太阳能槽式光热电站太阳岛测量工艺

太阳能槽式光热电站太阳岛测量工艺

闫冬冬 王义乐 严浩

南京中核能源工程有限公司  江苏南京  210008

摘要：文章结合某太阳能槽式光热电站海拔高、精度要求高、厂区面积大等特点，总结出太阳能槽式光热电站太阳岛高精度设备安装工程“三级控制测量方法”的测量工艺，并介绍了该工艺在仪器设备选择、方法选择、技术要求等具体要求，通过对比同类电站不同测量工艺的优缺点，论证了“三级控制测量方法”的优越性，为今后光热项目的实施及发展提供了一定的借鉴。

关键词：槽式 光热  高精度  三级控制 

1.引言

太阳能槽式光热电站是近些年在我国兴起的大型新能源太阳能热电站的型式之一，具有太阳能利用率高、连续发电时间长、发电量大等先天优势，但由于其占地面积较大（100MW10h储能，占地约7500亩），对太阳热辐射要求高；且光热电站在我国主要分布于我国高海拔的新疆、青海、内蒙古、西藏等西北等地，这些地区海拔高、太阳照射强烈、早晚温差较大、风沙天气多，同时槽式光热电站太阳岛设备安装精度要求高，测量工作量极大，这就对野外环境下太阳岛集热器安装测量工作带来了极大的挑战。

通过对槽式光热电站太阳岛安装工程测量工艺研究，总结出了一套适应于我国在特殊环境下的光热电站太阳岛安装工程测量工艺，不仅可以增强集热器跟踪精度，提升集热器安装质量，降低建造成本，缩短建造工期，提升槽式光热行业的建造技术；更能在电站运营期内有效提高发电量，增加电站的经济收益。

2.槽式光热电站太阳岛工程测量仪器的选择

GPS高程测量能够达到一定的精度，但用GPS施测的测量控制点，应进一步用常规仪器进行水准联测，精度无法满足光热厂区控制网的要求。

Real - time kinematic，实时动态载波相位差分技术，是一种新的常用的卫星定位测量方法，受气候、电离层、对流层、空气、电磁波等因素的影响会存在偏差，相对精度较差满足不了光热场高精度测量要求，仅仅用于场坪、桩基钻孔定位等精度要求不高施工阶段。

水准仪，是建立水平视线测定地面两点间高差的仪器，结合光热场环境的特殊性，普通水准仪无法满足要求，需采用莱卡高精密水准仪NA2+GPM3测微器，以及配套铟瓦尺使用。

全站仪，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。对比各类仪器，国产品牌的稳定性和可靠性相对较差，莱卡全站仪在适应高海拔等恶劣条件下，稳定性与精度均能满足要求。

激光跟踪仪，是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。目前此仪器在室外受环境影响较大，无法在光热电站太阳岛安装使用。

  综上，结合槽式光热电站海拔高、精度要求高、厂区面积大、环境恶劣等特点，并结合效率、稳定性等因素，选用莱卡系列全站仪、水准仪做为槽式光热电站太阳岛工程的测量仪器。

3、太阳能槽式光热电站测量工艺分析

相较于传统电厂工程测量，光热电厂由于其精度要求高、面积大、海拔高、风速大、温差大等特点，须选用一种专用的测量工艺，主要从以下方面分析考虑；

1）高斯投影投影带：平面控制测量坐标系统的选择应以投影长度变形值不大于2.5cm/km（1/40000）为原则，并根据测区地理位置和平均高程而定，1）当长度变形值不大于2.5cm/km时，应采用高斯正投影统一3°带的平面直角坐标系统。2）当长度变形大于2.5cm/km时，可一次采用①投影于抵偿高程面上的高斯正投影3°带的平面直角坐标系统；②高斯正形投影任意带的平面直角坐标系统，投影面可采用黄海平均海水面或城市平均高程面。

2）中央子午线：全球分为二十四个时区，以能够被15整除的经度作为该区域的中央子午线，每一时区占经度15度。我国的地形图采用高斯－克吕格平面直角坐标系。

3）高海拔地区投影变形：海椭球面是一个凸起的、不可展平的曲面，当采用高斯正行投影将这个曲面上的元素投到平面上时，投影就会发生长度变形问题，需要通过人为的方法，将中央子午线进行移动并重新选择高程参考面，以达到使两项变形良好抵偿的目的，通过这种方法所设计的坐标系，即为抵偿高程面任意带坐标系。解决高斯正形投影变形的方法。

4）温度对测量的影响：测量温度的高于低，是以测量方法的优劣来决定的。在测量条件中，温度、湿度、振动、灰尘及腐蚀性气体等因素，都可以直接或间接影响测量精确度，在这些因素中，温度的变化对测量的精确度的影响尤为显著。

5）大气折射光对测量的影响：大气垂直折光的影响，近地面大气层的密度分布一般随离开地面高度而变化，近地面大气层的密度存在着梯度。因此光线通过在不断按梯度变化的大气层时，会引起折射系数的不断变化，导致视线成为一条各点具有不同曲率的曲线，在垂直方向产生弯曲，并且弯曲向密度较大的一方，这种现象角做大气垂直折射光。

6）风速对测量的影响：风速主要对架设在木质脚架上的全站仪稳定性造成不规律振动影响其测量精度和性能，为减少这种影响，需采取一些措施，如增加仪器的重量、优化支撑结构、使用测量棚等。

5）气压对测量的影响：气压是衡量大气压力的物理量，它对精密仪器的影响不容忽视，精密仪器依赖于气压的稳定性和准确性，气压的变化可能导致测量结果的偏差，主要体现在气压的变化可能影响光学性能，因为气体分子在可以折射和吸收光。在高海拔或高空等低压环境中，光传播路径中的空气分子数量减少，导致光的折射和吸收效应减弱，对光学仪器来带影响，其次可能影响电子元件的性能和稳定性

综合以上因素，并依据太阳能槽式光热电站太阳岛工程的施工工序和特点，最终采用先整体后局部，层层加密的“三级控制测量方法”的测量工艺。

4、太阳能槽式光热电站三级控制测量工艺

一级是整个厂区的控制；二级是将面积较大的光热电厂划分为若干区域，分区域控制；三级是根据每个区域中不同集热器回路，分回路控制；称为厂区的一级控制、区域二级控制、回路三级控制的测量工艺。

4.1一级控制测量

一级控制测量即建立整个光热电站的一级测量控制网，最初选用GPS静态D级GPS网精度测量，成果误差在厘米级无法满足太阳能槽式光热电站的工程应用，经实际验证选用全站仪测量一级闭合导线网作为平面控制网，高程控制网选用三等水准。

4.1.1测量仪器

选用莱卡TS11型全站仪及以上精度等级，标称精度测角1″，测距1+1.5ppm；莱卡NA2+GPM3型精密水准仪，标称精度0.3mm/km。

4.1.2导线网选点的布设

整个一级控制网需布设成闭合导线网，大的闭合环可以依据地形分成4个分支的闭合环。导线点必须在整个厂区场平施工完成或土方完成后，依据场平设计图纸和实际地形，确定首级控制点的具体位置。太阳岛工程集热场地每个区至少有两个一级控制点可以使用，每两个南北相邻区域可以共用两个一级控制点。每个区两个一级控制点的距离不能超过400m。

4.1.3技术要求

（1）一级导线平面控制测量技术要求

其中n表示测站数。

（2）三等水准测量主要技术要求

其中L为闭合路线长度。

4.2二级控制测量

二级控制测量即建立区域的加密控制网，平面采用四等边角网，高程采用二等水准。点位均匀布设在每个区域的中间线上，和一级导线组成近似的等边三角形。

4.2.1测量仪器

莱卡TS11型全站仪1台，标称精度测角1″，测距1+1.5ppm；莱卡NA2+GPM3型精密水准仪1套，标称精度0.3mm/km。

4.2.2技术要求

（1）边角网主要技术要求

（2）水准测量主要技术要求

其中L为闭合路线长度。

4.3三级控制

三级控制测量即建立每个区域具体施工构筑物的转点控制网，并在此基础上测量放样出具体施工构筑物的三维坐标。按技术要求具体施工构筑物定位精度≤±3mm，同一施工构筑物南北工装棱镜中心三维坐标互差≤4mm。

4.3.1测量仪器

莱卡TS11型全站仪3台，标称精度测角1″，测距1+1.5ppm；精密基座3套。

4.3.2建立施工转点控制网

以单独某个分区两个轴线为例，每两个轴线为一个回路，每个轴线25根桩，长度在300米左右，桩基间距平均分配。施工转点控制网的建立应考虑以下要素：

1）考虑室外自然条件影响，立柱安装测量全站仪每个测站最远观测距离控制在80米内；

2）每一回路中正对南北驱动立柱中间，需布设转点；

3）立柱轴座高程控制采用反测三角高程控制；避免设站放样过程短边定长边，设站完成后必须有检查点。

4.4 转点过程

以单独一个区其中任意一条回路为例（一条回路由南向北两条平行轴组成，每轴长约300m，2个300m长的平行轴为一个回路），转点重点考虑集热器安装、驱动立柱安装、仪器视距极限距离、每条回路南北轴向的限差为mm级的因素，特设计为单独回路间正中心正对南北两驱动立桩位置。驱动距离轴两端头约80m位置，两点相距约140m,两点位置上分别架设全站仪南北互相定向，检查二级控制点，满足要求后方可进行集热器立柱调节，此处设置的转点为回路三级控制点，相互定向是为保证回路轴承座安装的同轴度。

5、结论

本文通过对某大型槽式光热电站太阳岛安装工程测量工艺的研究及应用，论证并掌握了高海拔地区室外高精度工程测量采用精密全站仪和精密水准仪结合的三级控制测量工艺，建立了槽式光热项目各阶段的测量参考标准和工艺方法，通过实际应用验证，达到了太阳能槽式光热电站的技术要求，证明了该测量方法的可行性和可靠性，为后续同类项目的实施提供一定的借鉴，并为我国槽式光热项目太阳岛工程测量建立一套完整的测量参考标准。

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