铁路运营对风力发电影响的研究

王　龙(锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁锦州　121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

铁路运营对风力发电影响的研究

王龙(锦州铁道勘察设计院有限公司，辽宁锦州121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

摘要巴新铁路在修建过程中与风力发电区产生交叉，且风力发电设施距离铁路最近的距离只有164 m。目前国内并无相应的规范去定义运营铁路与风电设施的距离要求，阐述铁路运行时振动对风机设施基础的影响以及周围气流变化对风机扇叶的影响，可为同类工程的勘察设计积累经验。

关键词铁路运行风电设施振动气流

1概述

2007年8月7日，巴新铁路取得了《国家发展改革委关于新建巴彦乌拉至新邱铁路项目核准的批复》(发改交运[2007]1941号文件)。截止至2009年，在巴新铁路初测、定测等现场勘察设计过程中，我院与当地市政府部门进行过调查沟通，现场无风电场存在且当地规划部门也未提出有风电场的规划。2012年10月，铁路穿越的局部区域出现了风力发电设施，由于风力发电塔的相关设计规范尚未提出铁路运营对其影响的具体要求，只是简单的标注为距离线路中心大于2 km，而此次风力发电塔距离铁路的最小距离为164 m，需要研究铁路在运营过程中对风机设施发电的影响。

2影响内容及交叉情况

巴新铁路运行时产生的振动对风机设施基础的影响；巴新铁路列车经过时，周围的气流变化对风机扇叶的影响。

巴新铁路共两次与风电设施交叉，具体里程为：DK49+308与塔146号、塔148号之间电缆交叉及DK51+455与塔129号、塔130号之间电缆交叉，如图1、图2所示。

3振动对风机设施基础的影响分析

3.1　振级预测值

根据铁计函[2010]44号“关于印发《铁路建设项目环境影响评价噪声振动源强取值和治理原则指导意见》(2010年修订稿)的通知”，铁路环境振动VLZ预测计算式如下

式中VLZ0，i——振动源强，列车通过时段的最大Z计权振动级/dB；

Ci——第i列列车的振动修正项/dB；

n——列车通过的列数。

振动源强VLZ0，i：依据铁计函[2010]44号文及本铁路的设计运行时速，客车速度按照120 km/h，源强取值77.5 dB，货车速度按照80 km/h，源强取值80 dB。

振动修正项Ci按Ci=CV+CW+CL+CR+CH+CG+CD+CB进行计算：速度修正CV，依据本铁路客车设计速度120 km/h，货车设计速度80 km/h，速度修正源强取值分别为77.5 dB及80.0 dB；轴重修正CW，预测车辆与参考车辆一致，轴重修正为0 dB；线路类型修正CL，该修正仅对距线路中心线30~60 m范围内进行修正，由于风力发电设施距离线路的最短距离为164 m，线路类型修正为0 dB；轨道类型修正CR，本工程铺设为有砟轨道，轨道类型修正为0 dB；地质修正CG，根据对振动的影响，本工程地质条件为第四系全新统冲积层，地质修正为0 dB；距离衰减修正CD，建筑群类型修正CB，按照最不利条件进行预测，建筑群类型修正为0 dB。

列车通过的列数n：依据巴新线铁路总体设计原则，近期开通客车1列/日，货车12列/日。

通过铁路环境振动VLZ公式的计算，各风电设施基础的震动预测值如表1。

3.2　震动加速度的计算

根据振动加速度级计算公式，可得出振动加速度有效值

式中VAL——振级/dB；

a——振动加速度有效值/(m/s2)；

a0——基准加速度/(10~6 m/s2)。

各基础处的振动加速度值见表2。

3.3　分析结果

经预测，考虑运营期列车速度、位置关系等相关因素，巴新铁路的列车运行对距离较近的风机引起的振动影响约为57.9～65.1 dB，远低于《城市区域环境振动标准》(GB10070—88)之“铁路干线两侧”80 dB标准要求，也低于《城市区域环境振动标准》(GB10070—88)之“居民、文教区”昼间70 dB，夜间67 dB的要求。经计算，振动加速度有效值为0.000 785～0.001 789 m/s2，即列车运行影响至风机基础处的加速度值为0.000 785～0.001 789 m/s2。根据相关资料，该区域风机设计地震烈度为Ⅶ度，对应振动加速度要求为0.15g(1.47 m/s2)，列车运行产生的振动加速度远小于风机设计标准要求，不会对其基础产生安全影响。

4运行气流对风机设施的影响分析

4.1　气动力的数值判定

根据现行铁道部的相关规定，只对高速铁路进行气动压力的分析，且研究范围均在铁路两侧声屏障附近。根据高速铁路相关测试结果：监测对象为作用于轨道两侧声屏障上的脉动风压，声屏障距线路中心距离为4.2 m。通过现场实测和有限元数值计算验证得到，在动车组以220～330 km/h速度运行时，2.15 m高的声屏障气动压力绝对最大值为0.10～0.30 kPa；在动车组以250～320 km/h速度运行时，3.15 m高的声屏障气动压力绝对最大值为0.30～0.70 kPa。

图3为高速铁路设计规范(TB10621—2009)中7.2.19相关内容中的规定。

由图3可见，时速为160 km/h的列车对于距离线路中心不同距离的气动力见表3。

由表3可见，列车对周边的气动力影响成级数衰减，距离线路8 m时的气动力值仅为距离线路中心3 m气动力值的1/10。

4.2　铁路运营所引起的风级计算

依据公式Wp=V2/1 600，可得到风速值。

式中Wp——风速/(m/s)；

V2——气动力值/(kN/m2)。

通过计算，当 8 m距离的气动力为0.028 kN/m2时，计算所得的风速为6.7 m/s，根据国家风速表查得，相当于4级风的风力，对周边的影响为“吹起尘土”。

4.3　分析结果

由于巴新铁路为货运铁路通道，列车运行速度小于160 km/h，对周边的气动力影响较高速铁路会减小很多。参考以上的计算结果，考虑到距离线路最近的129号风机的距离为164 m，气动力成级数衰减，趋近于无，故可认为列车经过时对风机扇叶的气动力影响很小。

5结论

通过以上分析，列车运行时其引起的振动影响约为57.9～65.1 dB，远低于《城市区域环境振动标准》(GB10070—88)的要求，列车运行影响至风机基础处的加速度值为0.000 785～0.001 789 m/s2，远小于风电设施设计时1.47 m/s2的数值；而运行时产生的气流到距离线路最近的129号风机时，气动力成级数衰减，趋近于无。因此，巴新铁路的运行对风机的基础、以及风机周边的气流均不会产生影响。

参考文献

[1]常士骠，张苏民，等.工程地质手册(第四版)[M].北京:中国建筑工业出版社，2007

[2]GB10070—88城市区域环境振动标准[S]

[3]GB50111—2006铁路工程抗震设计规范[S]

[4]TB10502—1993铁路工程建设项目环境影响评价技术标准[S]

[5]TB10621—2009高速铁路设计规范[S]

[6]GB10071—88城市区域环境振动测量方法[S]

[7]TB10018—2003铁路工程地质勘察规范[S]

中图分类号：U212.2

文献标识码：A

文章编号：1672-7479(2015)06-0063-03

作者简介：王龙(1982—)，男，2005年毕业于辽宁工程技术大学地质专业，工学学士，工程师。

收稿日期：2015-09-14