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安全预评价在风力发电建设项目中的应用分析

文档作者: 张长敏        文档来源: 内蒙古电力科学研究院
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48 内蒙古电力技术 INNER.MONGOLIA ELECTRIC POWER. 2010年第28卷第4期 安全预评价在风力发电建设项目中的应用分析 Application Analysis of Safety Pre-appraisal in Wind Power Generation Projects 张长敏 (内蒙古电力科学研究院,内蒙古 呼和浩特010020) 『摘要1基于风力发电在内蒙古自治区快速发展的现状,根据目前国内安全评价技术的发 展情况,结合内蒙古自治区风电场的自然条件和区域特点。从风电场场址选择、总体布置、建 (构)筑物、机组选型、集电线路、电气设备、施工过程等方面分析了安全预评价在内蒙古风力 发电建设项目应用中应注意的问题.为开展风力发电新建项目安全预评价 加强风力发电新 建、改建、扩建项目的全过程安全管理提供参考。 『关键词1安全预评价;风力发电;风电场选址;风电机组选型;集电线路;电气设备 『文献标志码1 C 『文章编号1 1008—6218(2010)04—0048—04 随着我国可持续发展能源战略的实施.能源结 构不断调整.风力发电作为绿色再生能源在内蒙古 自治区得到了快速的发展.风力发电安全评价技术 也随之得到广泛的推广应用 根据风力发电建设项 目实施阶段的不同.风力发电安全评价分为安全预 评价、并网安全评价和安全设施竣工验收评价。 风力发电安全预评价是在风力发电建设项目可 行性研究阶段.根据项目可行性研究报告等基础资 料,辨析建设项目潜在的危险、有害因素,确定其与 安全生产法律法规、规章、标准、规范的符合性,预测 发生事故的可能性及其严重程度,提出科学、合理、 可行的安全对策措施建议,并做出安全评价结论。 1 风力发电安全预评价的发展 1.1 法律依据 《中华人民共和国安全生产法》第二十四条规 定:“生产经营单位新建、改建、扩建工程项目的安全 设施.必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投 入生产和使用 安全设施投资应当纳入建设项目概 算”。此规定明确了生产经营单位新建、改建、扩建项 目必须落实安全设施“三同时”工作 国家发展改革 委员会、国家安全生产监督管理总局发改投资 『200311346号《关于加强建设项目安全设施“三同 时”工作的通知》。内蒙古自治区安全生产监督管理 局内安监执法字[20091116号《关于加强风电建设项 目“三同时”监管工作的通知》,为实施风电建设项目 “三同时”工作.更好地进行建设项目安全预评价、竣 工验收评价有了可遵循的法规依据 1.2 发展状况 2007-2008.风力发电安全设施“三同时”工作 处于发展初期.多数风力发电企业在项目建设中关 注的重点是商业运行电价的落实、并网安全评价的 开展.对执行建设项目安全设施“三同时”工作认识 不到位.导致安全预评价、安全设施竣工验收评价工 作严重滞后 2008—12.国家安全生产监督管理总局 召开风电专题会议.规范对风电建设项目“三同时” 的监管工作 2009年起.风力发电建设项目安全设 施“三同时”工作开始步人规范化运作阶段。 2 内蒙古自治区风电场的特点 2.1 气候特点 内蒙古自治区位于蒙古高原,属大陆性季风气 【收稿日期]2010—06—24 [作者简介】张长敏(1965一),女,河南省人,硕士,高级工程师,从事电力企业安全性评价工作。 2010年第28卷第4期 内蒙古电力技术 49 一⋯ ~ 一⋯ — — — _ ——==== === == ==== =—= =—= == = ======== ======== = == = = : = : 候 由于受西伯利亚、贝加尔湖和温都尔汗等强冷空 气的影响.具有冬季漫长寒冷、春季干旱多风、夏季 短促温热、秋季凉爽,昼夜温差大,降雨量少,无霜期 短等气候特点。常受到强大的冷高压影响,是冷空气 南下的主要通道.风能资源十分丰富;但年平均气温 低。低温期、结冰期长,气候干燥,近些年气候变化异 常.沙尘暴和雷电逐渐增多:对风电场产生不利影 响。 2.2 环境特点 (1)风电场多建在荒漠草原,场内建筑物及树 木稀少,不易产生紊流,破坏性风速极少;周边无自 然保护区、风景区、历史文物古迹、军事设施等;场址 不受放射性物质影响.不是自然疫源区、地方病流行 区:距离城市较远,不会对飞机起落、电台通信、雷达 导航等产生影响:场址周围无居民区,无大中型工矿 企业.无鸟类聚集的湿地;无噪声敏感设施;风电场 对周围环境、居民、鸟类无不利影响。 (2)由于风电场地处偏远,地域跨度较大,地形 地貌和工程地质条件各不相同.道路交通不便。 (3)风电场区大多无河流水系.站址不受河沟 洪水的影响,但存在建(构)筑物基础受雨季和暴雨 时强降雨的冲刷影响 场内地下水水位埋深相对较 深.地下水对工程产生的影响较小。由于风电场用水 多取自场内打深井.日出水量有限,因此施工高峰期 生产、生活、消防用水紧张。 (4)内蒙古自治区部分地区属地震带。根据《我 国主要城镇抗震设防烈度、设计基本地震加速度和 设计地震分组》,内蒙古抗震设防烈度为8度的地 区有达拉特旗、土默特右旗、土默特左旗、包头、呼和 浩特、乌海、杭锦后旗等;抗震设防烈度为7度的地 区有五原、乌拉特前旗、临河、固阳、武川、乌拉特后 旗、乌拉特中旗、卓资、赤峰、集宁、开鲁等。内蒙古风 电场重点集中在包头达茂、巴盟(乌拉特中旗、乌拉 特后旗)、乌盟(卓资、辉腾梁、化德、四子王旗)、锡盟 (灰腾梁、苏尼特右旗、西乌珠穆沁旗)、通辽(扎鲁 特、开鲁、花灯)、兴安盟(突泉)、呼和浩特武川、阿拉 善等地区.因此风电场所在区域存在发生地震灾害 的可能性 基于上述对气候和环境特点的分析.内蒙古地 区大多数风电场建设项目的规划选址方面.在工程 地质,地形地貌,气象(雷电、暴雨、地震、低温、沙尘 暴)等自然条件,以及交通运输、消防等方面存在较 大的安全隐患 3 安全预评价在内蒙古风力发电建设项目 应用中应注意的问题 3.1 风电场场址选择及总体布置 3.1.1 场址选择 f 1)场址应具有丰富的风能资源。 f2)场址选择应充分考虑地震、软地基、湿陷性 黄土、膨胀土等地质因素以及飓风、雷暴、沙暴等气 象危害。必须经过地质勘探,确保地质条件、水文地 质条件良好,区域稳定;经地质灾害危险性评估,确 保地质灾害危害程度小或无地质灾害.并在工程建 设时不易引发或加剧地质灾害的发生f11。 (3)场区周边应无自然保护区、风景区、历史文 物古迹、军事设施等;场址不受放射性物质影响;不 是自然疫源区、地方病流行区;风电场不会对飞机起 落、电台通信、雷达导航等产生影响1”。 3.1.2 风电场总体布置 风电场总体布置包括风力发电机组、风力发电 机组变电单元、场区集电线路、220 kV升压站、中央 监控室和场区建筑物、中央监控通信系统,以及场区 道路和其他防护功能设施(防雷、防火)的布置等。总 体布置应按照《工业企业总平面设计规范》⋯和《变电 站总布置设计技术规程》 等规定执行。风电场总体 布置应注意以下问题: (1)在满足规范及工艺要求的前提下,尽量压 缩站区用地 (2)变电站部分要统筹安排。统一布局。要总体 考虑进站道路、进出线走廊、风机布置形式等;尽量 避开工程地质不良地段.并结合地形地貌.减少土石 方工程量:场内建(构)筑物布置要紧凑、合理,并应 留有发展余地 f3)办公区应布置在生产区的常年最小频率风 向的上方向区域 (4)风电机组的排列要合理。若风电机组排列 方式不合理.将不能充分利用风资源的优势,导致风 机尾流增加、开机停机频繁.维修费用增加,电力电 缆用量增加,安装不便,从而影响运行管理,降低发 电量.影响经济效益 (5)升压站的总平面布置要结合站区的总体规 划及电气工艺要求进行:在满足自然条件和工程特 点的前提下.综合考虑安全、防火、卫生、运行检修、 交通运输、环境保护、各建筑物之间的联系等因素。 3.2 建(构)筑物 3.2.1 建(构 筑物基础 50 内蒙古电力技术 2010年第28卷第4期 (1)根据工程地质、水文地质条件,对风机的基 础数据进行详细的计算,特别对风机、箱变的基础类 型和尺寸进行计算.合理确定建(构)筑物基础13]。 (2)结合地质情况进行地基处理.提高地基的 承载能力 (3)内蒙古地区冬季时间长、气温低,冻土较 深,平均标准冻深2 m左右。基坑回填时.应着重防 止冻切力对基础侧面的作用 3.2.2 变电站建(构)筑物抗震级别 风电场内220 kV及以下的变电站建f构1筑物 抗震设防类别为丙类.330 kV及以上的变电站建 f构)筑物抗震设防类别为乙类.塔架基础的抗震设 防类别为丙类。乙类建f构)筑物当抗震设防烈度为 6~8度时.抗震措施应符合本地区抗震设防烈度提 高1度的要求,丙类建f构)筑物抗震措施应符合本 地区抗震设防烈度的要求 3.2_3 建(构)筑物消防规范 建f构1筑物在设计过程中严格执行国家建筑设 计防火规范。应对各建构筑物在生产过程中的火灾 危险性进行分类及最低耐火等级划分 :主要建筑材 料参数满足设计要求:明确变电站内建(构)筑物及 设备之间的防火间距:配置消防设施和器材.设置火 灾应急疏散标志等 3.3 机组选型 (1)因风力发电机组发展迅速,其设计、制造、 安装及运行维护方面都存在不确定因素.在选用风 力发电产品时应选用技术成熟、实际运行经验丰富 的厂家的产品 风机宜选用国内单机容量1 500 kW 及以上的风力发电机组 (2)内蒙古地区冬季时间长且气温低,风电场 区域冬季低温天数较多.极端最低温度达一40℃.风 力发电机多处于低温状态.因此应选用低温型风机. 且风机生存温度与当地温度条件要相适应 (3)内蒙古地区沙尘暴Et益严重 发电机防护 等级应满足防沙尘暴的要求 (4)内蒙古地区雷电天气虽不及南方地区多 (如乌兰察布地区年平均雷暴天数36 d),但因雷电 导致的风电场安全事故也时有发生:因此风电机组 及箱变应有过电压保护及可靠接地功能.风力发电 机组接地电阻应满足风机制造厂对设备接地要求. 并进行定期检测 (5)风电场应按照内蒙古电网风电场接入电网 技术规定执行.具有一定的低电压穿越能力。场内风 电机组必须具有保证不问断并网运行的能力 3.4 集电线路 风电场集电线路采用架空线路和电缆直埋敷设 2种方式 3.4.1 架空线路 3.4.1.1 特点 (1)架空线路安全性、可靠性较高,但受恶劣气 候影响较大,运行条件艰苦。有可能发生事故停电: (2)日常检修、维护工作量较大,但线路故障时 检修方便: (3)杆塔运输受环境影响较大。但基础施工受 外界影响较小,施工量较小,施工周期相对短: (4)风电场覆盖范围较大。架空线路受外力破 坏日益增加: (5)高海拔地区地形复杂多样.温度和湿度发 生变化易出现导线复冰现象: (6)风电场区域常年有风,对导线振动影响较 大。 3-4.1.2 注意的问题 (1)易受雷击影响,要考虑雷击防护,杆塔要有 接地保护 (2)加强导线防振措施及线夹内导线断股的检 查。 (3)杆塔强度、类型的选择应满足工作环境和 条件的要求;杆塔埋深要根据地质条件合理确定。 (4)在鸟害多发期和大风季节,要加强对线路 的巡视和消缺工作.检查横担上安装的各类防鸟装 置.确保线路安全可靠运行。 3-4.2 电缆直埋敷设 3.4.2.1 特点 (1)电缆直埋敷设安全性、可靠性高; (2)风电场多建在人烟稀少地区,电缆被破坏 的可能性小: (3)受恶劣气候影响较小,日常维护工作量较 小: (4)施工容易,敷设路径灵活,基础施工受外界 影响较小,施工量较大,但施工周期较短; (5)线路故障时检修不便。 3.4.2.2 注意的问题 (1)线路器材应符合有关国家标准和设计要 求.不合格的器材不准安装使用: (2)隐蔽工程必须按设计要求进行,回填土之 前,对隐蔽工程验收必须合格,分层夯实; (3)直埋电缆在直线段每50~100 m处,电缆 接头处、转弯处、进入建筑物处,设置明显的方位标 2010年第28卷第4期 内蒙古电力技术 51 志和标桩: f4)内蒙古地区冻土层深度较大,电缆宜埋人 冻土层以下:当无法深埋时应合理选择回填土,以防 冻胀 3.5 电气设备 3.5.1 采取避雷措施 风机布置于较为开阔的地带,塔架为高耸结构, 雷电对风电场的影响较大。如果场区避雷措施不合 理、接地电阻不符合设计要求,一旦遭受雷击,将会 造成风电机组毁害、发电机绝缘击穿、控制元器件烧 毁等 变电站电气设备应设置防直接雷击和安全接 地等设施。 3.5.2 采取防火措施 发电机组的冷却设备失效.如果不能及时冷却 发电机组。将造成过热而发生火灾:断路器连接部分 接触不良发热、闪弧。引起弧光接地过电压,发生相 间、对地短路。甚至引发爆炸着火;液压系统、齿轮箱 漏油.如果发现不及时,遇明火或高温可能造成火灾 事故:送、变、配电设备以及用电设备和电缆线路,在 运行过程中或带电状态下,由于电气短路、负荷变 化、接触不良、静电和雷电易引起火灾:因此,对电气 设备应采取必要的防火措施,选择抗阻燃电缆,并做 好防火封堵。 3.5.3 设备布置要满足安全防护要求 变电站电气设备的布置应满足带电设备的安全 防护距离要求.还应有必要的隔离防护措施和防止 误操作措施 3.5.4 采取防沙尘措施 开关机构箱要密封,并定期进行清扫除尘;配电 箱电缆孔应做好封堵 3.5.5 采取防闪络措施 大气中的各种污秽物降在电气设备瓷件和绝缘 子的表面.吸收潮湿空气中的水分后.使绝缘强度急 剧下降.承受不住工作电压而发生绝缘闪络。内蒙古 地区存在雾天、雨天、粘雪条件下发生闪络的可能。 屋外配电装置中的电气设备和绝缘子.应根据当地 的污秽分级等级采取相应的外绝缘措施 3.5.6 设备要适合高海拔要求 内蒙古西部地区风电场海拔高度均超过1 000 m.配电装置应选择适用于高海拔的电气设备、电瓷 产品.其外绝缘强度应符合高压电气设备绝缘试验 电压的有关规定 3.6 基础施工 3.6.1 施工过程 施工过程应重点关注建(构)筑物基础施工,风 力发电机塔筒、机舱、叶片吊装等。 3.6.1.1 基础施工 风机塔架基础为大体积混凝土结构.基础尺寸 较厚.工程量大.内外温差超过25℃或者温度下降 速度过快.将产生温度裂缝,应严格控制温度,控制 贯穿性裂纹的产生。混凝土浇筑必须保持浇筑的连 续性.大体积混凝土养护内外温差控制在合理的范 围内。应合理安排施工进度。避免冬季基础施工,夏 季施工应采取必要防护措施 基础施工过程中,预埋、直埋螺栓及风机基础环 预埋施工未按要求进行:混凝土与埋件结合不紧密, 存在间隙:基础环的水平度及与塔筒的连接、高强度 螺栓连接等的质量未得到有效控制:均可能产生基 础缺陷.必须严格控制施工质量,消除安全隐患。 3.6.1.2 塔筒 现场塔筒组装存在隐患.各段塔架法兰结合面 接触不好.不符合设计要求:螺母和螺栓配合不紧 密。预紧力达不到要求:低温下高强度连接螺栓性能 不符合要求,强度不够,发生脆断等:均可能导致产 生倒塔折塔事故 3.6.1.3 吊装 单机容量1 500 kW 及以上的风力发电机组风 轮直径、轮毂高度均超过70 m,吊件大,安装高度 高,高空作业受限.起重吊装工作难度大,起重伤害 事故的风险增大 3.6.2 注意的问题 风力发电机组的塔筒、机舱及叶片的安装应分 先后顺序施工:先将塔筒运到每个机组吊装场内,分 节吊装就位后.再将机舱及叶片运到吊装场内摆放 到位,分步施工。塔筒就位到基础预埋环上进行塔筒 对口、调平,测量塔筒的垂直度,再将基础的每一个 螺母紧到力矩值,经检查无误后.移走起重机。机舱 在安装过程中要严格按照设计图纸、安装说明书及 安装规程进行.对每一条连接螺栓都要进行严格的 检查:吊装过程中不能碰伤和损坏设备,并按照操作 规程的要求对安装人员及设备加以保护 3.6.3 施工机械 现场大型施工机械多.起重吊装设备选择不合 适,起重机械制造、拆、运、装、检修单位无资质,起重 机械未经监督检验合格,起重机械使用、管理不当, 操作人员无特种作业证违章操作、作业过程监护不 到位.大风沙尘及雾天起吊等.都有可能造成起重作 业事故:现场运输车辆、起重机械、土(F* 4 ㈠ 54 内蒙古电力技术 2010年第28卷第4期 图2 直流电机的动力回路 图3 直流电机动力回路改进方法1 . 1Ⅲ| 、 方施工机械等交织在一起.可能引发 设备及人身伤害事故:因此,必须对大型施工机械设 备进行严格管理,并符合操作规范要求。 3.6.4 现场管理 风电场施工期长.施工期间存在两个以上生产 经营单位在同一作业环境区域内进行施工作业现 象.若各方的安全生产管理职责不明确,就会出现混 杂作业、管理混乱的问题,导致生产安全事故的发 生:因此。必须重视和加强施工期交叉作业的安全管 理 4 结语 (1 开展风力发电新建项目安全预评价,是落 实《中华人民共和国安全生产法》的要求,是严格执 行建设项目安全设施“三同时”工作的规定.各风力 发电企业应主动做好建设项目“三同时”工作。 (2)开展风力发电新建项目安全预评价,可以 在项目可研阶段辨析潜在的危险、有害因素,可以对 潜在事故进行定性定量分析与预测.有利于及早采 取科学、合理、可行的安全措施,对危险、有害因素进 4 结语 图4 直流电机动力回路改进方法2 通过对直流润滑油泵二次控制回路实施改进 后.内蒙古锡林发电有限责任公司2x300 MW 机组 直流润滑油泵启停的可靠性得到提高.满足了机组 安全稳定运行要求。 【参考文献】 【1]内蒙古电力勘测设计院.直流电机控制回路原理图【M].呼 和浩特:内蒙古电力勘测设计院,2006. 编辑:王秀清 行预防和控制 (3)开展风力发电新建项目安全预评价,可以 评价设备、设施和系统在设计、施工、生产运行、检修 过程中是否符合有关法律、法规、标准的规定,便于 了解和掌握应使用的国家、行业及地方安全法规、标 准。 (4)开展风力发电新建项目安全预评价,有利 于对风力发电新建、改建、扩建项目的全过程安全管 理,有利于风力发电场设备装置的安全管理,是加强 风力发电场安全管理的重要基础 I参考文献1 『11国家技术监督局中华人民共和国建设部.GB 50187— 1993 工业企业总平面设计规范[S】.北京:中国计划出版 社.1994. f21中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T 5O56— 2007变电站总布置设计技术规程【S】.北京:中国电力出版 社.2008. 『31中华人民共和国国家发展和改委革员会.DL/T 5383— 2007风力发电场设计技术规范【S】.北京:中国电力出版 社.2007. 编辑:王金丽
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