鐵路運營對風力發電影響的研究

王　龍(錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州　121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

鐵路運營對風力發電影響的研究

王龍(錦州鐵道勘察設計院有限公司，遼寧錦州121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

摘要巴新鐵路在修建過程中與風力發電區產生交叉，且風力發電設施距離鐵路最近的距離只有164 m。目前國內并無相應的規范去定義運營鐵路與風電設施的距離要求，闡述鐵路運行時振動對風機設施基礎的影響以及周圍氣流變化對風機扇葉的影響，可為同類工程的勘察設計積累經驗。

關鍵詞鐵路運行風電設施振動氣流

1概述

2007年8月7日，巴新鐵路取得了《國家發展改革委關于新建巴彥烏拉至新邱鐵路項目核準的批復》(發改交運[2007]1941號文件)。截止至2009年，在巴新鐵路初測、定測等現場勘察設計過程中，我院與當地市政府部門進行過調查溝通，現場無風電場存在且當地規劃部門也未提出有風電場的規劃。2012年10月，鐵路穿越的局部區域出現了風力發電設施，由于風力發電塔的相關設計規范尚未提出鐵路運營對其影響的具體要求，只是簡單的標注為距離線路中心大于2 km，而此次風力發電塔距離鐵路的最小距離為164 m，需要研究鐵路在運營過程中對風機設施發電的影響。

2影響內容及交叉情況

巴新鐵路運行時產生的振動對風機設施基礎的影響；巴新鐵路列車經過時，周圍的氣流變化對風機扇葉的影響。

巴新鐵路共兩次與風電設施交叉，具體里程為：DK49+308與塔146號、塔148號之間電纜交叉及DK51+455與塔129號、塔130號之間電纜交叉，如圖1、圖2所示。

3振動對風機設施基礎的影響分析

3.1　振級預測值

根據鐵計函[2010]44號“關于印發《鐵路建設項目環境影響評價噪聲振動源強取值和治理原則指導意見》(2010年修訂稿)的通知”，鐵路環境振動VLZ預測計算式如下

式中VLZ0，i——振動源強，列車通過時段的最大Z計權振動級/dB；

Ci——第i列列車的振動修正項/dB；

n——列車通過的列數。

振動源強VLZ0，i：依據鐵計函[2010]44號文及本鐵路的設計運行時速，客車速度按照120 km/h，源強取值77.5 dB，貨車速度按照80 km/h，源強取值80 dB。

振動修正項Ci按Ci=CV+CW+CL+CR+CH+CG+CD+CB進行計算：速度修正CV，依據本鐵路客車設計速度120 km/h，貨車設計速度80 km/h，速度修正源強取值分別為77.5 dB及80.0 dB；軸重修正CW，預測車輛與參考車輛一致，軸重修正為0 dB；線路類型修正CL，該修正僅對距線路中心線30~60 m范圍內進行修正，由于風力發電設施距離線路的最短距離為164 m，線路類型修正為0 dB；軌道類型修正CR，本工程鋪設為有砟軌道，軌道類型修正為0 dB；地質修正CG，根據對振動的影響，本工程地質條件為第四系全新統沖積層，地質修正為0 dB；距離衰減修正CD，建筑群類型修正CB，按照最不利條件進行預測，建筑群類型修正為0 dB。

列車通過的列數n：依據巴新線鐵路總體設計原則，近期開通客車1列/日，貨車12列/日。

通過鐵路環境振動VLZ公式的計算，各風電設施基礎的震動預測值如表1。

3.2　震動加速度的計算

根據振動加速度級計算公式，可得出振動加速度有效值

式中VAL——振級/dB；

a——振動加速度有效值/(m/s2)；

a0——基準加速度/(10~6 m/s2)。

各基礎處的振動加速度值見表2。

3.3　分析結果

經預測，考慮運營期列車速度、位置關系等相關因素，巴新鐵路的列車運行對距離較近的風機引起的振動影響約為57.9～65.1 dB，遠低于《城市區域環境振動標準》(GB10070—88)之“鐵路干線兩側”80 dB標準要求，也低于《城市區域環境振動標準》(GB10070—88)之“居民、文教區”晝間70 dB，夜間67 dB的要求。經計算，振動加速度有效值為0.000 785～0.001 789 m/s2，即列車運行影響至風機基礎處的加速度值為0.000 785～0.001 789 m/s2。根據相關資料，該區域風機設計地震烈度為Ⅶ度，對應振動加速度要求為0.15g(1.47 m/s2)，列車運行產生的振動加速度遠小于風機設計標準要求，不會對其基礎產生安全影響。

4運行氣流對風機設施的影響分析

4.1　氣動力的數值判定

根據現行鐵道部的相關規定，只對高速鐵路進行氣動壓力的分析，且研究范圍均在鐵路兩側聲屏障附近。根據高速鐵路相關測試結果：監測對象為作用于軌道兩側聲屏障上的脈動風壓，聲屏障距線路中心距離為4.2 m。通過現場實測和有限元數值計算驗證得到，在動車組以220～330 km/h速度運行時，2.15 m高的聲屏障氣動壓力絕對最大值為0.10～0.30 kPa；在動車組以250～320 km/h速度運行時，3.15 m高的聲屏障氣動壓力絕對最大值為0.30～0.70 kPa。

圖3為高速鐵路設計規范(TB10621—2009)中7.2.19相關內容中的規定。

由圖3可見，時速為160 km/h的列車對于距離線路中心不同距離的氣動力見表3。

由表3可見，列車對周邊的氣動力影響成級數衰減，距離線路8 m時的氣動力值僅為距離線路中心3 m氣動力值的1/10。

4.2　鐵路運營所引起的風級計算

依據公式Wp=V2/1 600，可得到風速值。

式中Wp——風速/(m/s)；

V2——氣動力值/(kN/m2)。

通過計算，當 8 m距離的氣動力為0.028 kN/m2時，計算所得的風速為6.7 m/s，根據國家風速表查得，相當于4級風的風力，對周邊的影響為“吹起塵土”。

4.3　分析結果

由于巴新鐵路為貨運鐵路通道，列車運行速度小于160 km/h，對周邊的氣動力影響較高速鐵路會減小很多。參考以上的計算結果，考慮到距離線路最近的129號風機的距離為164 m，氣動力成級數衰減，趨近于無，故可認為列車經過時對風機扇葉的氣動力影響很小。

5結論

通過以上分析，列車運行時其引起的振動影響約為57.9～65.1 dB，遠低于《城市區域環境振動標準》(GB10070—88)的要求，列車運行影響至風機基礎處的加速度值為0.000 785～0.001 789 m/s2，遠小于風電設施設計時1.47 m/s2的數值；而運行時產生的氣流到距離線路最近的129號風機時，氣動力成級數衰減，趨近于無。因此，巴新鐵路的運行對風機的基礎、以及風機周邊的氣流均不會產生影響。

參考文獻

[1]常士驃，張蘇民，等.工程地質手冊(第四版)[M].北京:中國建筑工業出版社，2007

[2]GB10070—88城市區域環境振動標準[S]

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[4]TB10502—1993鐵路工程建設項目環境影響評價技術標準[S]

[5]TB10621—2009高速鐵路設計規范[S]

[6]GB10071—88城市區域環境振動測量方法[S]

[7]TB10018—2003鐵路工程地質勘察規范[S]

中圖分類號：U212.2

文獻標識碼：A

文章編號：1672-7479(2015)06-0063-03

作者簡介：王龍(1982—)，男，2005年畢業于遼寧工程技術大學地質專業，工學學士，工程師。

收稿日期：2015-09-14