邵明德

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙 410014）

1 引言

目前，國家大力推動清潔能源的開發(fā)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，豐富的風(fēng)能資源逐漸得到開發(fā)利用，風(fēng)力發(fā)電正處于高速發(fā)展的階段。風(fēng)力發(fā)電場工程主要包括升壓站、風(fēng)機(jī)工程、進(jìn)場道路以及集電線路等主要工程。雖然集電線路工程造價在風(fēng)電場工程投資中所占比例不大，但對風(fēng)電場發(fā)電的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

2 工程概述

山西神池風(fēng)電場（一期）工程位于山西省西北部神池縣，在山地呈條狀分布，占地約35 km2，地形起伏較大，地面高程約1 600～2 155 m，風(fēng)場處于霸業(yè)梁上，地形險峻，最低氣溫在-30～-40 ℃，冰凍期較長，每年無霜期在110 d 左右。工程選用24 臺單機(jī)容量2 000 kW 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量48 MW，集電線路設(shè)計(jì)為A、B 線，全長約18.6 km。A 線為雙回路線路，分別為集電線路Ⅱ線、Ⅲ線，B 線為單回路線路，為集電線路Ⅰ線。每個回路均連接8 臺風(fēng)機(jī)。集電線路設(shè)計(jì)均為架空線路，架空集電線路桿塔為鐵塔和水泥桿，鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)，輸電線路主導(dǎo)線為185 mm2的鋼芯鋁絞線。

3 施工情況

神池風(fēng)電場集電線路Ⅱ線工程基礎(chǔ)工程于2009 年11 月7 日全部完成基礎(chǔ)澆筑施工，在基礎(chǔ)施工完畢后相應(yīng)進(jìn)行鐵塔架立施工，同步進(jìn)行水泥桿的架立施工，于2010 年春節(jié)前完成全部的桿、塔架立和大部分的線路架設(shè)施工。神池風(fēng)電場集電線路Ⅲ線工程基礎(chǔ)工程于2009 年9 月28 日全部完成基礎(chǔ)澆筑施工，2010 年3 月進(jìn)場進(jìn)行桿、塔架立施工以及線路架設(shè)施工，4 月20 日基本完成現(xiàn)場所有施工。集電線路大部分施工均在當(dāng)?shù)睾浼竟?jié)內(nèi)完成的。

4 風(fēng)電場的兩次桿塔倒塌事件

4.1 第一次桿塔倒塌情況

2010 年3 月19 日夜間，霸業(yè)梁刮大風(fēng)，第二天早上，項(xiàng)目部在工地巡視過程中，發(fā)現(xiàn)集電線路II 線A15 號鐵塔、A16 號水泥桿、A17 號鐵塔已經(jīng)倒塌，倒塌情況如圖1～圖3 所示。

圖1 A15 號鐵塔倒塌情況

圖2 A16 號水泥桿倒塌情況

圖3 A17 號鐵塔倒塌情況

4.2 第二次桿塔倒塌情況

2010 年4 月22 日，霸業(yè)梁發(fā)生了類似于南方2008 年冰凍災(zāi)害的嚴(yán)重覆冰和風(fēng)暴冰雪天氣，風(fēng)暴過后現(xiàn)場檢查工地，發(fā)現(xiàn)集電線路Ⅲ線A27 號水泥桿、A28 號鐵塔已經(jīng)倒塌，并且A28 號鐵塔正好砸在19 號箱變上，造成箱變受損。倒塌情況如圖4～圖6 所示。

圖4 A27 號水泥桿倒塌情況

圖5 A28 號鐵塔倒塌情況

圖6 19 號箱變被傾覆的鐵塔砸損

4.3 兩次桿塔倒塌的損失

集電線路工程在短短的一個月內(nèi)發(fā)生兩次桿塔倒塌事件，造成了工期和費(fèi)用損失。雖然經(jīng)過最大的努力，集電線路A 線投運(yùn)仍滯后約一個月，并影響后續(xù)16 臺風(fēng)機(jī)的投運(yùn)發(fā)電。

5 桿塔倒塌原因分析

5.1 工程設(shè)計(jì)情況

設(shè)計(jì)單位考慮神池風(fēng)電場的特殊天氣、自然環(huán)境情況，在集電線路設(shè)計(jì)時，提高了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，33 kV 線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)按110 kV 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，工程造價對比常規(guī)集電線路有很大的提高，每千米集電線路造價達(dá)60 萬以上，設(shè)計(jì)采用參數(shù)見表1。

表1 神池風(fēng)電場集電線路工程設(shè)計(jì)參數(shù)表

對比常規(guī)的集電線路，設(shè)計(jì)的安全度是符合規(guī)范要求的。

5.2 兩次桿塔倒塌現(xiàn)場情況

2010 年3 月20 日的桿塔倒塌，從現(xiàn)場情況分析，倒塔事件明確為A16 號水泥桿拉線拉環(huán)與拉盤連接位置出現(xiàn)破壞，固定拉環(huán)的鋼板從拉盤內(nèi)拉出，使A16 號水泥桿出現(xiàn)倒桿，帶動A15 號、A17 號鐵塔倒塌。A16 水泥桿地處霸業(yè)梁的西北風(fēng)風(fēng)口，3 月19 日晚上及3 月20 日凌晨，霸業(yè)梁的風(fēng)速達(dá)53 m/s，發(fā)生超強(qiáng)臺風(fēng)級風(fēng)暴自然災(zāi)害的不可抗力因素是造成桿塔倒塌的客觀原因。

2010 年4 月22 日的桿塔倒塌，從現(xiàn)場情況分析，倒塔事件為A27 號水泥桿拉線出現(xiàn)破壞，使A27 號水泥桿出現(xiàn)倒桿，帶動A28 號鐵塔倒塌。當(dāng)時，神池風(fēng)電場發(fā)生了類似于南方2008 年冰凍災(zāi)害的嚴(yán)重覆冰和風(fēng)暴冰雪天氣，導(dǎo)致線路桿塔發(fā)生倒塌的自然災(zāi)害。據(jù)實(shí)測當(dāng)天線路覆冰厚度，霸業(yè)梁局部覆冰厚度達(dá)到16.5 mm，在已投運(yùn)的1#風(fēng)機(jī)處，在測風(fēng)儀覆冰的情況下檢測到的最高風(fēng)速為23.5 m/s。1#風(fēng)機(jī)高程為1 828 m，19#風(fēng)機(jī)位高程為2 099 m，高差達(dá)271 m。根據(jù)神池風(fēng)電場的風(fēng)速特點(diǎn)，高程越高風(fēng)越大，初步估計(jì)19#風(fēng)機(jī)位風(fēng)速超過30 m/s（30 m/s 為12 級超強(qiáng)臺風(fēng)等級）。

兩次桿塔倒塌事件均處于風(fēng)電場西北風(fēng)風(fēng)口，同時均發(fā)生惡劣的大風(fēng)和冰凍自然災(zāi)害，形成微氣象、微地形風(fēng)洞效應(yīng)，氣象條件已經(jīng)超過設(shè)計(jì)采用的集電線路設(shè)計(jì)參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，集電線路荷載嚴(yán)重超過設(shè)計(jì)負(fù)荷，導(dǎo)致了集電線路桿塔倒塌。同時，集電線路工程施工均在冬季，施工環(huán)境惡劣，給施工帶來極大的困難，可能造成工程施工質(zhì)量存在質(zhì)量缺陷。

6 對策措施

1）一般風(fēng)電場自然環(huán)境惡劣，發(fā)生大風(fēng)和風(fēng)暴的概率高，集電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)相應(yīng)提高。對特殊地形、特殊氣象從設(shè)計(jì)上應(yīng)有特殊考慮，采取附加的安全保證措施，從設(shè)計(jì)源頭消除工程安全隱患。

2）設(shè)計(jì)采用的設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)力求與當(dāng)?shù)氐臍庀蟓h(huán)境相吻合，避免出現(xiàn)自然氣候條件與設(shè)計(jì)參數(shù)存在較大差別，對自然氣候條件資料不完善的地方，應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場實(shí)地走訪了解，并可以考慮適當(dāng)提高設(shè)計(jì)參數(shù)來保證安全。

3）對地形險峻的集電線路工程，采取既經(jīng)濟(jì)又便捷可行的安全措施，如桿塔增加拉線，增加集電線路工程的安全度。

4）集電線路工程建議可以采用架空線路與電纜線路相結(jié)合的方式進(jìn)行集電線路設(shè)計(jì)。對涉及征地困難的部分線路采用桿塔架空的集電線路，對地形險峻，可能存在微氣象、微地形風(fēng)洞效應(yīng)，氣象條件復(fù)雜地段的集電線路工程，如不涉及征地，可以采用直埋電纜線路方式，這樣既可以節(jié)省工程造價，又可以保證集電線路的安全運(yùn)行。

5）分析地區(qū)氣候、地理?xiàng)l件對施工的影響，制定針對性的施工技術(shù)措施。

6）加強(qiáng)現(xiàn)場施工質(zhì)量管理，確保施工質(zhì)量。對可能影響集電線路運(yùn)行的關(guān)鍵工序、關(guān)鍵部位加強(qiáng)現(xiàn)場控制。

7 結(jié)語

風(fēng)電工程建設(shè)是一個系統(tǒng)工程。在工程建設(shè)中應(yīng)該充分了解風(fēng)電場特有的微地形氣候，考慮集電線路桿塔抗風(fēng)、覆冰能力設(shè)計(jì)裕度，仔細(xì)比較設(shè)備選型中對設(shè)備、裝置在安裝地點(diǎn)的特殊要求，多角度比較論證風(fēng)機(jī)的微觀選址，抓住主要制約點(diǎn)，如集電線路、風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)等，方能有效實(shí)現(xiàn)安全、質(zhì)量、進(jìn)度和費(fèi)用等項(xiàng)目控制目標(biāo)。

神池風(fēng)電場位于高寒高風(fēng)速地區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大?？偝邪?xiàng)目部在發(fā)現(xiàn)問題關(guān)鍵所在后，組織技術(shù)力量，加強(qiáng)現(xiàn)場協(xié)調(diào)監(jiān)督力度，給后期施工提出趕工措施提供技術(shù)支持，整個工程目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)。至全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來，工程運(yùn)行優(yōu)良，為業(yè)主創(chuàng)造良好的發(fā)電效益。