山地风电场机组安装工程建设探讨

黄海兵，胡　刚

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

山地风电场机组安装工程建设探讨

黄海兵，胡刚

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：全国南方山地风电场项目正在迅速崛起，文章以五凌电力临湘窑坡山风电场机电工程建设为例，针对山地风电场机电安装过程中，对风电设备吊装、设备二次运输、集电线路敷设等提出了值得参考的建议，供同业者参考。

关键词：山地风场；风机吊装；二次运输；集电线路

1　窑坡山风电工程概括

五凌电力窑坡山风电场位于湖南省临湘市境内，风电场场址范围内有效山脊长度为8.28 km，总面积约为11.36 km2，海拔高度在200~580m之间。

风电场共设计安装25台单机容量为2 000 kW（其中1台限发1 900 kW）的湘电XE105-2000机型机组，总装机容量49.9MW。风电场机电安装包括：轮毂中心高度为80m的XE105-2000风力发电机组、塔筒设备的安装，25台箱变安装，风机设备的二次转运，集电线路及光缆敷设。

2　风力发电机组安装

2.1吊车选用

项目中使用主吊为徐工800 t全路面汽车吊，辅吊为徐工全路面260 t汽车吊。800 t主吊在加装风电专业臂头后，最大起升高度96m，作业半径19.2m。汽车吊与履带吊相比，各有优缺点，较履带吊而言，汽车吊具有：

（1）转场时间短，加装风电臂头后即可开始吊装，履带吊通常完成一次机位转场需要5~6 d，绝大部分难点在于大臂的组装，在条件不具备的地形下，需要空中组杆，增大了施工难度，汽车吊大臂无需组装，机位转场通常在1 d内完成，能够大大节约工期；

（2）占地面积大，汽车吊机位就位后需打开支腿，对机位平台面积要求高，如机位平台面积不足1500m2，主吊进场后场地基本囤不下其他设备。而履带吊则不同，进场落位后无需支腿，适应小机位作业，同时机位可囤放设备；

（3）费用不同，较国内通用设备台班价格，汽车吊台班要贵于履带吊台班。

2.2吊装注意事项

整机吊装过程中应注意以下事项：

（1）吊装前测试接地电阻，风机并网前电阻4Ω以下。如施工紧张，风机并网前保证10Ω以下电阻即可，过后再进行地网外延等整改措施。

（2）吊装前进行基础环水平及沉降测量，根据厂家要求，一般水平度误差在±1mm。吊装前保证基础环法兰面无污渍杂物。

（3）箱变基础位置可根据风机平台实际情况，做出相应位置的调整，原则上不能阻碍主吊及辅吊的摆放位置。

（4）吊装前清点附件数量，避免吊装开始后附件尚未到位或缺少。

（5）风速10m/s左右都可吊装塔筒及机舱、发电机，叶轮组装及吊装务必在风速8m/s以下进行，风速达到6m/s左右时，拉扯揽风绳的人员应适量增加。

（6）机舱吊装过程中，机舱口朝向应根据主吊摆放位置而确定，不能影响叶轮吊装，若机舱口朝向不对，可做偏航处理。

（7）发电机吊装过程中，一定要调整好发电机仰角，湘电风能发电机与机舱对接仰角为85°，为保证发电机与机舱对接轻松，一般发电机吊装时仰角角度为84°，起吊前可通过调整手动液压油缸使发电机呈水平状态。

（8）叶轮组装过程中，应尽量在1 d内将三片叶片组装完成，避免1 d内只组装一片或两片，若不赶工期，且1 d内不能组装完成，可在第2 d进行组装，若实在需要进行赶工的情况下，组装完一片后务必做好固定，打好地锚。叶轮在起吊过程初始阶段，为避免叶轮不平衡造成叶尖着地，应在叶片底部垫两块厚实的泡沫，且与叶片间隙保持在20 cm左右。

（9）风机在吊装过程中，如发现设备存在设计或加工缺陷，务必尽早提出整改意见并采取措施，否则安装完成之后再整改将加大整改难度及人力物力的投入。

（10）为保证风机安装正常进行，所有风机设备应尽早到达机位，如机位平台够大，可以将机舱、轮毂、发电机、塔筒及叶片等都先运至机位，如场地稍小，应优先运输机舱、轮毂、发电机及底段塔筒等。

针对一些机位平台及吊车站位，将用以下几张机位布局图进行详细说明。

主吊为800 t汽车吊，吊车支腿全开为宽17m，长22m，吊车吊臂中心到基础环外围为17m。这种机位正好适合施工，主吊、辅吊、叶轮等位置刚好，适合吊装（图1）。

图1　10号风机吊装

主吊到基础环外围距离不够17m，辅吊由于机位过小没有地方摆放，需要挖山以保证主吊的最小作业半径，而辅吊则摆放在道路上，虽然道路与机位平台有高差，但不影响其作业，只是需要暂时做封路处理（图2）。

图2　11号风机吊装

由于机位平台过小，需要将道路填平或者挖底，暂时封路等措施，将主吊摆放在道路上。对于类似机位平台过小的问题，也可采取同样措施，将机位进场道路填平做有效使用面积，还可适当提高道路坡度（图3）。

图3　16号风机吊装

风机吊装是一个系统工程，需要土建、机电、业主及监理单位默契配合，工序合理配置、设备到货按节点控制等，通过对窑坡山风电场风机吊装经验进行总结，为工程公司后续风电场风机吊装管理提供了参考与经验。

3　设备大件二次运输

3.1项目简述

风电场建设过程中运输量很大，随着风机设备的陆续进场，物流公司的运输能力及道路优劣会很大程度影响整体进度。在窑坡山风电安装项目中，各大件参数如表1。

表1　风机设备参数值

塔筒和风机叶片运输是在运输过程中最具代表性的。塔筒运输中重心分散靠后，运输用的平板拖车的驱动靠前，上坡时，塔筒重心后倾，不能给驱动轮以有效压力，拖车就不能产生足够牵引力。

51m的风叶运输，必须使用特种山地风机叶片运输车。该车车板长度近17m，它可把水平放置的叶片举升成倾斜≤60°。运输过程中，通过叶片的举升、旋转，能有效避开道路两旁的障碍物，能使风机叶片运输车辆顺利通行。

3.2工程施工探讨

道路施工改进思路：山地风电场工程施工的难点，主要在道路施工，风电场道路主要从转弯半径，坡度，坡长进行考虑，在风电区域范围内可分为场外道路与场内道路

3.2.1场外道路

该风场场外道路指主要利用租赁的货物堆场（长安汽车站）至场内道路入口之间的道路。场外道路基本上是利用各市政公路，大程度修整新建的可能性不大，故关键在于设备堆场的选择，使设备运输车能够有效利用现成市政公路或者乡镇公路。在前期，场外道路需要经建设单位、施工单位、监理单位、设备厂家及运输公司等技术人员现场踏勘，重点考察的应该是架空线路，转弯半径及纵、横坡度是否满足风场设备运输要求；如不满足时，需报建进行修整。对于需要增加高度或者改路的架空电线以及需扩宽的弯道需要提前与当地相关职能部门协调，在设备二次运输前进行改造。

除了必要的报建修整外，还需对道路的特殊地段重点监护，如集镇，车流量交叉口。以窑坡山项目为例，从堆场至场内道路需经过临湘大道与107国道交叉口，此段车流量较大。大型运输车在通过该交叉口时需安排专人进行交通疏导，避免造成交通堵塞。

3.2.2场内道路

山地风场场内道路建设直接影响设备的二次运输，在道路建设中，在满足基本路面宽度（有效路面6m）、排水以及泥结石路面的前提下，应主要从如下方面进行考量：

（1）坡度

1）这是道路首先考虑的问题，以窑坡山场内道路为例，一般以常规的50装载机（马力225）考虑，载重70 t(函车板)的条件下，且在满足路面条件良好为直道；

2）坡度在17%以下时，480马力的牵引头载重70 t（含车板重）可自行爬坡；

3）坡度大于17%，小于21%时，在同等条件下，要配备1台装载机；

4）坡度大于21%时，需要2台甚至3台装载机进行牵引。

可根据牵引头的马力与载重量不同另行考虑。不过值得一提的是，同等重量的设备，如中1段塔筒与机舱、轮毂比较，都接近50 t，但中1段塔筒运输难度要更大，这是因为中1塔筒重心靠后，且运输车板更长，重心分散更加严重，致使同等马力的牵引头产生的拉力相差较大。

（2）弯度

风电场建设中的大件运输量是很多的，尤其是超长超宽的设备，如塔筒、叶片。因此，要求上山道路转弯半径必须足够大，才能使设备通过，一般场内道路转弯半径要求为16~20m，才可满足17.5m长平板挂车行进时转弯，但转弯半径也不能纯粹地按理论计算考虑，如在运输第4段塔筒时，塔筒超过车板长近9m，车辆经过弯道还要考虑超出部分的塔筒不会扫到山体；此外，使用带后轮液压转向的平板运输时，其后轮可反向转向，对转弯半径的要求会降低20%。最好的做法应是让运输车辆进行试运，有问题时，再考虑作适当的修整，这样可以增加可靠性。在同时存在上坡与弯道的路况，如S弯，T形弯，U型弯，如果坡度大，应在弯道处修筑倒车平台，大件运输车经过拐弯处时可以在此处调整车身角度，利于安全通行。

（3）路面

在设备大件运输中，发现在整个场内道路总有那么固定的几个地段阻碍大件运输，这些地方有一些共同点，主要是：

1）位于低洼处，排水没有及时跟上，南方雨水多，很多低洼处会产生积水，排水措施未跟进会使得路基长期浸泡在水中，致使雨后即使天晴数日，也未必能够满足重车行进，再加上路基含水量大的情况下遭其他车辆反复碾压，更进一步对路面进行了破坏。在风场道路修建中，应同步进行附属设施建设，如排水沟，排水涵管，挡土墙等，才能为大件运输创造更有利的条件，更能够减少后期的道路维护量；

2）有的路面基础没有经过青石换填，原有的路基较软，或者为填方时，没有分层碾压，这样的道路表面看不出问题，可经重车开过，就会造成下陷。800 t主吊自重190 t，为单轮压，塔筒运输车载货物重100 t，双轮压，这么大的轮压经过路基不实的路面很可能发生下陷、塌方。所以在填方路段，该分层碾压的必须分层，该换填的必须换填。

4　窑坡山集电线路及光缆敷设工程

窑坡山风电场25台风力发电机组成的集电线路共分为3组，全长29.8 km，均采用铝芯电缆直埋方式分别接入升压站35 kV开关柜。

4.1施工过程及工序方案

窑坡山集电线路及光缆敷设主要为电缆敷设及附件制作安装，光缆敷设及光纤熔接组网，电缆及箱式变压器交接试验3大块。

4.2集电线路敷设及附件制作安装

集电线路敷设施工主要设备：牵引机、牵引头、牵引钢丝绳、直线滑轮、转角滑轮、穿管滑轮、电缆盘放线架。

4.2.1升压站至风机段电缆敷设

（1）窑坡山风电场升压站位于山脚，升压站至风机段电缆通过山间，整段敷设长度约2 000m。本段敷设的难点有：

1）整个电缆沟在山间，无道路，电缆及施工设备进场难度大；

2）整个路段高差大，且有两个陡坡处，坡度达到约45°。

（2）施工方法及措施

1）经过现场考察地形后，将整个敷设路段分为三段进行施工：22号风机（22号风机为距升压站最近机位）至公园水泥路S弯段、水泥路S弯至天井山庄段、天井山庄至升压站段。分别将电缆放置于22号机位入口处、水泥路S弯处，天井山庄处由高向低进行敷设。

2）对坡度较大的两处电缆敷设完后进行固定。固定方式为制作锚固桩，将锚固桩打入沟底，上端用螺栓及卡箍对电缆进行固定，本段共计制作锚固桩18套。

（3）各风机支路间电缆敷设

各风机间电缆沟走向按设计要求尽量靠近道路内侧进行开挖，电缆敷设走向原则上按照高差由高至低进行施工。对穿越马路的路段，需预埋镀锌钢管，进行穿管敷设。

（4）电缆中间接头及终端头制作安装

电缆中间接头及终端头制作严格安照厂家提供的制作工艺说明进行施工，保证送电后的万无一失。电缆中间接头及终端头处均预留适当长度电缆以便于后期检修维护。

4.2.2光缆敷设及光缆熔纤

风机监控、箱变监控、视频安防通信光缆敷设采取同集电线路同沟敷设方式进行施工。对光缆敷设采取人工施工方式，避免机械牵引强度过大对光缆造成损坏。在电缆井、箱式变压器基础、风机塔筒底部均预留适当长度，作检修备用。

根据风机间组网图纸，对每台一进一出，一进二出的风机采用48芯光纤配线箱进行熔纤、配线。对每组最末端的风机采用24芯光纤配线箱进行熔纤、配线。保证3个系统的通信信号在一个配线箱内进行配线、调试，方便后期维护，检修。

4.2.3电缆及箱式变压器交接试验

电缆交接试验：窑坡山风电场A、B、C三回路主电缆分别约为6 000m、4 000m、2 500m。主线电缆及各风机支路电缆敷设完毕后，对电缆进行交流耐压试验、电缆绝缘试验、相序试验。

箱式变压器交接试验：对每台风机箱式变压器进行交接试验，试验项目主要包括：绝缘电阻试验、变比试验、直流电阻试验、交流耐压试验。所有试验均一次性通过，符合交接送电要求。

4.3集电线路敷设施工中配合协调事项

（1）电缆沟开挖前需由机电、土建、业主方一起确定电缆沟走向，以便于电缆敷设。

（2）电缆及光缆敷设完毕后，第一时间通知监理及业主进行验收。合格后通知土建及时进行回填，避免边坡垮塌造成的电缆及光缆损坏。

（3）电缆敷设的中间接头电缆井要在电缆敷设完毕后立即通知土建进行制作，以便于电缆接头预留及接头制作。

（4）土建在进行机位开挖的同时要将箱式变压器基础做好，电缆敷设至机位后能一次性敷设至箱式变压器内，避免二次施工。

4.4集电线路及光缆敷设施工的改进措施

4.4.1电缆定尺

窑坡山集电线路敷设电缆到货尺寸长短不一，导致配线难度加大，电缆浪费大。建议后续风场集电线路到货电缆采取定尺发货，电缆定尺后，可以预估中间接头电缆井的位置，便于在挖电缆沟的同时将电缆井同时挖出来，保证施工进度，降低施工难度。

4.4.2加装分接箱

建议对长距离主线电缆中间加电缆分接箱，方便电缆试验，风机调试及检修。建议对箱变高压侧加装分接开关。现设计是一台风机前后线路电缆终端接头直接在箱变高压侧铜排上连接，如果至下一台风机的线路或风机设备出现故障需要进行检修时而要对后面的线路进行断电的话，就必须解开至下一风机的线路的电缆头，甩开并临时固定于箱变高压侧内侧面。这种方式存在比较大的安全隐患，如果甩开的电缆头固定不牢靠，或者安全距离不够，容易发生误搭接，导致线路短路，引起设备损坏或人身伤害。

4.4.3明确供货

窑坡山风电场每组风机的风机通信、箱变通信、视频安防系统是通过一根24芯光缆进行连接并组环网。3个系统通信必须在风机塔筒内进行熔接配线，3个厂家均未提供光缆配线箱，后期其他风场建设时，由业主明确相关设备的提供。

4.4.4电缆沟开挖

对直埋集电线路敷设施工建议挖沟、中间接头电缆井制作、电缆敷设、回填整个施工由一家单位进行实施，便于质量把控与施工协调，保证施工进度。

参考文献：

[1]湘电风能.湘电XE2000-105机型机组安装说明书[Z].

中图分类号：TK83

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）08-0088-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.026

收稿日期：2015-05-04

作者简介：黄海兵（1972-），男，工程师，从事水电及风电设备检修维护及项目管理工作。