超高海拔風電場風機機組吊裝施工技術研究

許海楠，劉志遠

（中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

0 前 言

近年風力發電項目大規模開發，山地風電項目的難點往往在于風機的吊裝，趙紅軍［1］、張棟［2］等人研究了山地風電場吊裝技術，但西藏地區風力發電項目的開發進展緩慢，除了龍源電力公司在2013年完成過那曲高海拔風電項目［3］，目前在西藏地區尚未建成其他風電場項目，主要原因如下：（1）消納較困難，成本高；（2）原材料價格、施工機械成本、人力成本較高；（3）氣候條件復雜，高寒、缺氧等特點導致施工難度增加；（4）吊裝空窗期短，吊裝難度增加。本文基于西藏超高海拔地區實驗性風電開發關鍵技術研究及應用（第一階段）項目，詳細介紹了吊裝施工工藝，為后期西藏地區風機安裝提供借鑒。

1 工程概況

西藏超高海拔地區實驗性風電開發關鍵技術研究及應用（第一階段）項目，位于山南市措美縣中部、哲古鎮南部區域。整個場址平均海拔高度介于5000～5065m之間［4］。

風電場總裝機容量22MW，擬安裝10臺單機容量2.2MW風電機組。基于科研以及其他方面的特殊考慮，風電場計劃分期實施：一期先行建設運行2臺超高海拔風電機組試驗樣機，綜合檢驗超高海拔風電機組設備的適應性，分別采用科技項目參與單位包括東方電氣DEW-D2500-H90和浙江運達WD131-2200風電機組各1臺，單機容量2.2MW，總裝機容量4.4MW。風機吊裝特性見表1和表2。

表1 東電風機各部件主要參數

表2 運達風機各部件主要參數

2 吊裝特點

風電場地處超高海拔山區，主要吊裝特點表現為以下幾方面：

超高海拔地區的風機設備吊裝經驗缺乏，可能存在困難預估不足、準備不充分的情況；

高海拔高寒、氣溫低、缺氧環境、強輻射環境，且吊裝人員均為內地人員，對此惡劣環境適應能力未可知；

氣候條件惡劣、吊裝窗口期短、吊裝工期可能被迫延長；

超高海拔地區，平均含氧量較內地低許多，存在機械設備發動機功率下降的問題。

3 吊裝準備

3.1 吊裝人員基本要求

從事本次吊裝作業的人員，應針對性挑選年輕身體素質較好的中青年作為主要勞動力，在進場前對每個人進行針對性體檢，確保進場施工人員的身體健康。

從低海拔入藏的人員，應提前3天以上到場進行高原環境的適應，未能適應高海拔低溫低氧環境的人員嚴禁進入施工現在作業。

開工前，施工人員應進行相關知識培訓，熟悉工程概況、設計圖紙、施工技術要求，掌握相關標準、規范、施工工藝及檢查細則。

3.2 風機機組設備準備

除葉片外，所有風機機組設備均放置于吊裝平臺內，平臺頂面尺寸為40m×50m，葉片放置于場址附近的堆場，需采用揚舉車換裝后運輸到風機平臺。

當風機設備完成開箱驗收后，還應對塔筒與塔筒、機艙與塔筒、機艙與發電機、葉片與輪轂及輪轂與機艙／發電機間的螺栓連接副進行抽樣復檢；螺母及墊片主要檢測項目為維氏硬度；螺栓主要檢測項目為抗拉強度值、規定非比例延伸0.2%的應力值、斷后伸長率、斷面收縮率。

送檢樣品各項指標需要符合規范GB／T32076.7—2015《預載荷高強度栓接結構連接副》第7部分：M39-M64大六角頭螺栓和螺母連接副、GB／T3098.1—2010《緊固件機械性能、螺栓、螺釘和螺柱》相關要求。

3.3 吊裝機械準備

3.3.1 機械設備配置計劃

為確保吊裝過程中的安全，根據風機設備的重量、外形尺寸、吊裝高度及其結構特點，以及現場吊裝條件，綜合經濟安全可行的施工方針，選擇1臺中聯QUY650W履帶式起重機進行主體設備的吊裝工作。采用1臺80t汽車吊、1臺70t履帶吊、2臺平板拖車配合主吊吊裝及轉場（見表3）。

表3 機械設備配置計劃

3.3.2 起重設備的檢驗

進場前檢驗。起重設備應出具廠家提供的設備出廠合格證，并且每年應進行定期檢測，由特種設備檢驗中心出具流動式起重定期檢測報告。所進場的設備應在檢測合格有效期內。

進場組裝后的檢驗。起重機在組裝完成后，應目視檢查所有重要部件的規格及形態是否符合要求。

起升載荷試驗。具體試驗負荷參數見表4。

表4 試驗負荷參數

3.4 作業現場準備

風機基礎施工完畢，安裝前風機混凝土基礎原則上應有不少于28d的等強期，達到100%設計的強度要求，各項技術指標均合格，并出具《基礎檢測報告》。當風機基礎混凝土需要在未完全達到100%設計強度，進行吊裝時，需對混凝土實體強度進行檢測，混凝土實體強度達到設計要求的75%以上強度時，方可進行吊裝作業。高強度后澆帶強度檢測原則上與風機基礎檢測要求一致。

風機基礎回填完成后，應對風機基礎的接地電阻值進行測試，結果應滿足設計不大于4Ω的要求。

在吊裝風機設備前應對上錨板水平度進行驗收，要求小于1.0mm時，即為合格。

在完成風機基礎回填后，應對回填區域的土石料展開干重度檢測，當檢測結果達到設計要求的不低于18kN·m3時，即為合格。

為了保證吊裝作業安全，對吊機站位點的地面應進行碾壓和平整，場平壓實系數不得小于0.94。

在規劃好主吊站位位置后，應組織對該位置的場地承載力進行檢測，檢測出的地基承載力應不低于驗算的承載力最小值，當承載力檢測不能滿足需要時，應進行場地復壓并復檢。

吊裝平臺面積應在1500～2000m2，滿足風機設備卸貨及主吊轉運組裝。風機基礎放置在平臺邊角處，增大機位面積利用率；機位平臺朝外100m道路盡可能形成直路，給吊機組裝提供場地；機位平臺周邊無空障，滿足葉輪組裝時三片葉片的組裝空間。

兩機或多機抬吊時，應分別計算每個吊車的負荷率；采用雙機抬吊作業時，應選用起重性能相似的起重機進行。抬吊時應統一指揮，配合協調，荷載應分配合理，起吊重量不得超過兩臺起重機在該工況下允許起重量總和的75%。在吊裝過程中，兩臺起重機的吊鉤滑輪組應保持垂直狀態。

3.5 現場風速分析

吊裝期間，風速要求如下：

（1）露天進行起重機移動和吊裝作業時，應在五級風力以下進行；

（2）2機抬吊作業時，吊裝期間的風速應控制在五級風力（＜8.0m／s）以內；

（3）葉片和風輪吊裝作業時，吊裝期間的風速應控制在五級風力（＜8.0m／s）以內；

（4）機艙（東電）、塔筒、發電機吊裝作業時，風速應控制在五級風力（＜10.7m／s）以內；運達機艙吊裝期間，風速應控制在五級風力（＜8m／s）以下；

（5）五級以上大風（＞10.7m／s）停止所有吊裝作業。

現場共布置1座測風塔［5］，根據2019—2020年完整年的測風數據分析，5月至6月是進行吊裝的窗口期。

（1）吊裝窗口期大部分集中在7：00—13：00之間，部分時段13：00以后也存在吊裝窗口期；

（2）從風速變化上來看，若7：00—8：00期間風速在允許吊裝風速以內，則7：00—13：00之間，風速滿足吊裝要求的概率較大；

（3）風速突變的情況多，從小風時段突躍至大風時段僅需1h時間；

（4）對2019年和2020年5月初至6月底，80m高度的風速進行統計，滿足吊裝窗口期（7：00—13：00之間）的天數分別為29d和27d，占比約47.5%和44.3%；小時數分別占白天可供作業時間（7：00—21：00之間）總小時數的42%和49%。具體風速關鍵指標如表5所示。

表5 風速關鍵指標統計

4 吊裝施工

4.1 吊裝步驟

塔基平臺及電氣柜安裝—塔筒安裝—機艙吊裝—發電機吊裝（運達機型無此步驟）—葉輪吊裝—安裝其余附件—電氣安裝—安裝電梯／助爬器—完工。

4.2 吊裝過程實測數據分析

（1）根據吊裝施工單位施工日志，2021年5月10日至2021年6月6日完成2臺試驗風機的吊裝，合計28天，平均每臺風機吊裝時間需14d，而常規山地風電場每臺風機吊裝時間一般為4～5d。

（2）實際吊裝過程中，考慮氣溫的影響，每天實際工作時間為7點—17點，實際吊裝利用小時數占比為31%，平均風速為9.7m／s。

（3）對比表4和表5，平均風速相差不大，但實際利用的小時數跟測風數據統計值相差較大，其中主要原因是當吊裝工作進行到葉輪組裝時，需要的風速條件（≤4m／s）更嚴苛，而在5月至6月區段，該種風速條件難以達到，導致需要的時間更長。

5 結 論

（1）對于西藏超高海拔地區選用650t履帶吊進行2.2MW風機機組的吊裝是可行的，但所需吊裝時間較常規山地風電場更長。

（2）通過對測風塔反饋的測風數據和實際吊裝時測得的數據對比，測風塔反饋的數據有一定參考性，但需考慮葉輪組裝時需要的更低的風速要求。

（3）目前僅完成2.2MW風機機組的吊裝，缺乏更大機型的吊裝數據，有一定的局限性。