大型风力发电机组安装

大型风力发电机组安装
摘要：《可再生能源法》的正式实施，为我国风力发电创造了良好的发展环境，依据现有政策，中国风电装机容量到2020年底可达到5000万千瓦。

目前风力发电机组趋向大型化,目前全国安装风力发电机组平均功率达到1.5mw以上。

大型机组的吊装给风机安装带来新的课题。

本文结合工程实例介绍了风力发电机组安装过程。

关键词：风力发电机组；安装；塔架基础；接地系统
1 风力发电机组组成
一套完整的大型风力发电机组由塔架基础、接地系统、塔架、机舱、轮毂、叶片、箱式变压器、及电气等部分组成。

风机基础为整台风力发电机组提供各种受力支撑，将风力所受力均匀合理的传递到大地，是整个风力发电机组的根本。

基础一般采用八边型或圆形钢筋混凝土设计，部分采用退台。

接地系统一般与基础施工同时进行，根据设备型号不同，接地电阻值为2~8ω不等。

风机塔架现在全部采用圆筒钢材式，分节安装组合，而塔筒的高度一般是随风力高度分布情况而确定。

风机机舱是整个风力发电机组的大脑，除直驱型机组外，其他型号风机机舱内集成了发电机系统、齿轮变速系统、制动系统、偏航系统、冷却系统等。

直驱式发电机组机舱里面取消了发电机、齿轮变速系统，将发电机直接外置至与轮毂连接部分。

风机轮毂是叶片与机舱或发电机的连接部件，采用椭圆或平顶型。

叶片是机组吸收风能的部件，采用特殊材料制作。

机组常见的采用两叶和三叶式，有一叶或多叶式。

2风力发电机组安装
2.1安装场地要求
目前国内风电场施工及设备存放场地主要有两种类型，一种是在现场设立临时存放场地，风机设备到货后集中存放在临时仓库，安装时再二次运输到吊装点。

另一种是直接将风机设备运输到吊装现场存放不再二次运输。

为了节约运输的成本，越来越多的风电场采用风机设备一次到位的方式，在设备到达现场前须要对进行场地策划，让场地符合风机设备安装的要求。

2.2 设备卸车
风电场设备卸车主要是指塔筒、机舱等大件设备的卸车。

机舱是风机最重要的部件，也是最重的设备。

根据设备的技术参数以及现场机械的实际情况，可以采用单机卸车或双机卸车。

2.3 风机设备吊装
风机设备吊装主要指塔筒、机舱、叶轮等大件设备吊装，其中最重要的环节是吊装机舱、叶轮或发电机（直驱式）。

机舱或发电机最重则吊机受力也最大；叶片的受风面积最大，因此对风速要求严格，一般要求风速不大于8m/s。

为了考虑叶片吊装的方便和容易操作，机舱或发电机吊装时吊机的位置既要考虑满足机舱的要求也要满足叶轮的吊装要求。

叶轮吊装时，要求随时注意风速的变化，上面2个叶片溜绳按技术要求绑扎。

每条溜绳需要5～6人，配合指挥人员进行松紧调整。

叶轮与机舱对接时，需要2～4根尺寸适当的定位销进行定位，然
后再慢慢松钩对接。

塔筒吊装时，每节连接螺栓力矩达到厂家安装资料上技术要求时才能松下吊机，进行下一步吊装工作。

根据风机塔筒的特点，在安装时除了按吊装安全规程进行作业，还应注意以下几点：
①起吊前，检查设备内所有的电缆，并进行必要加固措施，确保在吊装过程中电缆不被损坏。

②塔筒内作业时必须做好漏电保护措施，检查电源线。

③吊装底节和中节塔筒时，把临时安全绳固定在塔筒顶端，确保作业人员上下塔筒的安全，吊装上段塔筒后，把永久的安全绳安装好。

④塔筒对接时，由起重指挥站在地面通过对讲机与塔筒平台上人员联系，并指挥吊机动作；当机舱到达塔筒上方和叶轮与机舱对接时，吊装作业指挥权由地面起重指挥移交给塔筒平台上起重指挥，由其通过对讲机指挥吊机动作。

⑤一般的机型要求将上段塔筒与机舱在同一天安装完成。

2.4 电气系统安装
电气系统包括塔筒内电气连接和塔筒外电气系统连接。

塔筒外电气系统包括风机发电机送出线缆，变压器系统，高压送出线路。

一般在风力发电机组安装前，风机发电机除送出线缆外其他设备应该具备投运条件。

变压器系统现在大部分采用集成箱式变压器，将高、低压开关、变压器、保护系统集成一体。

安装时只需
要在预先施工完成的基础上就位箱变即可。

高压送出线路有架空线路和直埋电缆两种方式。

架空线路造价便宜，因为风电场大多处于大风等恶劣天气地区，架空线路附件较多容易受外界影响，较多发生事故。

直埋电缆线路无以上缺点，且施工进度快，但成本造价较高。

塔筒内电气系统包括塔筒内各种电缆的接线，塔筒内电缆根据塔筒高度留富裕量剪断，一般随上节塔筒一起吊起，待风力发电机组吊装完成后根据要求进行放线，排线，在根据厂家安装手册要求进行连接，校验后完成电气接线系统。

2.5 附件安装
机舱外附件一般在吊装前完成安装，内部附件待吊装完成后进入机舱安装，塔筒内包括电气照明系统、电缆支架、爬梯及安全绳等附件。

3风力发电机组吊装方案
下面以内蒙古某风电场为例介绍吊装方案。

此风电场采用1250kw 进口机组，轮毂高度65米，叶轮扫风直径为64米，机舱重量44t，塔筒分三节总重98t，叶轮总重19.8t，场地只需部分平整即可进行吊装。

3.1施工机械及工器具准备
（1）主起重机，辅助起重机。

用于吊装塔架、机舱和叶轮。

根据本工程特点，对本工程需要机械吊装的材料设备选择两种吊装方式进行吊装。

一种是汽车吊，汽车吊的优点是转移迅速，机动灵活，
对路面破坏小，但起吊时，必须将支脚落地，不能负载行驶，且对工作场地要求较高，必须平整、压实，以保证操作平稳安全；一种是履带吊，履带吊的优点是起吊高度大，有效工作范围广，可以带负载轻微位移，但转移不方便，机动灵活型差。

根据吊车实际工况和经济效益综合分析，本风电场选用500t汽车吊与100t汽车吊配合施工。

（2）液压移动吊车。

用于移动材料/设备，本工程选用25t吊车。

（3）载重拖车。

转移材料/设备，选用5t汽车吊1辆，10t卡车2辆。

（4）空气压缩机。

进行清洁处理。

（5）气枪：用于润滑操作。

（6）钢缆、尼龙绳、吊索装置、形钩环装置，转矩扳手、转矩倍增器、扳手调整装置：用于吊起设备，紧固螺钉等，由厂家配套提供。

（7）发电机作为临时电源使用，因为风电机组吊装属野外施工，无固定电源，因此配备4台5kw汽油发电机，1台15kw柴油发电机。

3.2塔架安装
3.2.1 塔架与基础环连接
1)清洁塔架油漆表面，对漆膜缺损处补漆处理；清理塔架下法兰端面及基础上法兰端面，在基础环上法兰端面上涂密封胶。

2)根据风力发电机组安装手册，采用大吨位吊车与小吨位副吊车
双机抬吊塔架，预先将主副吊固定于两端法兰上，通过吊具主吊车塔架小直径端，副吊车吊塔架大直径端，双机将塔架离地面后，在空中转90°角，副吊车脱钩，同时卸去该端吊具。

3)下端塔架工作门按标记方位对正后，徐徐下放塔架，借助两根小撬杠对正螺孔后，在相对180°方位先插入两只已经涂过mos2 油脂的螺栓，手拧紧螺母后，在将其余所有涂好mos2 油脂的螺栓插入，用手拧紧螺母后放松吊绳，按对角拧紧法分两次拧紧螺栓至规定力矩。

在第一次拧紧螺栓后去除主吊车吊钩。

4)塔架中、上段按上述双机抬方法依次安装，对接时注意对正塔内外直梯。

塔架紧固连接后，用连接板连接各段间直梯，并将上、下段间安全保护钢丝绳按规定方法固定。

5)若不立即吊装机舱总成和控制柜时，应将工作门锁住。

6)结构上铺设下平台，控制柜直接放置在塔内混凝土基础上的，在吊装下段塔架前，应先使控制柜就位。

3.2.2塔架通过地脚螺栓与基础连接
1)清理基础表面，去掉地脚螺栓防锈包装，将所有地脚落双上的下调节螺母的上端面调至同一水平面。

2)塔架下段清洁后，按前述双机抬吊法使塔架纵轴线铅垂，借助小撬杠使塔架下法兰螺栓孔与所有螺栓对正，下放塔架，使所有地脚螺栓插入下法兰孔中。

3)待下法兰下端面与下调节螺母接触后，将地脚螺栓总数1/3数
量的上调节螺母拧入，稍放松吊车吊绳，并按对角法紧至约相当70%规定力矩。

4)用u型连通管法或经纬仪检验塔架上法兰上平面与水平面的平行度及纵轴线与水平面的垂直度，并用调节螺母调节，使其达到安装手册标准规定的要求后，紧固螺母，并把其余螺母全上紧，去除吊车吊钩。

5)依次把中、上段塔架用双机抬吊法安装，并按规定拧紧力矩对角法分两次紧固连接螺栓。

6)重复4）操作，复验平行度和垂直度，若未达到要求，采用调节地脚螺母使之达到要求。

7)按手册要求，进行二次混凝土浇注，把塔架下段法兰下端面与基础上平面之间的环状空间填满。

应注意，要按工艺要求采用加有早凝计的膨胀水泥，且浇注采用手工捣固时应充分。

3.3 风轮组装
组装在风力发电机组安装现场进行。

组装前安装点应清理干净、相对平坦，垫木、叶片支架及吊带、工具、油料均应备齐到现场，风轮风毂、叶片均已去处外包装、防锈内包装，工作表面擦拭干净。

1)用吊带吊运，使轮毂与三只叶片就位，轮毂迎风面与叶片边缘均向上。

2)按已确定的叶片安装角对准标记，分别把三只叶片与轮毂连接，确认安装角不超差后，按对角法分两次将连接螺栓上紧至规定力矩。

安装角误差一般不得超过半度。

3)安装叶片的叶尖
4)进行以上操作时，均应按手册在相关零件表面涂密封胶或mos2 油脂。

3.4安装机舱
1)打开铰链式机舱盖，或卸去水平部分式机舱盖，清理机舱内底版表面油污，搬去所有不相干的暂放物品，固定电力电缆和控制电缆。

2)将轮毂前平盖板，机舱内有关护罩、紧固螺栓等固定在机舱内。

3)挂好起吊钢丝绳吊具，调整其长度，使机舱夏布的偏航轴承下平面在试吊时处于水平位置，若调不出水平状态，应按安装手册提示，加用足够起重量的手动吊葫芦调平。

4)清理塔架上法兰平面和螺孔，去处运输时的法兰支撑，在法兰上平面涂密封胶，连接塔架——机舱偏航轴承的紧固螺栓表面涂mos2 油脂，绑好稳定机舱用的拉绳。

5)起吊机舱至处于上法兰上方，使二者位置大致对正，间隙约在10mm时，调整并确认机舱纵轴线与当时风向垂直。

6)利用两只小撬杠定位先装上几只固定螺栓，并拧入螺栓，徐徐下放机舱至间隙为零，但吊绳仍处于受力状态，用手拧紧所有螺栓后放松吊绳。

7)按对角法分两次拧紧螺栓至规定力矩，去除吊绳。

8)安装偏航刹车，连接液压油管。

3.5安装风轮
1)用三副吊带分别绑轮毂三个叶根处，同时分别把三根拉绳在叶片和叶尖转轴上绑好。

2)主吊车吊两个叶根皮带，副吊车吊第三个叶根吊带，水平吊起，在主吊车钩徐徐上升过程中，副吊车钩徐徐下放，使风轮从起吊时状态逐渐倾斜，当风轮轮毂高度超过风轮半径尺寸约两米时，风轮只由主吊车吊住，完成空中90°转身，松去副吊车吊绳，通过人拉三根拉绳，使风轮轴线处于水平位置，继续吊升风轮使之与机舱主轴连接法兰对接。

3)松开机舱内盘式刹车，转动齿轮箱轴，使主轴与风轮轮毂法兰螺孔相对。

4)安装人员系好安全带由机舱开口处从外部进入风轮轮毂中心，完成固定螺栓的紧固工作，当已紧固的螺栓数超过总数一半（安装手册另有规定时按规定数）且其在圆周较均匀分布时，在轮毂内的安装人员撤回机舱，刹紧盘式刹车，松开并去除主吊绳。

5)松开盘式刹车，借助齿轮箱输出轴旋转风轮至适当位置后，重新刹紧盘式刹车，安装人员再次进入轮毂，完成其余螺栓连接作业，并按规定力矩上紧。

6)安装主轴端分油器，并连接液压管路。

7)安装轮毂平盖板，安装人员撤回。

8)吊装水平部分式机舱盖
4 风力发电机组安装的过程管理
4.1 现场施工管理
由于风电场存在安装时间较短，长期风力大等特点，因此进行风电工程项目施工也有流动性大、工期短、长时间在大风环境下作业、不同风电场条件差异大、施工条件恶劣等特点,这给现场施工管理带来一定的困难。

主要管理人员应提前进入施工现场，收集现场施工资料和周围环境、自然环境资料，然后根据施工特点提前采取相应有效的措施，充分利用当地的资源，以确保施工正常有序进行。

4.2 机械及材料管理
由于风力发电机组安装需要机械、材料较多，因此安装过程一定加强机械及材料管理工作，避免发生误工现象。

（1）材料的采购和管理
采购计划应按施工部门提出的施工总进度计划、施工计划、施工图纸和技术要求制定，并报送监理审批。

按采购计划制定书面的采购定货单，选择供应商，预定交货地点和日期。

材料交货验收按招标文件和技术说明及有关的技术标准对采购
材料应进行检查验收，并作好记录。

材料的管理方面，检验合格的材料应分类、分批堆放，并设立标志和账卡，坚持按用途归口管理、发放，不得混杂。

另外，经监理批准后，方可进行材料的代用。

（2）设备的采购和管理
进行工程设备采购时，应根据施工进度的安排以及招标文件和技术说明的要求，提出工程设备的订货清单，报送监理审批。

并按监理批准的工程设备订货清单办理订货，将订货协议副本提交监理。

工程设备到货后严格检查验收。

购置的设备到达指定地点后，对随机技术文件、产品合格证、装箱清单进行数量和外观质量的清点、查验，并做好记录。

查验合格后，对该设备进行安装、调试、技术试验或试运转。

机械设备要经常进行保养、维护使机械设备经常处于良好的技术状况，确保各种机械设备安全正常运转。

4.3在风力较大情况下的施工管理
风电场存在长时间必须在较大风力情况下作业的特点。

因此无论是作业期间或大型吊车停驻时，必须考虑到可能有最大的风速情况。

若风的条件大于停车的限制值，必须及时把吊杆降低到地面上。

如果场地条件允许，应该朝着迎风方向降低吊杆系统。

必须及时考虑风力和风向的变化，每天预先收集信息。

以便及时做好防范工作，吊车臂杆趴下后应用防风锚做好固定。

履带吊转移时，速度一般不宜超过500m/h（由于吊臂长，吊机容易发生意外而侧翻），转移前用推土机把行车路线推平。

转移时由履带吊司机长负责指挥，履带吊前方、左右履带设专人监护，保证前后履带角度不超过3度，左右履带夹角不超过2度。

当地压不够时须铺设路基板，夜间转移时要配备照明设施。

施工过程中，随时观察天气状况，及时将强风预报通知吊机长。

吊车司机接到强风预告应马上停止作业，将吊钩升到最高位置，然后趴杆将臂杆头部触地或将臂杆放置于铁板凳上，关闭发动机，锁好操作室，人员撤离。

总之，大型风力发电机的安装要做好策划，严格按规程进行安装。