海上升壓站建造階段質量控制

張寶鋒，趙 勇，韓 斌

海上升壓站建造階段質量控制

張寶鋒，趙 勇，韓 斌

（西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054）

海上升壓站的可靠性和安全性是海上風電場安全穩定運行的基礎。本文分析了海上升壓站建造過程的特點和存在問題，基于已實施的海上風電項目案例，指出海上升壓站建造過程結構制作、站內設備和系統安裝、調試階段的關鍵環節和主要隱患，采用預防控制、過程控制和事后檢驗相結合的方式，提出針對性的控制措施，形成完整、有效的海上升壓站建造質量控制技術。并通過實際項目驗證，形成行業內標準規范。本文對確保海上升壓站建造整體質量有重要的技術指導意義和參考價值。

海上風電；海上升壓站；結構制作；設備安裝；系統調試；質量預控；過程控制

隨著能源和環境問題日益嚴峻，海上風電因不占用土地資源、風資源穩定，而且受景觀、噪聲以及電磁波等問題的限制較少等優點，成為我國風電行業發展的新趨勢，也成為工程領域的研究熱點。據統計，截至2018年9月30日，我國在建海上風電項目共23個，在建容量6 479.2 MW。根據國家《風電發展“十三五”規劃》，到2020年海上風電開工建設規模達到1 000萬kW。

海上升壓站是海上風電場的“心臟”，其可靠性和安全性尤為重要。其建造過程涉及鋼結構制作、站內設備和系統安裝及調試試驗，比一般單體設備工序復雜、涉及專業多，其綜合性和復雜性特點顯著，本文針對海上升壓站建造過程薄弱環節和主要質量隱患，結合其設計特點及技術要求，研究海上升壓站陸上建造過程質量預控技術，為確保海上升壓站整體建造以及船運前設備質量提供技術支持。

1 海上升壓站建造特點及存在問題

海上升壓站陸上建造過程涉及結構、焊接、無損檢測、防腐、電氣、消防、暖通、給排水、通信等專業[1]，是一個技術密集型的“設備工程”，工作量大、涉及面廣，以傳統單體設備質量控制方式無法實現預定質量目標。

目前我國海上風電在快速發展的同時，存在以下主要問題：1）標準混雜，暫不統一。海上升壓站涉及海洋工程、電力等多個行業，存在行業交匯帶來的沖突問題，標準的選用難以統一。如陸上與海上標準的交叉使用，在平臺設計上采用陸上鋼結構、港口建筑標準，但陸上、港口結構的動態特性與海上存在差異[2-3]。2）設計理念有待改進及完善。如結構焊接及無損檢測標準方面，對于焊接及超聲波無損檢測的選用標準分別為《鋼結構焊接規范》（GB 50661—2011）和《焊縫無損檢測-超聲波》（GB 11345—2013），但導管架結構主要特點是T、K、Y節點多，而當前選用的標準和要求未體現對T、K、Y節點焊接質量的重視。3）建造過程各專業之間交叉并行相互干擾，現場建造客觀環境復雜，質量不易控制。4）建造過程管理不嚴謹，未能充分認識海上升壓站的質量隱患，人為導致問題多。

2 海上升壓站建造過程質量隱患及預控技術

海上升壓站項目通常在陸上建造，整體海上吊裝，陸上建造包括上部組塊和下部結構制作、站內設備及系統的安裝和發運前的調試試驗。根據以上特點，提出“預防為先，過程控制，事后抽檢”的由點到面、確保整體質量的預控方式。結合已實施項目案例，從3個階段分析其質量預控技術。

2.1 結構制作質量隱患及預控技術

結構制作是海上升壓站整體質量的基礎，根據華能如東風力發電有限責任公司（華能如東）300 MW（2座110 kV海上升壓站）、華能鹽城大豐新能源發電有限責任公司（華能大豐）300 MW（1座220 kV海上升壓站）海上風電項目實施統計，結構制作問題占比較大。其中海上升壓站建造質量問題統計中，67%為結構制作問題，33%為站內設備、系統安裝與調試問題；在結構制作分類質量問題統計中，42%為焊接問題，25%為防腐處理問題，33%為原材料及設計等其他問題。

針對結構制作質量問題，首先，以預防為先。1）主要對生產工藝文件和主要原材料進行核查，包括焊接工藝、焊工資格檢查，評判其是否滿足焊縫類型；無損檢測圖紙、無損檢測人員資質檢查；防腐工藝檢查，包括對涂裝材料、方法、環境、預涂表面、使用設備、防腐檢驗、涂裝缺陷修補等，核查工藝或指導文件是否有效。2）核實原材料的備料情況，對數量、規格、牌號核查，以免由于準備不足、采購進度延誤導致制造停滯、材料代用等問題，原材料包括鋼板、焊材、防腐材料（包括犧牲陽極）和外購件如筒體、撐管、H型鋼材料、舾裝件等主要用材。

其次，實施過程質量控制?；趯嵤╉椖康姆治龊徒y計，應重點關注5個方面：1）原材料驗收及下料核查，如按《承壓設備無損檢測》（NB/T 47013—2015）標準，對于具有向性能的鋼板，逐張進行超聲波檢測，達到I級標準。2）對焊接全過程的質量控制，如核查焊縫坡口是否按照坡口圖設計要求，坡口的表面平整、無熔渣、銹跡，針對T、K、Y等節點處復雜應力，能有效避免節點處應力集中給鋼結構帶來的金屬疲勞，在節點焊接的過程中，需要對焊縫進行打磨處理，確保焊接縫隙 的光潔程度[4]，以免影響后續無損檢測和防腐處理。3）尺寸控制，為確保后續海上整體安裝，導管架平臺的制作過程精度如直線度、位置、角度直接關系與基礎樁、上部組塊的精密組裝[5]，如鋼管對 接焊前尺寸檢查，應確保直線度和錯邊量不大于 4 mm[6-7]的要求。在全熔透焊接中，大多采用加襯墊的焊接工藝，導致焊接間隙較大，增加焊接量，也增加了焊接收縮量，需關注焊接過程及焊后控制尺寸，或優化工藝，如采用定位單面焊接工藝。上部組塊各層平臺的平整度控制有較大的風險點，應確保平臺間的支撐設置，控制好平臺的四角水平度，使后續其他結構件能夠順利安裝，同時布置好平臺層間支撐位置、數量，避免整體結構組裝過程出現坍塌[8]。上部組件平臺鋪板平面度須滿足要求，避免導致排水不暢而積水，引起金屬件腐蝕、甚至設備浸水（圖1）。4）無損檢測主要針對上部組塊與下部結構特點、承載功能以及現有工藝水平而有所區別，如上部組塊主體鋼結構參照GB 11345—2013執行檢測，下部管樁件焊縫參照NB/T 47013—2015標準執行。5）防腐涂層控制，國外研究表明，運維期對海上風電防腐系統進行維修的成本是制造成本的50倍[9]，目前國外海上風電結構防腐涂層系統主要參考海洋石油平臺領域的經驗[10]。根據不同區域的腐蝕環境要求和體系，進行涂裝過程及試驗控制，特別應關注預涂裝表面狀態、涂裝材料確認、涂裝實施環境的控制檢查[11]。

最后，對焊縫質量、防腐涂層質量進行事后抽檢，按一定比例（選取1%）進行獨立檢測。如對于結構形狀不規則、不易進行防腐涂層操作、涂裝過程不連續等區域進行防腐涂層厚度抽檢，以檢驗整體的質量控制穩定程度。

圖1 甲板變形未能有效排水

2.2 安裝質量隱患及預控技術

海上升壓站陸上安裝主要指站內設備及系統的裝配。海上升壓站屬于電力系統范疇，對站內設備的安裝目前主要參照相應電力標準以及部分船用標準。

設備和系統主要包括舾裝件、電氣設備、暖通空調系統、給排水系統、消防系統、火災報警系統、照明系統、通信控制系統、視頻監控系統、救生系統、助航標志和信號設備等[1]。

由于設備系統較多，安裝過程作業面大，需要按照設備和系統2個層面分別進行質量控制。

2.2.1主要設備安裝質量預控技術

安裝前具備有效可用的安裝指導文件是質量控制的前提條件。針對具體設備安裝要求，依據適用標準，須對安裝指導文件完成審查。主要設備具體控制項目見表1。

表1 海上升壓站站內主要設備安裝項目

Tab.1 Main equipment installation items of the offshore substation

圖2 鋼格柵與電纜形成閉合磁路

圖3 接地連接處螺栓松動、有間隙

2.2.2主要系統裝配質量預控技術

系統裝配的質量控制一般依據標準規范，基于相應系統的設計要求，主要系統具體裝配控制項目見表2。安裝質量的事后檢驗主要體現在設備、系統的試驗調試階段。

表2 海上升壓站站內主要系統裝配項目

Tab.2 Main system assembling items of the offshore substation

2.3 調試質量隱患及預控技術

試驗調試階段的隱患預防主要基于安裝的設備和系統，所以在試驗調試前，須確保安裝質量問題已按要求完成糾正。試驗調試階段是整體系統驗證的過程，對其質量把控主要側重于試驗調試的針對性、有效性、完整性[14]。對調試階段的質量控制側重點如下。

1）明確試驗調試項目。2017年7月14日，某400 MW海上風電場的海上升壓站一層平臺35 kV電纜發生爆燃事故，以此為鑒，試驗調試階段應確保進行基于安全的消防系統、防雷接地、電氣系統的保護試驗驗證及應急電源系統試驗驗證等。主要試驗調試項目見表3。

2）試驗調試過程實施有效的質量控制，即對具備條件、試驗要求及系統設置、測試設備合規等過程實施管控，確保驗證的有效性。

表3 海上升壓站站內主要試驗調試項目（陸上）

Tab.3 Main commissioning items of the offshore substation (onshore)

3 發運驗收

基于海上升壓站本身的復雜性，結合目前建造的項目實施特點，發運前需要進行完整、有效、可行的驗收檢查，這是海上升壓站整體質量管控的重要節點。

從設備工程角度考慮，針對本體的驗收，以結構、電氣、安全、海工等分專業開展，從設備和系統2個層面進行，系統、全面地檢查其完整性，同時對于結構安全防護、火災消防、防雷接地、逃救生系統等進行專項檢查。發運前需關注箱體、蓄電池、大型設備的固定和防止外物碰撞。

4 總結與展望

本文針對海上升壓站建造過程質量隱患及預控技術，對其廠區建造從結構制作、站內設備和系統安裝、調試等階段存在的主要隱患進行全面深入分析，以預防、過程和事后抽檢質量控制方式相結合，分析了預控要點，并提出控制措施。華能如東300 MW、華能大豐300 MW海上風電項目依據本技術措施，針對質量隱患點，由點到面、以預防為基礎，采用過程控制和獨立抽檢相結合的方式，及時預防和發現、糾正建造過程質量問題，達到從源頭提升設備質量，整體質量控制效果明顯，說明這種質量預控技術的可操作性、有效性，最后通過發布相應標準得到行業認可[16]，其對確保海上升壓站建造整體質量有重要的技術指導意義和參考價值。

隨著海上風電及海上升壓站技術的發展，其質量預控方面需進一步開展以下工作：

1）加強對海上升壓站新技術、新工藝、新材料的跟蹤和研究。設備質量有效性控制取決于對設備本身的設計、制造工藝、安裝以及選材的掌握程度，適應海上風電發展的安全和經濟需求，需持續跟蹤該領域技術發展。

2）進行基于實際運行大數據的設備可靠性評價體系研究。實現對海上風電場關鍵設備運行數據的收集，利用這些數據指導海上升壓站建造質量將成為后續研究工作的重點，及時發現設備質量薄弱點，在設計和建造中進行不斷改進和控制預防。

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Quality control of offshore substation construction in construction stage

ZHANG Baofeng, ZHAO Yong, HAN Bin

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

The reliability and safety of offshore substation are basis for safe and stable operation of offshore wind farms. The characteristics and existing problems of offshore substation construction are firstly analyzed in this paper. Based on the cases of offshore wind power projects implemented, the main risks and key points are pointed out for structure manufacturing, equipment installation and commissioning stage in construction process of the offshore substation, a targeted quality control method combining prevention with process, after-test is put forward, a complete and effective quality control technology for offshore substation construction has been formed. It is verified through the implementation of the actual project, and the standard is promoted in the industry. It has the important technical guiding significance and reference value for ensuring the construction quality of offshore substations.

offshore wind power, offshore substation, structure manufacturing, equipment installation, system commissioning, quality pre-control, process control

TM614

B

10.19666/j.rlfd.201904089

張寶鋒, 趙勇, 韓斌. 海上升壓站建造階段質量控制[J]. 熱力發電, 2019, 48(7): 137-141. ZHANG Baofeng, ZHAO Yong, HAN Bin. Quality control of offshore substation construction in construction stage[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(7): 137-141.

2019-04-14

中國華能集團有限公司總部科技項目(HNKJ18-G15-02)

Supported by：Science and Technology Project of China Huaneng Group Co., Ltd. (HNKJ18-G15-02)

張寶鋒(1977—)，男，碩士，工程師，主要研究方向為新能源應用及能源設備質量控制技術，zhangbaofeng@tpri.com.cn。

（責任編輯 杜亞勤）