王　龍(錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧錦州　121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

鐵路運(yùn)營(yíng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電影響的研究

王龍(錦州鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧錦州121000)Study on the Influence of Railway Operation on Wind Power SystemsWANG Long

摘要巴新鐵路在修建過(guò)程中與風(fēng)力發(fā)電區(qū)產(chǎn)生交叉，且風(fēng)力發(fā)電設(shè)施距離鐵路最近的距離只有164 m。目前國(guó)內(nèi)并無(wú)相應(yīng)的規(guī)范去定義運(yùn)營(yíng)鐵路與風(fēng)電設(shè)施的距離要求，闡述鐵路運(yùn)行時(shí)振動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)施基礎(chǔ)的影響以及周圍氣流變化對(duì)風(fēng)機(jī)扇葉的影響，可為同類工程的勘察設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞鐵路運(yùn)行風(fēng)電設(shè)施振動(dòng)氣流

1概述

2007年8月7日，巴新鐵路取得了《國(guó)家發(fā)展改革委關(guān)于新建巴彥烏拉至新邱鐵路項(xiàng)目核準(zhǔn)的批復(fù)》(發(fā)改交運(yùn)[2007]1941號(hào)文件)。截止至2009年，在巴新鐵路初測(cè)、定測(cè)等現(xiàn)場(chǎng)勘察設(shè)計(jì)過(guò)程中，我院與當(dāng)?shù)厥姓块T(mén)進(jìn)行過(guò)調(diào)查溝通，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)風(fēng)電場(chǎng)存在且當(dāng)?shù)匾?guī)劃部門(mén)也未提出有風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃。2012年10月，鐵路穿越的局部區(qū)域出現(xiàn)了風(fēng)力發(fā)電設(shè)施，由于風(fēng)力發(fā)電塔的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范尚未提出鐵路運(yùn)營(yíng)對(duì)其影響的具體要求，只是簡(jiǎn)單的標(biāo)注為距離線路中心大于2 km，而此次風(fēng)力發(fā)電塔距離鐵路的最小距離為164 m，需要研究鐵路在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)施發(fā)電的影響。

2影響內(nèi)容及交叉情況

巴新鐵路運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)施基礎(chǔ)的影響；巴新鐵路列車經(jīng)過(guò)時(shí)，周圍的氣流變化對(duì)風(fēng)機(jī)扇葉的影響。

巴新鐵路共兩次與風(fēng)電設(shè)施交叉，具體里程為：DK49+308與塔146號(hào)、塔148號(hào)之間電纜交叉及DK51+455與塔129號(hào)、塔130號(hào)之間電纜交叉，如圖1、圖2所示。

3振動(dòng)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)施基礎(chǔ)的影響分析

3.1　振級(jí)預(yù)測(cè)值

根據(jù)鐵計(jì)函[2010]44號(hào)“關(guān)于印發(fā)《鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)噪聲振動(dòng)源強(qiáng)取值和治理原則指導(dǎo)意見(jiàn)》(2010年修訂稿)的通知”，鐵路環(huán)境振動(dòng)VLZ預(yù)測(cè)計(jì)算式如下

式中VLZ0，i——振動(dòng)源強(qiáng)，列車通過(guò)時(shí)段的最大Z計(jì)權(quán)振動(dòng)級(jí)/dB；

Ci——第i列列車的振動(dòng)修正項(xiàng)/dB；

n——列車通過(guò)的列數(shù)。

振動(dòng)源強(qiáng)VLZ0，i：依據(jù)鐵計(jì)函[2010]44號(hào)文及本鐵路的設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)速，客車速度按照120 km/h，源強(qiáng)取值77.5 dB，貨車速度按照80 km/h，源強(qiáng)取值80 dB。

振動(dòng)修正項(xiàng)Ci按Ci=CV+CW+CL+CR+CH+CG+CD+CB進(jìn)行計(jì)算：速度修正CV，依據(jù)本鐵路客車設(shè)計(jì)速度120 km/h，貨車設(shè)計(jì)速度80 km/h，速度修正源強(qiáng)取值分別為77.5 dB及80.0 dB；軸重修正CW，預(yù)測(cè)車輛與參考車輛一致，軸重修正為0 dB；線路類型修正CL，該修正僅對(duì)距線路中心線30~60 m范圍內(nèi)進(jìn)行修正，由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)施距離線路的最短距離為164 m，線路類型修正為0 dB；軌道類型修正CR，本工程鋪設(shè)為有砟軌道，軌道類型修正為0 dB；地質(zhì)修正CG，根據(jù)對(duì)振動(dòng)的影響，本工程地質(zhì)條件為第四系全新統(tǒng)沖積層，地質(zhì)修正為0 dB；距離衰減修正CD，建筑群類型修正CB，按照最不利條件進(jìn)行預(yù)測(cè)，建筑群類型修正為0 dB。

列車通過(guò)的列數(shù)n：依據(jù)巴新線鐵路總體設(shè)計(jì)原則，近期開(kāi)通客車1列/日，貨車12列/日。

通過(guò)鐵路環(huán)境振動(dòng)VLZ公式的計(jì)算，各風(fēng)電設(shè)施基礎(chǔ)的震動(dòng)預(yù)測(cè)值如表1。

3.2　震動(dòng)加速度的計(jì)算

根據(jù)振動(dòng)加速度級(jí)計(jì)算公式，可得出振動(dòng)加速度有效值

式中VAL——振級(jí)/dB；

a——振動(dòng)加速度有效值/(m/s2)；

a0——基準(zhǔn)加速度/(10~6 m/s2)。

各基礎(chǔ)處的振動(dòng)加速度值見(jiàn)表2。

3.3　分析結(jié)果

經(jīng)預(yù)測(cè)，考慮運(yùn)營(yíng)期列車速度、位置關(guān)系等相關(guān)因素，巴新鐵路的列車運(yùn)行對(duì)距離較近的風(fēng)機(jī)引起的振動(dòng)影響約為57.9～65.1 dB，遠(yuǎn)低于《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070—88)之“鐵路干線兩側(cè)”80 dB標(biāo)準(zhǔn)要求，也低于《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070—88)之“居民、文教區(qū)”晝間70 dB，夜間67 dB的要求。經(jīng)計(jì)算，振動(dòng)加速度有效值為0.000 785～0.001 789 m/s2，即列車運(yùn)行影響至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)處的加速度值為0.000 785～0.001 789 m/s2。根據(jù)相關(guān)資料，該區(qū)域風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)地震烈度為Ⅶ度，對(duì)應(yīng)振動(dòng)加速度要求為0.15g(1.47 m/s2)，列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)加速度遠(yuǎn)小于風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，不會(huì)對(duì)其基礎(chǔ)產(chǎn)生安全影響。

4運(yùn)行氣流對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)施的影響分析

4.1　氣動(dòng)力的數(shù)值判定

根據(jù)現(xiàn)行鐵道部的相關(guān)規(guī)定，只對(duì)高速鐵路進(jìn)行氣動(dòng)壓力的分析，且研究范圍均在鐵路兩側(cè)聲屏障附近。根據(jù)高速鐵路相關(guān)測(cè)試結(jié)果：監(jiān)測(cè)對(duì)象為作用于軌道兩側(cè)聲屏障上的脈動(dòng)風(fēng)壓，聲屏障距線路中心距離為4.2 m。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和有限元數(shù)值計(jì)算驗(yàn)證得到，在動(dòng)車組以220～330 km/h速度運(yùn)行時(shí)，2.15 m高的聲屏障氣動(dòng)壓力絕對(duì)最大值為0.10～0.30 kPa；在動(dòng)車組以250～320 km/h速度運(yùn)行時(shí)，3.15 m高的聲屏障氣動(dòng)壓力絕對(duì)最大值為0.30～0.70 kPa。

圖3為高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范(TB10621—2009)中7.2.19相關(guān)內(nèi)容中的規(guī)定。

由圖3可見(jiàn)，時(shí)速為160 km/h的列車對(duì)于距離線路中心不同距離的氣動(dòng)力見(jiàn)表3。

由表3可見(jiàn)，列車對(duì)周邊的氣動(dòng)力影響成級(jí)數(shù)衰減，距離線路8 m時(shí)的氣動(dòng)力值僅為距離線路中心3 m氣動(dòng)力值的1/10。

4.2　鐵路運(yùn)營(yíng)所引起的風(fēng)級(jí)計(jì)算

依據(jù)公式Wp=V2/1 600，可得到風(fēng)速值。

式中Wp——風(fēng)速/(m/s)；

V2——?dú)鈩?dòng)力值/(kN/m2)。

通過(guò)計(jì)算，當(dāng) 8 m距離的氣動(dòng)力為0.028 kN/m2時(shí)，計(jì)算所得的風(fēng)速為6.7 m/s，根據(jù)國(guó)家風(fēng)速表查得，相當(dāng)于4級(jí)風(fēng)的風(fēng)力，對(duì)周邊的影響為“吹起塵土”。

4.3　分析結(jié)果

由于巴新鐵路為貨運(yùn)鐵路通道，列車運(yùn)行速度小于160 km/h，對(duì)周邊的氣動(dòng)力影響較高速鐵路會(huì)減小很多。參考以上的計(jì)算結(jié)果，考慮到距離線路最近的129號(hào)風(fēng)機(jī)的距離為164 m，氣動(dòng)力成級(jí)數(shù)衰減，趨近于無(wú)，故可認(rèn)為列車經(jīng)過(guò)時(shí)對(duì)風(fēng)機(jī)扇葉的氣動(dòng)力影響很小。

5結(jié)論

通過(guò)以上分析，列車運(yùn)行時(shí)其引起的振動(dòng)影響約為57.9～65.1 dB，遠(yuǎn)低于《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070—88)的要求，列車運(yùn)行影響至風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)處的加速度值為0.000 785～0.001 789 m/s2，遠(yuǎn)小于風(fēng)電設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí)1.47 m/s2的數(shù)值；而運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的氣流到距離線路最近的129號(hào)風(fēng)機(jī)時(shí)，氣動(dòng)力成級(jí)數(shù)衰減，趨近于無(wú)。因此，巴新鐵路的運(yùn)行對(duì)風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)、以及風(fēng)機(jī)周邊的氣流均不會(huì)產(chǎn)生影響。

參考文獻(xiàn)

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中圖分類號(hào)：U212.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-7479(2015)06-0063-03

作者簡(jiǎn)介：王龍(1982—)，男，2005年畢業(yè)于遼寧工程技術(shù)大學(xué)地質(zhì)專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師。

收稿日期：2015-09-14