海上升壓站結構布置優化及施工工藝研究

和法利 李國慶 姚龍

摘 要：簡要介紹江蘇東臺200MW海上風電項目及其海上升壓站結構設計優化概況。從總體布局優化、導管架基礎選型、上部結構建造布置、上部平臺主變壓器安裝方案、動態無功功率補償裝置布置、上部組塊裝船方案優化、上部組塊海上安裝方案優化、采用微正壓裝置保持干燥及創新設計理念等方面研究該升壓站結構布置優化及施工工藝。實踐證明，該海上升壓站的設計優化對今后海上風電項目的開發及施工具有很重要的借鑒意義。

關鍵詞：海上升壓站；結構優化；施工工藝

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.185

1 概況

江蘇東臺200MW海上風電工程位于鹽城東臺市東部海域，中心離岸距離約36km，規劃海域面積29.8km2，總裝機容量200MW。建設1座220kV海上升壓站，位于風電場中間海域，以1回220kV海纜送至陸上集控中心。在升壓站結構設計優化方面，按照相關聯設備就近布置，進行多次優化，平臺結構重量由初步設計時的2600噸降低到2250噸；主變壓器由單臺容量200MW調整為2臺容量120MW配置，明顯減少全場停電時間和升壓站設備停電幾率，有效提高風電場運行的可靠性和靈活性，同時增加全運行周期內的經濟效益。

2 升壓站結構布置優化及施工工藝

（1）總體布局優化。兩臺主變重量較大，采用主變居中布置，35kV、220kV分列主變兩側；為減少高壓電纜在平臺走線，采用接地變與35kV開關柜就近布置減少高壓電纜走線，減輕上部平臺重量；針對暖通設備功率消耗大，將暖通機房與400V相近布置；三層主要按照相關聯設備就近布置的原則，方便后期運維檢修方便，蓄電池、柴油發電機布置在繼保室上方，吊機吊臂范圍內，因柴油機需兩側通風，將柴油機房布置在平臺三層東北角。

（2）導管架基礎選型。導管架基礎提供安全的靠船方式以及合理的電纜保護管支撐。東臺項目海上升壓站基礎為斜樁基礎，這是國內海上升壓站基礎首次采用斜樁型式。斜樁基礎可以提供水平抗力，有利于靠船等水平沖擊荷載以及波浪力等疲勞荷載作用下升壓站的整體穩定性。斜樁導管架基礎一般采用先放導管架后打樁的施工順序，導管架放下后，進行調平標高，再進行打樁。主導管為打樁提供導向，可保證打樁時的高精度，且施工過程安全、可控，無需其他工裝設備。由于斜樁在可提供水平抗力，在同樣地質條件和位移要求下，保持樁徑不變，采用斜樁時樁長比直樁短；或保持樁長不變，直樁所需樁徑更大。因此，采用斜樁更節約鋼材量。

（3）上部結構建造布置。上部組塊陸地建造采用分片預制，整體吊裝的方法，盡量加大地面預制深度，減少高空作業工作量，同時各層甲板片上的相關設備待甲板片吊裝完成后進行就位安裝。工藝管線、電氣、儀表、舾裝、通風、涂裝等系統全部在陸地完成施工，并進行吹掃、試壓和預試運，減少海上工作量。結構總裝遵循“甲板片分層預制、從下往上，由里及外”原則。主結構甲板片地面預制完成，經涂裝完成面漆后，將在滑車上進行陸地總裝。各分片可以進行同步獨立制作，大大縮短主結構制造時間，提高整體施工效率。

（4）上部平臺主變壓器安裝方案。該升壓站主變壓器安裝采用預留吊裝孔整體吊裝的安裝工藝。海上升壓站上部平臺陸上建造工期緊、設備供貨晚，按正常施工工藝不能滿足工期要求，需先施工結構，后安裝設備，經過反復論證，海上升壓站上部平臺主變壓器安裝采用預留吊裝孔整體吊裝的安裝工藝，這在國內海上升壓站主變安裝尚屬首次。

（5）動態無功功率補償裝置布置。動態無功功率補償裝置移至陸上集控中心布置，不僅降低海上升壓站上部平臺內設備重量，而且有利于設備的后期運行維護；海上升壓站上部平臺結構在符合設計規范要求的前提下，最大限度縮減結構尺寸。

（6）上部組塊裝船方案優化。海上升壓站上部組塊有兩種裝船方案，一種是采用大型浮吊直接吊裝就位于運輸駁船，另一種是采用軌道滑移方式裝船。考慮江蘇東臺海上升壓站上部組塊總重2250t，采用大型浮吊船成本過高，且大型浮吊船可使用數量較少，等待調度安排可能會影響到項目整體工期；同時，勝利油建龍口建造基地有完備的滑移設備，并在滑移裝船方面已具備豐富經驗，因此，選用軌道滑移方式裝船。同時這也是我國海上風電項目上部組塊裝船首次采用滑移裝船方案，意義重大。

（7）上部組塊海上安裝方案優化。海上升壓站施工區域水淺流急，正常水深難以滿足大型施工船舶作業要求，浮吊吊裝需候潮作業，有效施工周期短，吊裝方案控制需十分精確，船靠泊、起鉤、吊裝各環節環環相扣，吊裝需一次成功，作業風險大。吊裝前對現場情況及水深進行測量，選用合適窗口期進行施工。根據水深條件選擇合適的起重船舶進行吊裝。

（8）采用微正壓裝置保持干燥。為保持海上升壓站內部干燥，采用微正壓裝置，該裝置是使離相封閉母線外殼內部產生一個略高于外部大氣壓的干燥氣壓差，迫使外界環境中的潮氣、灰塵、鹽霧等不能侵入到封閉母線的外殼內，使絕緣子、外殼與導體間的工作環境始終保持潔凈、干燥狀態，避免封閉母線絕緣下降、閃烙、漏氫等不正常現象。

（9）創新設計理念。將傳統“量體裁衣”式的設計變革為“成衣定制”式的標準化、模塊化設計，建立起以海上風電場并網方案為基礎的涵蓋海上變電站、集電系統、二次系統的海上風電場電氣系統典型設計方案，對于海上風電場并網、海上升壓平臺的主接線、絕緣配合、設備選型和布置、二次系統設計、土建設計等提出標準化、模塊化方案。形成海上風電接入系統設計規范，提高工程標準化建設水平，發揮規模建設的效益和效率，促進設備、材料的標準化。

通過優化，平臺結構較原初設尺寸長度壓縮1.4米，結構和設備總重量由2600噸降低到2250噸，擴大升壓站平臺整體吊裝船機的選擇范圍，施工區域不需挖泥就可以滿足施工船機的吃水深度要求，降低材料和施工費用。

3 總結

江蘇東臺200MW海上風電項目是目前我國單位容量最大、離岸距離最遠、電壓等級最高、海況最復雜的海上風電項目。江蘇公司深入調研、精心策劃，在東臺項目海上升壓站平臺建造、海上吊裝施工（船舶、方案、準備、吊裝）等方面做好工作，確保海上升壓站建造、設備安裝、海上吊裝的順利完成。江蘇東臺200MW海上風電工程海上升壓站的設計優化對今后海上風電項目的開發及施工具有很強的借鑒意義。

參考文獻：

[1]李書建，李俊林.“三峽大豐”海上升壓站總布置設計與建造方案研究[J].山東工業技術，2018（13）：96+62.

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