浅谈风力发电机组安装中的电气施工

浅谈风力发电机组安装中的电气施工

王广新

中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司辽宁沈阳110179

摘要：风力发电机组安装中，电气施工是重要一部分，随着多年对陆上风电的开发，风电技术逐渐成熟。与之相比，海上风电具有更多优势，但开发的难度也更大。为了更加安全、高效地完成安装作业，国内外相关设计研究部门还提出了一些具有特殊装置的概念船型方案。海上风机吊装装备是建设海上风电场的关键设备，具有良好的市场前景。

关键词：海上风电；风电机组；风机安装船；海上风机吊装装备

1前言

通过多年大规模陆上风电的开发，对风电技术已经有了比较全面的掌握，但陆上风电也暴露出了一些问题，如：适合建陆上风电场的位置距用电区域远、消纳能力不足、陆上风电能力饱和、电能浪费等，而海上风电场具有平均风速高、不占用土地资源、距海岸经济带近、电力需求强劲、抗冲击性电能承受力强等优点，发展海上风电已成为我国的新能源替代战略。

2海上风电机组结构及其基础形式

海上风电场一般建设在海边风力较大之处，通常由一定规模的海上风电机组以及变电设施构成，通过在风场海底敷设输电电缆，将其所发电力送至陆上。根据基础类型的不同可将风机分为固定式海上风电机和浮式风机两类。固定式海上风电机由风机基础和风机机组构成，基础结构形式类似于简易海上平台；浮式风机的基础部分由单个或多个浮筒式漂浮结构组成。

2.1风电机组构成

风电机组主要由风电机舱（内装齿轮箱和发电机）、轮毂、叶片和塔筒等构件组成。

1）叶片

水平轴风力发电机通常采用3桨叶方案，风吹动叶片带动风机转动发电，叶片直径决定了风电机组的功率。主流的海上风机发电容量在3～5MW之间，风机叶片长度在45～60m之间。随着风机技术的快速进步，不断有更大功率（6～8MW）的风机研发成功。

为有效利用海上风能，风机叶片要长期在恶劣的环境中不停地旋转做功，叶片必须具有重量轻、抗疲劳、耐腐蚀、高强度等性能。叶片通常是由复合材料制成的流线型高强度薄壳结构。目前，玻璃钢叶片使用得较广泛，但随着功率上升与叶片直径的不断增加，采用更高强度的碳纤维合成材料制造叶片将成为发展趋势。

2）风机舱与轮毂

轮毂在风机的最前端，可转动，其上安装风叶，内部有轴系联结齿轮箱；风机舱中安装有发电机、齿轮箱、低速轴、高速轴、高速闸、油水冷却装置和维修设备等

3）塔筒

塔筒安装在风机基础上，以支撑风机舱，并使叶片处于风力最佳的高度。塔筒通常为钢制空心管状结构，根据高度情况，一般分2～3段，每段之间在内部法兰上用螺栓连接，其直径和高度与风机功率有关。3MW以上的风机，塔筒高度超过80m。塔筒内部主要用作电缆通道，有电梯、电器控制开关等设备及起居处所，可以使工作人员在塔架内的作业更加方便。

2.2基础

海上风电机组基础根据其固定方式可分为底部固定式和悬浮式两类，以适应不同水深底部固定式一般用于较浅海域，水深在0～50m之间；结构形式也由于不同的海况而呈多样化，主要有重力式、单桩、群桩、导管架、设置沉箱、沉井及吸力式筒形等多种形式基础，可根据环境、施工和技术条件进行选择。浮式基础能适合更深的海域，水深50～200m处，这种类型的风机基础目前尚处于研究试验阶段。

3海上风机安装

固定式海上风电机组安装分为整机安装法和分体安装法两种。整机安装法流程为：在海底打桩，安装基座；在岸上将塔架、机舱和叶片装配好，进行风机整体测试和调试；将风机整体运输至风电场，然后吊装在基座上。分体安装法流程：在海底打桩，安装基座；将风机各部件运输至风电场；吊装塔筒，吊装机舱和叶片，完成组装、测试及调试。

3.1海上风机整体运输安装

首先，将海上风机的塔筒、机舱、轮毂和叶片等组件在码头预装场地装配好，并进行调试与测试；然后，将海上风机整体竖直吊装到船上并将其固定在支架上，以便在船运过程中风机能够一直保持竖直状态；到达风电场的风机基础处后，用大型浮吊将风机整体吊起，在其他船舶的配合下，将其转移安装到风机基座上。

3.2海上风机分体运输安装

海上风机分体运输安装，是将风电机组部件运至海边适当组装，然后再将各部、组件运至风场逐件进行安装。海上风机分体运输安装是目前较为成熟且得到了广泛应用的安装方法。这种方法在基础安装到位之后再安装风机各个组件和部件。与整机安装法相比，海上分体安装法对海上运输设备和安装设备的要求相对较低，可以利用起吊重量较小的起重设备进行风机吊装作业。分体法安装时，需要在海上进行部件高空对接安装，该作业易受风雨雪等气象和海况条件的制约，需要专门的安装装备，以降低风浪影响。在实际安装时，如将风机组部件完全散装，则所需安装时间较长，因此，通常采用集合运输方式，将部件进行局部组合后再到海上安装。

4施工进度控制

施工进度控制包括事前控制、施工过程控制及事后控制3个问题：

4.1事前控制

1）审核安装单位的施工组织设计及进度计划后，收集与工程进度有关的资料，熟悉合同文件。根据工程施工外部条件及合同规定的完工工期，分析进度风险，编制监理工程师的进度控制网络图，分析研究制约进度过程计划因素，确定关键线路和关键工序，使施工单位的施工计划在监理控制下进行实施，协助建设单位和施工单位尽量避免影响进度计划完成的不利因素。

2）对施工单位提出的施工方法、方案措施的合理性、可行性进行认真分析，将风险控制在最低范围内。

3）审查施工单位的前期工作计划资源配置是否满足需求，测量设备人员、生产材料及设备进场时间、生产性试验准备情况并督促施工单位尽快实施。

4）检查施工单位施工生产设备、人员是否按计划进场。

5）查验、核查施工单位的施工设备、人员是否按批准的计划进场。

6）对进度控制流程图，在监理工作过程中将根据工程的具体情况作进—步详细和优化。

4.2施工过程控制

跟踪、记录安装单位的实际进度以及安装方案、方法、施工措施、资源配置是否按施工组织设计及吊装方案实施，工作效率是否满足进度的要求。具体方法：

1）创造良好的外部施工条件

协助建设单位按合同规定提供必要的施工外部条件。

2）组织现场协调会

在施工现场建立每周一次的监理例会制度，检查上周进度、审核下周计划、协调和解决施工中出现的各类问题。

3）现场通知

对于现场出现的影响进度的因素随时以通知形式要求施工单位采取措施纠正。

4）督促

对施工单位由于现场管理不利造成的停工、误工、待工等现象，督促和协助其加强现场管理。

4.3事后控制

对已造成的局部工程工期延误，要求施工单位调整施工进度计划，争取在较短的时间内将分部工程或局部工程进度赶回。对已造成总进度计划的延误，应责令其调整总进度计划，保证合同工期的实现。对已造成的总工期延误，应分清责任。属于建设单位责任，允许施工单位延期.并对施工单位的延期成本给予补偿。属于施工单位的责任，按合同有关条款对其处罚

5结束语

海上风机的运输和安装是海上风电场建设的一个重要环节，海上风机吊装装备是建设海上风电场的关键设备。随着绿色能源的发展，海上风电场建设将大规模展开，海上风机安装装备将具有广阔的发展前景。

参考文献：

[1]张凤莲，李淑琴.一种风电机组的低压穿越改造装置研究[J].电气传动，2015，45（4）：77-80.

[2]黄发灿.海上风电机组安装技术研究[J].工程技术：引文版，2016（11）：00025-00025.