武鄉(xiāng)縣50 MW山地光伏項(xiàng)目工程施工技術(shù)研究

摘要：不同于常規(guī)光伏電站，山地光伏發(fā)電項(xiàng)目需要在復(fù)雜地形條件下施工建設(shè)，對(duì)施工技術(shù)的運(yùn)用提出了較高要求。文章結(jié)合工程實(shí)例對(duì)山地光伏項(xiàng)目的水文地質(zhì)條件展開分析，根據(jù)工程特點(diǎn)提出施工技術(shù)方案，并對(duì)基礎(chǔ)施工、支架安裝、組件安裝等各個(gè)環(huán)節(jié)的施工技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)，為推動(dòng)工程的順利進(jìn)行提供了保障，可為同類工程建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：山地；光伏發(fā)電；安裝工程施工；灌注樁基

中圖分類號(hào)：TU753? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1674-0688（2023）05-0087-03

0 引言

在國家“雙碳”政策大力發(fā)展清潔能源的背景下，各地紛紛開始加強(qiáng)太陽能資源的開發(fā)和利用。在實(shí)際工程建設(shè)階段，受地形復(fù)雜，山地朝向各異，施工難度大，以及安裝施工容易遭遇結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、雷擊等因素的影響，導(dǎo)致山地光伏發(fā)電建設(shè)難度大，施工效率低。通過對(duì)武鄉(xiāng)縣的地形和氣候進(jìn)行研究，采取鉆孔灌注樁→光伏支架安裝→光伏組件安裝→電氣安裝→驗(yàn)收測(cè)試等一整套完善的施工措施，使施工效率和施工質(zhì)量得到明顯提升，為企業(yè)節(jié)省了施工成本。因此，該施工技術(shù)對(duì)山地光伏項(xiàng)目的施工有著重要的意義，研究能為我國山地光伏項(xiàng)目施工提供借鑒。

1 工程概況

山西省武鄉(xiāng)縣5萬kW光伏發(fā)電項(xiàng)目位于山西省長(zhǎng)治市，該地區(qū)為暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年日照時(shí)數(shù)為2 311.5～2 664.5 h。武鄉(xiāng)縣地處太行、太岳兩山之間，海拔為800～1 809 m，各地因?yàn)楹０尾煌?，所以存在較大的氣候差異，年均氣溫在10 ℃左右。工程項(xiàng)目位于洪水鎮(zhèn)東部一帶，距離縣城約50 km，項(xiàng)目建設(shè)容量為50 MWp，配套建設(shè)1座110 kV升壓站，占地面積約100萬m2（1 500畝），平均水平總輻射達(dá)1 367 kWh/m2，按照《太陽能資源評(píng)估方法》（QX—T-89—2018）中的標(biāo)準(zhǔn)，該地為太陽能資源豐富區(qū)域，適合建設(shè)大型光伏電站。

本工程采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)，灌注樁的樁徑為200 mm，光伏支架設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為1 700 mm，出露地面不小于100 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。樁身全長(zhǎng)范圍內(nèi)對(duì)鋼筋籠的要求如下：主筋為6根φ10 mm的鋼筋，沿主筋均勻分布，混凝土保護(hù)層厚度為35 mm，基礎(chǔ)樁樁頂應(yīng)居中預(yù)埋鋼管，光伏陣列支架柱腳與基礎(chǔ)樁頂預(yù)留鋼管連接且連接必須達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)及符合不均勻沉降要求。

2 水文地質(zhì)分析

工程位于中、低山區(qū)，場(chǎng)地地勢(shì)較高，存在沖溝發(fā)育，地形起伏不平。從前期勘察結(jié)果來看，測(cè)區(qū)存在多處斷裂構(gòu)造，但距離光伏場(chǎng)地較遠(yuǎn)，對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性無影響。場(chǎng)地地塊相對(duì)穩(wěn)定，區(qū)域地震烈度為7°，適合建設(shè)光伏電站。場(chǎng)地土壤為中硬土，最大凍結(jié)深度達(dá)到93 cm，地下水埋深超15 m，不會(huì)給建筑物基礎(chǔ)帶來影響。從地層結(jié)構(gòu)來看，以黃土（粉土）為主，帶有濕陷性，厚度約3 m，承載力特征值達(dá)到90 kPa，下方分布粉質(zhì)黏土、層泥巖、層石灰?guī)r，擁有良好的物理力學(xué)性能。場(chǎng)地濕陷性黃土可作為光伏支架等構(gòu)筑物的天然持力層，但容易發(fā)生不均勻變形，需做好防滲排水。

3 光伏發(fā)電安裝工程施工

3.1 施工方案

從投資、運(yùn)行等角度考量，工程選用540 Wp高效單晶硅太陽能組件，支架選用固定傾角支架，通過將22塊光伏組件串聯(lián)，并呈縱向布置，實(shí)現(xiàn)多支路上網(wǎng)，做到分塊發(fā)電和集中并網(wǎng)，經(jīng)逆變器將電壓從1kV升至35 kV。在光伏電站基礎(chǔ)施工階段，若采用混凝土獨(dú)立基礎(chǔ)的開挖土方量和混凝土用量較大，受地形起伏因素影響，大型機(jī)械設(shè)備無法順利進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，導(dǎo)致工程整體施工進(jìn)度滯后，因此不適宜選用獨(dú)立基礎(chǔ)［1］。同時(shí)，項(xiàng)目所在地的土壤帶有濕陷性，采用鋼管樁基礎(chǔ)容易被腐蝕，并且在場(chǎng)地偏硬的情況下，采用預(yù)應(yīng)力管樁需進(jìn)行機(jī)械引孔，導(dǎo)致施工成本較高。經(jīng)綜合考量，決定采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，該工法能減少開挖量和混凝土用量，工藝成熟、成孔便利。在支架安裝階段，考慮地形起伏問題，應(yīng)做好各部分的定位安裝，保證整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。安裝光伏組件時(shí)，若組件有傾角或被遮擋，將直接影響項(xiàng)目發(fā)電量，因此需做到科學(xué)測(cè)算，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。電氣施工需做好線纜敷設(shè)，特別是電纜接頭處理和接地施工，以應(yīng)對(duì)雷擊威脅，確保項(xiàng)目穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 基礎(chǔ)施工

工程支架基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，支架立柱通過螺栓與預(yù)埋件連接。在基礎(chǔ)施工階段，首先進(jìn)行基礎(chǔ)放線定位，按照設(shè)計(jì)坐標(biāo)確認(rèn)樁位，做好基礎(chǔ)中心定位標(biāo)記，然后進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)嚴(yán)格控制鉆桿垂直度，并加強(qiáng)進(jìn)尺控制，隨時(shí)檢查鉆頭垂直度，避免出現(xiàn)斜孔、偏孔等問題，鉆孔深度不低于設(shè)計(jì)要求的1.7 m、直徑不小于200 mm。成孔后，復(fù)測(cè)位置、高程和成孔深度，孔底標(biāo)高和設(shè)計(jì)值允許偏差為±5 mm，孔底沉渣厚不超過50 mm，孔徑偏差在±2 mm范圍內(nèi)，然后將支架下立柱固定在樁孔中，確認(rèn)合格后進(jìn)行混凝土灌注。

本工程混凝土全部采用商混，罐車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后采用人工鏟入孔，從樁底開始分2次澆筑，直至達(dá)到地面高程，然后安裝模板，固定預(yù)埋件。在混凝土澆筑期間，應(yīng)加強(qiáng)坍落度控制，并做好振搗密實(shí)及基礎(chǔ)頂面標(biāo)高和預(yù)埋螺栓軸線跟蹤測(cè)量，確認(rèn)誤差在標(biāo)注范圍內(nèi)。澆筑成型后，及時(shí)抹面收光，并使用塑料薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。表1為灌注樁施工允許誤差標(biāo)準(zhǔn)。工程外露模板為直徑250 mm的卡扣式塑料管，安裝時(shí)對(duì)準(zhǔn)孔位，確認(rèn)其保持垂直狀態(tài)，底端利用限位裝置固定［2］。預(yù)埋件總長(zhǎng)2 m，埋入深度達(dá)1.0～1.5 m，每組4根預(yù)埋件的頂部高程需統(tǒng)一控制，確保滿足上部支架安裝精度要求。

3.2.2 支架安裝

工程選用“C”形鋼支架，由橫梁、立柱、斜撐等部件構(gòu)成，使用鍍鋅螺栓連接。樁基混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%以上，并且尺寸偏差等符合要求，將支架與底部預(yù)埋采用螺栓連接。安裝前，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員進(jìn)行安全、技術(shù)交底，確認(rèn)支架安裝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。將地腳螺栓周圍雜物清理干凈，利用經(jīng)緯儀對(duì)基礎(chǔ)展開復(fù)測(cè)，確認(rèn)螺栓縱、橫軸線處于同一直線，偏差不超±5 mm。

按照施工順序先對(duì)支架立柱進(jìn)行固定，每組支架安裝前后確認(rèn)預(yù)留孔中心和地腳螺栓孔中心保持一致，并且需要及時(shí)調(diào)整立柱縱、橫向中心線與基礎(chǔ)軸線中心線重合。如果發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)標(biāo)高超出偏差，需要立即調(diào)整上、下立柱插入尺寸，并用螺栓緊固。立柱安裝好后，組裝斜撐、縱梁、橫梁等部件，使用螺栓連接。使用“人”字梯作業(yè)，將立柱立起后，對(duì)斜梁進(jìn)行固定，將螺栓擰至90%的緊度，利用吊線錘對(duì)立柱垂直度進(jìn)行檢查，確認(rèn)符合施工規(guī)范要求后，使用電動(dòng)套筒扳手對(duì)螺栓進(jìn)行緊固。必須嚴(yán)格按照施工圖紙確定支架連接順序和緊固度，禁止隨意敲打，以免給結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性帶來不利影響。

3.2.3 組件安裝

安裝光伏組件前，需要完成組件檢測(cè)，確認(rèn)組件的各項(xiàng)參數(shù)符合技術(shù)指標(biāo)。挑選參數(shù)接近的組件安裝在同一方陣單元中，對(duì)額定電流相近的組件進(jìn)行串聯(lián)，并對(duì)接線盒上穿線孔進(jìn)行加工。在陽光下對(duì)光伏板開路電壓進(jìn)行測(cè)量，確認(rèn)輸出端和標(biāo)識(shí)正負(fù)吻合。檢查確認(rèn)光伏板不存在劃傷、裂紋、變形等缺陷后，可以使用叉車將其運(yùn)輸?shù)街付ǚ疥囆?、列通道上，期間應(yīng)加強(qiáng)防護(hù)，并禁止堆疊光伏板，避免與周圍支架發(fā)生碰撞［3］。安裝施工期間，應(yīng)做到輕拿輕放組件，避免組件受沖擊、振蕩或承受重壓。按照自下而上的順序安裝光伏板，安裝后應(yīng)及時(shí)緊固壓塊螺栓，使用彈簧墊圈進(jìn)行放松處理，確認(rèn)光伏板橫平豎直。在相同方陣內(nèi)，應(yīng)確認(rèn)光伏板之間的間距一致，傾斜度允許偏差為±1°，相鄰組件邊緣高差不超過2 mm，同組邊緣高差不超過5 mm，并且保證接線盒方位正確。

按照施工順序，應(yīng)先對(duì)兩端4塊光伏組件進(jìn)行安裝，完成尺寸、對(duì)角線校核后，使用放線繩在中間邊沿拉通線，完成中間光伏組件的安裝。在此基礎(chǔ)上，先安裝上排組件，后安裝下排組件，使用壓塊螺栓片將組件固定在橫梁上。使用壓塊螺栓片前，應(yīng)確認(rèn)牙齒和橫梁卷邊槽緊密咬合，并保證結(jié)構(gòu)端正，確保組件受力均勻。在光伏板安裝期間，為防止表面玻璃受損，需要在方陣兩端設(shè)置放線繩，以此為基準(zhǔn)對(duì)光伏板平面進(jìn)行調(diào)節(jié)，確認(rèn)表面平整、間隙均勻。使用MC4插頭進(jìn)行組件連接。在插頭數(shù)量較多的情況下，為保證連接的可靠性，需要采用薄膜和密封膠帶等加強(qiáng)結(jié)構(gòu)保護(hù)（如圖1所示），保證接頭干凈清潔，避免后續(xù)出現(xiàn)連接不良的情況。接線過程中，禁止將正負(fù)極接反且各串組件連接后要對(duì)開路電壓進(jìn)行檢查，保證參數(shù)正確。確認(rèn)連接無誤后，可將其中一塊插頭連接斷開，確保后續(xù)施工人員的安全。安裝匯線箱時(shí)，應(yīng)做好線纜、膠帶、綁扎線等材料的準(zhǔn)備工作，只有確認(rèn)其質(zhì)量合格才可以進(jìn)行方陣布線。按照?qǐng)D紙選用不同顏色的導(dǎo)線作為正負(fù)極，連接時(shí)應(yīng)確認(rèn)接頭鍍錫截面超出6 mm，并對(duì)多股導(dǎo)線加裝銅接頭。在連接接頭圈時(shí)，使用截面不超6 mm的單芯導(dǎo)線，確認(rèn)導(dǎo)線的彎曲方向和緊固螺栓保持一致，各處接線端芯線不超2根，中間增設(shè)墊片后將螺栓緊固。對(duì)方陣布線進(jìn)行檢查，確認(rèn)接線盒出口位置連線向下彎曲，避免雨水流入。使用固定卡將組件和方陣連線固定在支架上，確認(rèn)方陣輸出端存在明顯標(biāo)志。完成各串組件連接后，確認(rèn)開路電壓正確。

3.2.4 電氣施工

電氣施工期間，需要利用1回110 kV線路將光伏電站接入國家電網(wǎng)系統(tǒng)變電站110 kV母線，架空線路長(zhǎng)6 km。采用“T”連接方式將各方陣單元發(fā)電模塊和母線連接，在各區(qū)利用集電線路將各單元分區(qū)送出至110 kV升壓站站進(jìn)線。在電氣施工方面，沿著檁條敷設(shè)直流線纜，并沿著支架立柱引入?yún)R流箱，然后直埋敷設(shè)至逆變器直流側(cè)。在電纜數(shù)量較多的情況下，容易出現(xiàn)電纜固定點(diǎn)受力不均、受陽光直射等問題，造成電纜絕緣加速老化。為解決以上問題，將明敷線纜設(shè)置在檁條槽內(nèi)，根據(jù)電纜根數(shù)選擇對(duì)應(yīng)直徑的PVC管加強(qiáng)保護(hù)，確認(rèn)電纜截面不超過保護(hù)套管截面的60%。在豎向視線高度位置，粘貼黑黃警示標(biāo)識(shí)，保證線纜敷設(shè)整潔美觀。

在防雷接地施工時(shí)，場(chǎng)區(qū)單元和設(shè)備采用40 mm× 4 mm鍍鋅扁鋼做接地網(wǎng)，采用50 mm×5 mm鍍鋅角鋼作為垂直接地極，各光伏區(qū)不互聯(lián)，將方陣支架接地，確認(rèn)組件邊框和支架連接牢靠，接入水平接地網(wǎng)，接地環(huán)網(wǎng)施工完畢，分區(qū)進(jìn)行電阻檢測(cè)，確認(rèn)接地電阻不超過4 Ω。在避雷器等位置，安裝垂直接地極進(jìn)行集中接地，與主接地網(wǎng)連接。在接地安裝實(shí)踐中，使用黃綠色BVR接地線將各方陣兩端組件和檁條連接，并使用熱鍍鋅扁鋼將立柱和人工接地體連接?？紤]到大風(fēng)天氣可能造成支架、組件晃動(dòng)，因此要設(shè)置連續(xù)環(huán)形補(bǔ)償余量，對(duì)接地線兩端進(jìn)行壓線處理，使用機(jī)螺栓處理壓接點(diǎn)，應(yīng)將彈簧墊片等零件配備齊全。在立柱和預(yù)埋件之間，使用橡膠圈密封對(duì)接縫進(jìn)行處理，并使用雙螺栓和平墊片等零件對(duì)接地扁鋼進(jìn)行固定，并在表面涂刷標(biāo)識(shí)漆，增強(qiáng)接地可靠性。

3.3 驗(yàn)收測(cè)試

在工程安裝施工結(jié)束后，在晴朗天氣條件開展測(cè)試驗(yàn)收工作，確認(rèn)太陽總輻照度至少達(dá)到700 W/m2。開展一個(gè)周期的測(cè)試，應(yīng)確認(rèn)電站輻照不穩(wěn)定度不超過±1%。按照測(cè)試要求，方陣開路電壓符合規(guī)定，最大輸出功率至少達(dá)到各組件最大輸出功率的60%，輸出端和支撐結(jié)構(gòu)間絕緣電阻至少達(dá)到50 MΩ。利用太陽能模組測(cè)試儀進(jìn)行檢測(cè)，使用帶MC4插頭的點(diǎn)拉線與測(cè)試儀正負(fù)極夾頭連接，使組件面向太陽直射方向。

4 結(jié)論

山地光伏電站可以將光伏發(fā)電和荒山治理結(jié)合，提高土地資源綜合利用效益，推動(dòng)地區(qū)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，改善地方生態(tài)環(huán)境。在工程建設(shè)實(shí)踐中，應(yīng)把握山地光伏發(fā)電安裝施工難點(diǎn)，科學(xué)編制施工方案的同時(shí)，把握工程基礎(chǔ)施工、支架安裝等各環(huán)節(jié)施工技術(shù)要點(diǎn)，確保工程達(dá)到較高的發(fā)電效率。

5 參考文獻(xiàn)

［1］曾慶賀，彭帥.淺談山地光伏灌注樁基礎(chǔ)施工質(zhì)量控制［J］.湖南水利水電，2022（2）：5-9.

［2］吳龍生，關(guān)永明，石亞.山地光伏支架基礎(chǔ)灌注樁適應(yīng)性選擇探討［J］.粘接，2021，48（11）：145-148，153.

［3］趙海軍.山地農(nóng)光互補(bǔ)光伏發(fā)電安裝工程施工技術(shù)研究［J］.山西建筑，2021，47（15）：106-108.

【作者簡(jiǎn)介】馬培文，男，河南商丘人，任職于中鐵十七局集團(tuán)第二工程有限公司，中級(jí)職稱，研究方向：新能源施工、房建施工。

【引用本文】馬培文.武鄉(xiāng)縣50 MW山地光伏項(xiàng)目工程施工技術(shù)研究［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2023（5）：87-89.