田敏
中国电建华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122
摘要：随着全球经济的不断发展,对电力的需求也日渐增加。在能源供应的巨大压力与世界对环境问题的重视下,风能作为一种清洁能源,以其巨大的蕴藏量、可再生性、分布广、无污染等特性,备受各国青睐,成为目前世界上发展最为迅速,也是最具开发前景和技术发展最为成熟的电力新能源之一,并正向着规模化、成熟化和产业化的方向发展。
关键字：集电线路；冻土区；融沉；冻胀
1、前言：
在乌克兰遍布广阔的冻土区域，考虑到其天然环境下冻土与不良冻土现象的留存，对于集电线路的破土动工来说，是一个严峻的挑战。高原地区生态环境及其脆弱，冻土环境的稳定性较差，加之在地下存在着日积月累形成的大量冰物质,对于温度的波动有着极为强烈的依赖性，容易导致集电线路基础变形或撕扯等问题。工程建筑师们不仅要考虑冻土脆弱特性，还需要深刻考虑到破土动工会对冻土环境产生哪些破坏。随着冻土性质逐渐发生改变，地基基础也会慢慢发生变形甚至遭到破坏，直接给集电线路基础工程的正常施工和集电线路成套维修造成不小的困扰。为了保证工程顺利开展与安全应用，工程师们应该分析影响输电线路基础工程的原因。
2．项目研究的目的、意义
乌克兰Yuzhne76.5MW风电项目位于敖德萨尤日内市limansky。Limansky地理位置优越，位于敖德萨州东南部，以耕地和防护林为主，该地区北部与Berezivskyi 接壤,西部与Blyyaevsky和Ivanivskyi区接壤,东部边界被 Tiligulsky河口冲刷,这是敖德萨和米科拉耶夫地区的水边界。本项目交通便利，被一条具有国际意义的M-14公路和一条省道横穿，几乎贯穿整个项目。
项目共分为5条集电线路，其总长46.4km。风机发电电压为0.69kV，每台风机内部配有成套电气装置：升压变压器（35/0.69kV）、中压开关柜以及二次屏柜等，功能齐全；
为了打破季节性冻土地区电缆线路敷设的季节性，提高供电的可靠性，在保障能源输送安全方面具有重大的经济效益，本项目将结合项目地点的特殊性，研究具有较高理论和工程应用价值的技术。
3．本项目达到的技术水平及市场前景
本课题以乌克兰Yuzhne76.5MW风电项目为应用试验平台，通过对海外季节性冻土地区的电缆沟开挖、电缆型号设计选型及单芯电缆敷设施工工艺等方面的研究，以掌握季节性冻土地区集电线路施工应用的核心技术。
随着欧洲市场的逐步开发，此技术研究将持续的为后续当地新能源项目奠定相关技术的基石，实现季节性冻土地区电缆直埋敷设的安全，经济，快速。
4、研究内容和目标
4.1项目主要研发内容、预期目标及解决的关键技术
季节性冻土地区风电项目集电线路施工技术研究，主要从以下三个方面进行研究：
（1）冻土区电缆沟开挖工艺
敖德萨州尤日内市地理位置优越，位于黑海沿岸，大部为滨黑海低地，西北有丘陵。气候温和干燥，年降雨量为351毫米。冬季降雨主要以下雪为主，又因冬季气温在冰点附近徘徊，反复无常，积雪在温度上升时融化，渗入土地，温度下降时结冰，形成季节性冻土，冻土层平均厚度为10cm。冻土开挖因冻土种类、施工内容有热融法、换填法、爆破法及人工开挖等方案，本期项目为电缆沟开挖，因电缆敷设深度处于冻土层下面，且电缆周围已经进行换填沙砾混合物，故基本不考虑冻土的两大危害：冻胀和融沉。根据项目的施工特点，采用机械破除开挖方案来满足长距离，多点式的施工，通过增加机械数量来提高施工效率。机械破除法将根据各区域冻土性质来决定使用旋挖破除或者破碎锤破除，因地制宜。通过机械破除开挖的方式，将大大增加冬季施工效率，避免人力资源的浪费（乌克兰冬季人力资源紧张）。
（2）季节性冻土地区电缆型号选型研究
常见的电缆绝缘及护套材料有：聚氯乙烯、聚乙烯、交联聚乙烯、橡胶等，在此基础上会根据施工环境特点来增加特性及结构特征，如：阻燃、低卤、耐火、防水及耐寒等。
电缆产品通常不规定电缆的最低使用温度，针对季节性冻土地区电缆的最低使用温度、敷设温度及施工要求的规定更少，本期工程将根据：电缆型号、施工方面以及电缆的运输贮存这三个环节来选择合适的电缆，来保证冬季可施工及如何避免因选型不当出现的电缆质量问题。
（3）单芯电缆敷设工艺
由于三芯高压电缆不能制作得过长，长距离敷设若使用三芯电缆，将增加电缆中间接头数量，给输电系统造成诸多安全隐患，因此，单芯电缆在长距离敷设中，展现出了三芯电缆无法比拟的优点。本期工程所有集电线路设计敷设方式为直埋敷设，集电线路总长46.4km，长距离直埋敷设方式造成人力敷设的局限性，因此，采用专业机械敷设电缆是唯一可行且有效的办法。
4.2主要技术创新之处
（1）针对超长距离冻土区电缆施工，分析当地冻土区各种开挖方案优缺点。如何跟时间赛跑，如何节约项目成本，采取高效、经济的开挖方式，提高开挖方式的适用性。
（2）采用物理机械性能良好、耐寒性能优异的单芯电缆，满足冬季季节性冻土地区不怕冻，易施工的要求。
（3）为确保电缆敷设质量，通过采用输送机和牵引机等机械装置敷设电缆，既节省大量的人力物力（当地劳动资源匮乏），也大大提高了施工效率；同时在欧盟标准的指导下，研究当地施工的新技术，新工艺，新材料。
（4）鉴于乌克兰机械水平先进，结合本项目施工特点，对于属地化机械设备进行深层次调查研究，针对性改造成符合本项目的专用机械并形成专利。
5、研究开发试验方法及采用技术（工艺）路线
本项目采用工程当地调查研究，通过当地调查，从适用条件、施工方案及经济性研究分析对比，从而确定本项目适用的集电线路施工技术方案。
（1）结合乌克兰FAS光伏项目集电线路施工经验，对拟用的施工机械种类在尤日内市及敖德萨州进行当地调研，收集机械的型号及参数，了解租赁价格及机械现有数量。通过租赁价格对比、机械需求量及施工环境适用性分析，确定机械最大化使用的方案。
（2）收集乌克兰当地电缆厂信息，到各厂家进行实地调研，了解电缆型号及结构参数。整理收集后的资料，针对乌克兰气候及冻土等因素，进行设计计算分析，选取最适合本项目施工的电缆型号。
（3）对当地电缆敷设专用设备进行调研，观察设备运行情况，收集相关设备型号及技术参数。针对本项目选取的各型号电缆及电缆装盘尺寸等因素，来选取敷设专用设备。
（4）通过一系列调研取证，计算分析，形成一套适用于季节性冻土地区集电线路成套技术研究方案。
6、多年、永冻土区的保护开发
目光放在多年冻土区、永冻土区的时候，研究分析其冻害大多是融沉破坏,针对这一研究结果：在铺设集电线路时应时刻注意保护当地脆弱的生态环境。保护多年冻土是在建设集电线路的时候,尽量使地基土保持在冻结的形态之下，这主要应用于含有大量冰的冻土或层数较多的地下冰区域；在铺设线路之前可以热化或部分化解冻土,或掌握冻土的消融速度,使冻土融化到预计的标准；对多年冻土还可以预融或挖除、完全破坏或对其中性质及不稳定的那一部分进行破坏，打碎冻土层的下冰层。
7、结束语
综上所述，现阶段在冻土区进行集电线路施工，在最大程度上保证集电线路施工安全以及使用寿命，施工环境维持现状不被破坏这些方面或多或少都存在一定的问题，制约了成套施工以及技术的提升。基于此，笔者针对冻土区集电线路施工的具体问题提出几点技术提高的措施，加强集电线路在冻土区的应用施工。
参考文献：
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