层石灰岩，拥有良好的物理力学性能。场地湿陷性黄土可作为光伏支架等构筑物的天然持力层，但容易发生不均匀变形，需做好防渗排水。

3 光伏发电安装工程施工

3.1 施工方案

从投资、运行等角度考量，工程选用540 Wp高效单晶硅太阳能组件，支架选用固定倾角支架，通过将22块光伏组件串联，并呈纵向布置，实现多支路上网，做到分块发电和集中并网，经逆变器将电压从1kV升至35 kV。在光伏电站基础施工阶段，若采用混凝土独立基础的开挖土方量和混凝土用量较大，受地形起伏因素影响，大型机械设备无法顺利进入现场，导致工程整体施工进度滞后，因此不适宜选用独立基础［1］。同时，项目所在地的土壤带有湿陷性，采用钢管桩基础容易被腐蚀，并且在场地偏硬的情况下，采用预应力管桩需进行机械引孔，导致施工成本较高。经综合考量，决定采用钻孔灌注桩基础，该工法能减少开挖量和混凝土用量，工艺成熟、成孔便利。在支架安装阶段，考虑地形起伏问题，应做好各部分的定位安装，保证整体结构稳固。安装光伏组件时，若组件有倾角或被遮挡，将直接影响项目发电量，因此需做到科学测算，严格按设计施工。电气施工需做好线缆敷设，特别是电缆接头处理和接地施工，以应对雷击威胁，确保项目稳定运行。

3.2 技术要点

3.2.1 基础施工

工程支架基础采用钻孔灌注桩，支架立柱通过螺栓与预埋件连接。在基础施工阶段，首先进行基础放线定位，按照设计坐标确认桩位，做好基础中心定位标记，然后进行钻孔，钻孔时严格控制钻杆垂直度，并加强进尺控制，随时检查钻头垂直度，避免出现斜孔、偏孔等问题，钻孔深度不低于设计要求的1.7 m、直径不小于200 mm。成孔后，复测位置、高程和成孔深度，孔底标高和设计值允许偏差为±5 mm，孔底沉渣厚不超过50 mm，孔径偏差在±2 mm范围内，然后将支架下立柱固定在桩孔中，确认合格后进行混凝土灌注。

本工程混凝土全部采用商混，罐车运至现场后采用人工铲入孔，从桩底开始分2次浇筑，直至达到地面高程，然后安装模板，固定预埋件。在混凝土浇筑期间，应加强坍落度控制，并做好振捣密实及基础顶面标高和预埋螺栓轴线跟踪测量，确认误差在标注范围内。浇筑成型后，及时抹面收光，并使用塑料薄膜进行养护。表1为灌注桩施工允许误差标准。工程外露模板为直径250 mm的卡扣式塑料管，安装时对准孔位，确认其保持垂直状态，底端利用限位装置固定［2］。预埋件总长2 m，埋入深度达1.0～1.5 m，每组4根预埋件的顶部高程需统一控制，确保满足上部支架安装精度要求。

3.2.2 支架安装

工程选用“C”形钢支架，由横梁、立柱、斜撑等部件构成，使用镀锌螺栓连接。桩基混凝土强度达到设计值的70%以上，并且尺寸偏差等符合要求，将支架与底部预埋采用螺栓连接。安装前，应对现场人员进行安全、技术交底，确认支架安装参数标准（见表2）。将地脚螺栓周围杂物清理干净，利用经纬仪对基础展开复测，确认螺栓纵、横轴线处于同一直线，偏差不超±5 mm。

按照施工顺序先对支架立柱进行固定，每组支架安装前后确认预留孔中心和地脚螺栓孔中心保持一致，并且需要及时调整立柱纵、横向中心线与基础轴线中心线重合。如果发现基础标高超出偏差，需要立即调整上、下立柱插入尺寸，并用螺栓紧固。立柱安装好后，组装斜撑、纵梁、横梁等部件，使用螺栓连接。使用“人”字梯作业，将立柱立起后，对斜梁进行固定，将螺栓拧至90%的紧度，利用吊线锤对立柱垂直度进行检查，确认符合施工规范要求后，使用电动套筒扳手对螺栓进行紧固。必须严格按照施工图纸确定支架连接顺序和紧固度，禁止随意敲打，以免给结构稳定性带来不利影响。

3.2.3 组件安装

安装光伏组件前，需要完成组件检测，确认组件的各项参数符合技术指标。挑选参数接近的组件安装在同一方阵单元中，对额定电流相近的组件进行串联，并对接线盒上穿线孔进行加工。在阳光下对光伏板开路电压进行测量，确认输出端和标识正负吻合。检查确认光伏板不存在划伤、裂纹、变形等缺陷后，可以使用叉车将其运输到指定方阵行、列通道上，期间应加强防护，并禁止堆叠光伏板，避免与周围支架发生碰撞［3］。安装施工期间，应做到轻拿轻放组件，避免组件受冲击、振荡或承受重压。按照自下而上的顺序安装光伏板，安装后应及时紧固压块螺栓，使用弹簧垫圈进行放松处理，确认光伏板横平竖直。在相同方阵内，应确认光伏板之间的间距一致，倾斜度允许偏差为±1°，相邻组件边缘高差不超过2 mm，同组边缘高差不超过5 mm，并且保证接线盒方位正确。

按照施工顺序，应先对两端4块光伏组件进行安装，完成尺寸、对角线校核后，使用放线绳在中间边沿拉通线，完成中间光伏组件的安装。在此基础上，先安装上排组件，后安装下排组件，使用压块螺栓片将组件固定在横梁上。使用压块螺栓片前，应确认牙齿和横梁卷边槽紧密咬合，并保证结构端正，确保组件受力均匀。在光伏板安装期间，为防止表面玻璃受损，需要在方阵两端设置放线绳，以此为基准对光伏板平面进行调节，确认表面平整、间隙均匀。使用MC4插头进行组件连接。在插头数量较多的情况下，为保证连接的可靠性，需要采用薄膜和密封胶带等加强结构保护（如图1所示），保证接头干净清洁，避免后续出现连接不良的情况。接线过程中，禁止将正负极接反且各串组件连接后要对开路电压进行检查，保证参数正确。确认连接无误后，可将其中一块插头连接断开，确保后续施工人员的安全。安装汇线箱时，应做好线缆、胶带、绑扎线等材料的准备工作，只有确认其质量合格才可以进行方阵布线。按照图纸选用不同颜色的导线作为正负极，连接时应确认接头镀锡截面超出6 mm，并对多股导线加装铜接头。在连接接头圈时，使用截面不超6 mm的单芯导线，确认导线的弯曲方向和紧固螺栓保持一致，各处接线端芯线不超2根，中間增设垫片后将螺栓紧固。对方阵布线进行检查，确认接线盒出口位置连线向下弯曲，避免雨水流入。使用固定卡将组件和方阵连线固定在支架上，确认方阵输出端存在明显标志。完成各串组件连接后，确认开路电压正确。

3.2.4 电气施工

电气施工期间，需要利用1回110 kV线路将光伏电站接入国家电网系统变电站110 kV母线，架空线路长6 km。采用“T”连接方式将各方阵单元发电模块和母线连接，在各区利用集电线路将各单元分区送出至110 kV升压站站进线。在电气施工方面，沿着檩条敷设直流线缆，并沿着支架立柱引入汇流箱，然后直埋敷设至逆变器直流侧。在电缆数量较多的情况下，容易出现电缆固定点受力不均、受阳光直射等问题，造成电缆绝缘加速老化。为解决以上问题，将明敷线缆设置在檩条槽内，根据电缆根数选择对应直径的PVC管加强保护，确认电缆截面不超过保护套管截面的60%。在竖向视线高度位置，粘贴黑黄警示标识，保证线缆敷设整洁美观。

在防雷接地施工时，场区单元和设备采用40 mm× 4 mm镀锌扁钢做接地网，采用50 mm×5 mm镀锌角钢作为垂直接地极，各光伏区不互联，将方阵支架接地，确认组件边框和支架连接牢靠，接入水平接地网，接地环网施工完毕，分区进行电阻检测，确认接地电阻不超过4 Ω。在避雷器等位置，安装垂直接地极进行集中接地，与主接地网连接。在接地安装实践中，使用黄绿色BVR接地线将各方阵两端组件和檩条连接，并使用热镀锌扁钢将立柱和人工接地体连接。考虑到大风天气可能造成支架、组件晃动，因此要设置连续环形补偿余量，对接地线两端进行压线处理，使用机螺栓处理压接点，应将弹簧垫片等零件配备齐全。在立柱和预埋件之间，使用橡胶圈密封对接缝进行处理，并使用双螺栓和平垫片等零件对接地扁钢进行固定，并在表面涂刷标识漆，增强接地可靠性。

3.3 验收测试

在工程安装施工结束后，在晴朗天气条件开展测试验收工作，确认太阳总辐照度至少达到700 W/m2。开展一个周期的测试，应确认电站辐照不稳定度不超过±1%。按照测试要求，方阵开路电压符合规定，最大输出功率至少达到各组件最大输出功率的60%，输出端和支撑结构间绝缘电阻至少达到50 MΩ。利用太阳能模组测试仪进行检测，使用带MC4插头的点拉线与测试仪正负极夹头连接，使组件面向太阳直射方向。

4 结论

山地光伏电站可以将光伏发电和荒山治理结合，提高土地资源综合利用效益，推动地区能源结构转型升级，改善地方生态环境。在工程建设实践中，应把握山地光伏发电安装施工难点，科学编制施工方案的同时，把握工程基础施工、支架安装等各环节施工技术要点，确保工程达到较高的发电效率。

5 参考文献

［1］曾庆贺，彭帅.浅谈山地光伏灌注桩基础施工质量控制［J］.湖南水利水电，2022（2）：5-9.

［2］吴龙生，关永明，石亚.山地光伏支架基础灌注桩适应性选择探讨［J］.粘接，2021，48（11）：145-148，153.

［3］赵海军.山地农光互补光伏发电安装工程施工技术研究［J］.山西建筑，2021，47（15）：106-108.

【作者简介】马培文，男，河南商丘人，任职于中铁十七局集团第二工程有限公司，中级职称，研究方向：新能源施工、房建施工。

【引用本文】马培文.武乡县50 MW山地光伏项目工程施工技术研究［J］.企业科技与发展，2023（5）：87-89.