本文原载于《农村电工》2025年第01期
华电重庆新能源有限公司有张赛、王万银、何国斌、王海军、刘永刚。
华电电力科学研究院有限公司 柴保桐
1 现场状况
某光伏电站所在之地遭遇烈风天气。当地气象台的信息表明，该场区的最大风速为 24.2m/s（9 级）。而现场的测风装置数据显示，当日局部的最大风速达到了 30.3m/s（11 级）。
现场查看受灾状况，受灾区域主要在该光伏电站的 B3 段和 B4 段。这里大面积的光伏组件出现了损坏，支架也发生了变形，光伏板被掀翻了。在这期间，光伏电站的 220kV 升压站运行正常，光伏区的逆变器运行正常，光伏区的组串也运行正常，没有人员受伤，并且也没有对电网产生影响。
设备的损坏情况如下：现场的组件损坏区域主要集中在 B3 和 B4 段。在损坏的组件中，檩条位置出现内卷现象，边槽钢有外翻和扭曲的情况，螺栓连接孔也有撕裂的状况。同时，组件的铝合金压块发生了变形和撕裂，垫片出现弯曲且不平整的情况。
光伏板采用 2×14 双立柱进行布置。设计基本风压为 0.3kN/m²，风速为 21.91m/s。场区测风装置监测到的最大风速达到 30.3m/s（11 级），风压为 0.6kN/m²。实际风压是设计风压的 2 倍，由此出现了风载荷过载的情况。
现场检查发现，组件压块与檩条连接螺栓所用的垫片存在问题。其厚度不够，仅为 1mm，且比螺孔略大。这导致垫片的受力面不足。当风力较大时，组件会来回拉扯，使得垫片变形，进而使压块及组件整体脱落。脱落的组件还会带翻周边的组件，从而导致事故扩大。压块垫片的情况可参见图 1。
图1 压块垫片情况
光伏电站场区的组件施工情况如下：南北坡未分开进行设计施工。现场南坡的组件是与山坡平行安装的，这样其迎风受力面相对较小。而北坡的组件与山坡存在一定夹角，其迎风受力面则较大。光伏电站所处的位置，永宁方向与新铺方向的昼夜温差比较大，非常容易形成局部的小气候带，大风会从永宁方向沿着升压站后面的山坡向下吹。大风时，B1 段风毁情况好于 B3 段。大风时，B2 段风毁情况好于 B4 段。大风时，B1、B2 段（南坡）风毁情况好于 B3、B4 段（北坡）。
组件安装的情况如下。现场的组件安装存在不规范之处，按照设计要求，组件伸出檩条边缘的长度应为 504mm，然而实际情况是组件伸出檩条两端的长度并不一致，其中最小值为 200mm，最大值为 800mm。在起风的时候，由于组件两端受力不均衡，受到风的致动振动作用，导致螺栓以及压块出现松动，进而使得组件被大风吹翻。并且，还引起了组件在压块处直接折断的情况，最终致使整排组件被大风吹翻。
2 原因分析
2.1
设计方面分析
设计风速为 21.9 米/秒，达到 9 级；设计风压为 0.3 千牛/平方米。现场监测到的最大风速是 30.3 米/秒，达到 11 级；风压为 0.6 千牛/平方米。实际风压是设计风压的 2 倍，出现了风载荷过载的情况。
支架系统里，连续檩条的截面是 C80×40×15×2 。它的最大弯矩为 1089696Nmmgb50017-2025 钢结构设计规范，弯曲应力是 126Mpa 。檩条的跨度是 4200mm ，基础前后排的间距是 2600mm 。在风载荷过载时，该檩条跨度使得端部光伏组件因风致振动而脱落，并且导致檩条中段的弯矩过大，出现了光伏支架悬挑并产生塑性变形的情况。当风力过大且风载荷过载时，原有支架的结构会发生塑性变形，原有檩条的结构也会发生塑性变形，甚至原有支架和檩条的结构会被撕裂。
2.2
安装方面分析
在光伏组串支架安装过程中，斜撑连接螺栓未被紧固。部分光伏组件压块螺栓连接缺少垫片，并且紧固不到位。部分同组檩条不在同一直线上。同时，部分支架中间立柱间的拉筋存在搭接现象，紧固螺栓松动。拉筋端部未与立柱有效连接。拉筋的安装位置未按照图纸要求，安装在立柱的底部和上端等，这些情况都属于不规范情况。安装不规范致使拉筋大多未受力，最终致使单个光伏组串的支架整体刚性欠佳。成片的光伏组串通过压块互连并固定在檩条结构上，当压块固定作用丧失后，在压块互连固定方式下会出现组件成片抛翻的连锁反应，从而引发光伏板大面积受损。
2.3
结构方面分析
现场的 2×14 光伏板被固定在 4 根檩条结构上。每 2 个光伏板通过压块被固定在檩条结构上。成片的光伏组串采用压块进行互连并固定。支架系统里连续檩条的跨度是 4200mm，基础前后排的间距是 2600mm。光伏组件固定在该檩条跨度上。在风载荷过载时，端部组件会因风致振动而脱落。同时，还会出现光伏支架悬挑变形过大的情况。此时需要进行应力情况计算分析，以得到连续檩条内力最小的跨度加固方案。
光伏组件的安装倾角为 18°。在运行期间，光伏组件、压块以及光伏组件连接螺栓所承受的载荷会传递至檩条。同时，檩条所承受的应力也会传递至支架。如果檩条的刚度不足，在较大载荷的作用下，就容易发生变形损坏，从而无法将力矩和应力传递至支架。
2.4
材质方面分析
光伏组件通过压块与支架檩条相连接，连接所用螺栓为 A2 - 70 奥氏体不锈钢内六角螺栓。这种连接螺栓的抗拉强度不低于 700MPa，其尺寸规格是 M8×35，螺母、平垫以及弹垫的材质均为 Q235B 不锈钢。经实测，垫片的厚度为 1.31mm，比 M8 垫圈的公称厚度（1.6mm）要小，同时也小于标准所要求的最小厚度（1.4mm）。檩条的材质是 Q355B，它的光伏板连接螺栓孔是槽孔。该槽孔的设计尺寸为 30mm×9mm，而现场测量得到的尺寸为 31.06mm×9.86mm。
国家标准 GB50017—2017《钢结构设计标准》11.5 有相关规定。一般高强度螺栓可采用槽孔。对于 M12 的高强螺栓，其槽孔尺寸标准为 22mm×13.5mm。普通螺栓一般采用圆孔。B 级普通螺栓的孔径比螺栓公称直径大 0.2 至 0.5 毫米。C 级普通螺栓的孔径比螺栓公称直径大 1.0 至 1.5 毫米。没有普通螺栓采用槽孔的标准支撑。
施工前需清除表面的耕植土。地锚孔施工时，其孔径为 170mm，钻孔深度可在现场进行调节，并且要保证孔入持力层的深度不小于 1.4m。桩的施工允许存在偏差，桩孔的直径偏差需小于 10mm；桩孔位置的水平偏差不应超过 25mm；桩孔的垂直度偏差应小于桩长的 1/200；进入持力层深度偏差应在±50mm 范围内。
由此可见，光伏电站檩条的光伏板连接螺栓孔开孔尺寸偏大。这导致檩条螺栓连接处的承载面积变小。并且槽孔边缘局部承载的力量较大。
3 改进措施及建议
3.1
技术改造
现有支架东西方向间距为 4200mm，且共有 3 跨。每跨间距 4200mm 的中间位置会增加 1 套立面，这套立面包含斜梁、斜撑、前后立柱以及连接件。在 2 个悬臂端也会各增设 1 套立面，此立面包含斜梁、斜撑、前后立柱、连接件和紧固件。每套 2×14 阵列支架会增加 5 套立面以及前、后立柱拉条。檩托与檩条的连接，需要在现场对檩条进行开孔处理，并且要做好防腐工作。经加固后进行计算，要确保原有支架的各个构件的截面积能够满足标准的要求。同时，组件与檩条连接的紧固件采用大平垫、弹垫、螺母并配锁紧螺母的连接形式。
3.2
组件紧固
依据国家标准 GB/T96.1—2002《大垫圈 A 级》的要求来检查垫圈尺寸。若发现小尺寸垫圈紧固不足，建议把垫圈换成大垫圈。要全面检查螺栓的紧固件以及扣件的完整度和形变情况。要是有扣件损坏，就立即进行更换。对于损坏区域的光伏组件，要全部更换为长压块并采用双螺栓紧固方式。
3.3
设计建议
排查风速的实际情况，通过等高线来标注光伏组件布置平面图，明确最大风速的位置和区域。利用就地测风装置或者当地的气象数据，获取光伏电站场区实际可能出现的最大风速值以及对应的最大风压值。计算光伏场站现场的真实载荷，以确保可行性研究报告中的风载荷值与实际情况保持一致。
光伏项目设计期间，在进行风载荷计算时，选取的风压会考虑极端风压值并进行修正。对于坡面以及山谷等区域的光伏支架，会按照最大风压值来进行设计制造。要应对光伏施工项目，就需要安装测风装置，并进行 1 年的风速测量。同时，应收集近 1 年的气象数据，充分考虑局部小气候天气情况的影响，对局部区域的支架结构强度进行加固设计计算。
对檩条加装紧固刚性支架，以防檩条随风扭动。
3.4
施工建议
光伏电站强化地基的安装质量，强化支架的安装质量，以确保组件边框具有足够的紧固强度，在后续的安装过程中严格把控安装质量。
光伏电站的施工单位必须依照设计图纸来进行施工。同时，业主单位要和监理单位一起对施工过程进行监督。
明确设计单位、施工单位、监理单位以及项目部等在现场的职责，对现场施工进行严格监管，及时发现设备安装中存在的问题并进行整改。
3.5
恢复及排查建议
排查檩条的强度设计情况，排查支架的强度设计情况。获取最大风速值以及对应的最大风压值，依据这些值来计算局部风载荷的实际值。如果局部风载荷实际值大于设计风载荷值，就对照《光伏发电工程组件及支架安装质量评定标准》和《钢结构设计标准》的要求，排查是否存在支架受力不足的情况、檩条挠度不足的情况、压块强度不够的情况以及支架钢强度不够的情况。
排查光伏组件及支架的安装质量。首先检查光伏支架的安装质量，要严格依据《光伏发电工程组件及支架安装质量评定标准》《光伏发电站施工规范》《光伏发电工程验收规范》，以及支架厂家的安装施工图和安装技术文件的要求来对光伏支架进行检查，以此来确保组串支架的整体刚性。严格按照《钢结构设计标准》的相关规定来执行。要测量檩条与光伏板连接螺栓孔的开孔尺寸以及垫片的尺寸gb50017-2025 钢结构设计规范，以此来防止因尺寸不一致而引发的紧固不足问题。对于采用压块与支架檩条进行连接的情况，要排查连接螺栓的抗拉强度、尺寸规格，还有螺母、平垫、弹垫的材质以及垫片的尺寸实测值，防止因为安装值小于标准公称厚度，从而导致檩条螺栓连接处的承载面积偏小，以及槽孔边缘局部承载较大的情况。
排查连接螺栓的形变情况以及腐蚀情况。对连接螺栓的形变和腐蚀情况进行检查，以判断部分斜撑连接螺栓是否存在未紧固、形变以及腐蚀等异常状态。检查组件压块螺栓连接，看是否存在缺少垫片、紧固未到位以及部分同组檩条不在同一直线上等情况。3. 光伏支架整体刚性较差。
排查存在光伏板被大风吹翻的区域。查看光伏支架的变形情况，紧固防风拉杆的安装情况，观察支架随风扭动的情况。对于频繁发生组件及支架损坏的区域，应让设计单位依据实际风载重新复核光伏支架各部件的强度是否能满足使用要求，在必要时可以增加檩条斜撑，更换强度更高材质的光伏支架部件和光伏压块辅件。
全面检查螺栓的紧固件以及扣件的完整度和形变情况，对有损坏的扣件应立即予以更换。
