海上升壓站上部組塊施工期監測與分析

郭 偉，程蓮蓮

(上海港灣工程質量檢測有限公司，上海201315)

0 引 言

江蘇濱海300 MW海上風電場項目風電機組選用單機容量3 MW風機，共100臺，總裝機容量300 MW。電氣系統分兩部分，海上布置220 kV升壓站和陸上布置集控中心。海上升壓站將35 kV電壓升壓至220 kV，經海底電纜將風機所發電能輸送至陸上集控中心后，就近接入電網系統。該升壓站是整體式海上升壓站[1]，是目前國內容量最大、水深最深，建設難度和風險系數最高的升壓站。升壓站結構形式包括上部組塊和下部結構，建造標準要同時滿足陸上電力系統和海工產品的標準，上部組塊作為一個整體，在陸上組裝基地完成其制造、設備安裝、調試[2]。

上部組塊總質量3 200 t、鋼結構質量1 900 t。在基地吊裝、水上運輸、海上吊裝的施工期中，出現的傾斜和振動可能會對電氣設備造成一定影響，甚至破壞，為防止較大的傾斜和振動，十分有必要對其進行傾斜和振動實時監測，確保升壓站的安全和正常運行，為設計和施工提供相關實測參數，為以后工作積累經驗。

1 監測概況

升壓站監測包括施工期和永久期監測，施工期只對上部組塊進行監測，自基地吊裝開始至海上吊裝完成，所有監測儀器均實現自動化實時監測。升壓站上部組塊在基地和海上吊裝均采用5 000 t“新振浮7”浮吊船進行，水上運輸通過駁船完成。整個施工期監測分3個工況，各工況吊裝流程分別為:①工況一(基地吊裝)。陸地豎向起吊→平吊→空中停留→安放到駁船上。②工況二(運輸過程中)。長江運輸→出?？凇Ｉ线\輸。③工況三(海上吊裝)。駁船起吊→平吊→空中停留→安放到導管架上。監測內容見表1；監測工況及持續時間見表2。

表1 監測內容

表2 監測工況及持續時間

2 測點布置

一層(甲板層)主要作為電纜層和結構轉換層，布置事故油池、樓梯間、救生裝置等；二層是整個升壓站的核心區域，布置主變、低壓配電室、應急配電室、GIS室等；三層布置蓄電池室、通訊繼保室等；頂層布置懸臂吊、空調外機等。

在一層和三層的立柱上安裝傾角計和加速度計，在二層發電機和GIS設備附近鋪板上安裝加速度計。傾斜及振動監測傳感器布置見圖1～圖3[3]。圖中B為傾角計，監測傾斜；C為加速度計，監測振動。

圖1 上部組塊監測傳感器布置正視示意

圖2 上部組塊二層監測傳感器布置示意

圖3 上部組塊一層、三層監測傳感器布置示意

3 監測成果及分析

X、Y向分別表示升壓站平面兩個垂直的方向，Z向表示垂直于X、Y的方向。在運輸過程中，X向與運輸船軸向位置(行駛方向)一致。各工況傾斜基準值選取時間見表3。

表3 各工況基準值選取時間

3.1 傾斜

傾角采樣時間間隔為5 min，把所有傾角繪制成變化過程曲線，見圖4。

由圖4可知，3種工況傾角變化過程曲線各向傾角變化規律基本一致。具體為:①工況一。在起吊時，X、Y向均先變化至負向最大；在空中停留時，X向呈現線性增大趨勢，Y向基本穩定；在安放時，X、Y向均呈現正負變化趨勢。②工況二。X、Y向均正負交替出現，海上運輸比長江運輸時傾角要大得多。③工況三。在起吊時，X、Y向均正負交替出現；在空中停留時，X、Y向均基本穩定；在安放時，X、Y向均呈現正向微小傾斜。

工況一和工況三的傾角曲線吻合性高，而工況二的吻合性較低，可能原因為:①工況一基準值是陸地靜止狀態，工況三是最終安放到導管架上，基準值均很穩定；而工況二是水上晃動狀態，各傾角計的基準值選取存在差異。②傾角計采集時間間隔為5 min，工況二動態測試時，每個傳感器響應會存在差異，采集到峰值也不同，同樣造成實測傾角存在差異；即工況一和工況三為準靜態監測，而工況二為動態監測。

圖4 各工況不同方向傾角變化過程曲線

綜上所述，施工期監測X、Y向最大傾角分別為-1.55°、6.06°，最大變化量為2.81°、10.41°，均出現在工況二，即海上運輸過程中。

二層發電機和GIS設備距X軸距離分別為0、11.1 m，計算得到GIS設備晃動最大高度為1.17 m，滿足設計要求。

3.2 振動

加速度采樣頻率為100 Hz，對每30 min的數據分析一次，得到加速度峰值，把所有峰值繪制成變化過程曲線，見圖5。

由圖5可知，三種工況的8個加速度峰值各向變化規律基本一致。具體為:①工況一。在起吊和安放時，加速度較大，空中停留階段較小。②工況二。X向在長江運輸與海上運輸加速度峰值基本一致，Y、Z向海上運輸明顯大于長江運輸。表明海上運輸時，波浪對升壓站軸向(行駛方向)沖擊與其余兩個垂直方向相比較小。③工況三。在起吊和安放階段，加速度較大，空中停留階段較小。

根據圖5可得施工期監測X、Y、Z向加速度最大峰值分別為775×10-3、999×10-3、1 045×10-3m/s2，均出現在工況二，即海上運輸過程中，各向加速度均小于設計值0.2g，滿足設計要求。

4 結 語

對升壓站上部組塊施工期進行自動化實時振動和傾斜監測，得到了以下結論：

(1)本項目利用先進的自動化監測技術，實現海量數據自動采集、傳輸、處理，在施工期監測中取得了良好效果。

(2)傾斜與振動最大值均出現在海上運輸過程中，監測結果均滿足設計要求；為設計和施工掌握施工期不同階段傾斜和振動變化規律提供了完整的實測數據，對以后同類結構監測提供參考。

(3)本次監測未實現真正完全自動化，今后應在界面實時顯示監測結果，實時指導施工期不同階段的工作，調整施工措施，比如吊裝速度，海上運輸速度和方向等，確保升壓站及設備的安全。

圖5 各工況不同方向加速度峰值變化過程曲線

(4)傾角監測采樣時間間隔設置為5 min偏低，以后可以采用動態監測，得到更準確的傾角變化規律。

[1] 吳欠欠, 何愛敏. 海上升壓變電站設計及建造研究[J]. 機電信

息, 2017(6): 69- 70．

[2] 柳麗香, 俞華鋒, 賈獻林. 國內外風電場海上升壓站結構型式概述[J]. 青年科學, 2014(4): 64．

[3] 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司. 江蘇大唐濱海300 MW海上風電場工程海上升壓站監測布置圖[R]. 杭州: 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司, 2014．