江蘇竹根沙海上風電項目監測儀器施工技術

周茂強，尚 進

(1. 中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311100； 2. 浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 311100)

目前，我國的海上風電項目正如火如荼地大力開展，但是仍然處于初步階段，對相關的研究經驗缺乏。海上風機的基礎作為重要的組成部分，安全監測問題成為了一個亟待解決的問題[1]。海上風電的監測問題一直沒有得到很好的解決，研究者紛紛開始對海上風電安全監測領域開展研究[2-6]。本文以江蘇竹根沙海上風電項目為研究背景，開展了海上風電項目監測儀器施工技術研究，此項研究成果可為海上風電安全監測施工作業作為參照。

1 工程概況

本工程規劃布置50臺單機容量4.0 MW的風電機組和17臺單機容量6.0 MW的風電機組，裝機規模為300 MW，風機基礎均采用單樁基礎形式。工程區域位置見圖1。

圖1 工程區域位置圖

2 主要監測儀器設備的現場率定方法

本項目主要的監測設備主要包括：二向傾角儀、二向/三向加速度計、鋼板應力計、精力水準儀等。傾角儀、加速度計、二次儀表等的檢驗率定需要生產廠家通過專業設備進行，在此僅介紹鋼板應力計的現場率定方法。

2.1 率定設備及工具

小校正儀臺，讀數儀1臺，活動扳手2把，尖嘴鉗1把，起子1把，記錄表。

2.2 率定步驟

按儀器芯線顏色按入讀數儀的接線柱，測量并記錄自由狀態頻率和溫度。將應變計(無應力計、鋼板應力計)放入校正儀兩夾具中，交替、緩慢旋緊螺絲夾緊傳感器兩端凸緣，同時監視輸出值的變化。儀器夾緊后，輸出值與自由狀態下輸出值之差應小于20，否則，放松后按上述步驟重新進行。而后，將千分表(或數字式游標卡尺)歸零。搖動校正儀手柄，對儀器預拉滿拉量程，回零再壓到滿壓量程。這樣往返3次之后，可正式開始檢驗。

預先將千分表調零。按應變傳感器滿量程分5～7級，先計算每級量程對應的校正儀位移量作為一個步長(如標距為15 cm，量程3 000(壓1 500 με，拉1 500 με))的應變計，全量程轉換成校正儀的位移量為拉0.225 mm，壓0.225 mm，分為6級，每級0.075 mm，從-0.225 mm開始)，搖動校正儀手柄，每拉(回)0.075 mm讀一次電阻比，記入表內。重復三個循環，退0，結束檢驗，取下儀器，測量檢驗后自由狀態下應變計的電阻比及電阻。

2.3 檢驗成果計算

各點總平均值計算公式如下：

(1)

式中：(Fu)i為上行第i擋測點電阻比測值的平均值；(Fd)i為下行第i擋測點電阻比測值的平均值。

各擋測點的理論值計算公式如下：

(2)

式中：i為測點序號(0, 1, …,n-1)；△F為量程上下限各自6次電阻比測值的平均值之差。

各測點電阻比測值的偏差計算公式如下：

δi=(Fa)i-(Ft)i

(3)

1)端基線性度誤差α1計算：

(4)

式中：△1為取δi的最大值。

2)非線性度誤差α2計算：

(5)

式中，△2為每一循環各測點上行及下行兩個電阻比測值之間的差值取最大值。

3)不重復性誤差α3計算：

(6)

式中，△3為三次循環中各測點上行及下行的各自三個電阻比測值之間的差值取最大值。

4)靈敏度系數誤差計算。按式(7)計算傳感器的靈敏度系數Gi。

(7)

式中：Li為每次拉壓的長度，mm；Fi為每次拉壓Li時的電阻比；F0為初始電阻比；n為拉壓次數。

靈敏度系數誤差αG計算：

(8)

式中，GT、Gi為分別為儀器廠家和用戶檢驗的G值。

5)誤差要求。檢驗的各項誤差其絕對值應小于表1中的標準為合格。

表1 鋼板應力計檢驗標準

3 主要儀器設備的安裝埋設方法

3.1 加速度計的安裝埋設

1)在塔筒內，將加速度與其他弱電電纜一起走至設計位置，注意電纜避免受強電干擾，必要時可穿管保護；

2)在風機吊裝前后，對加速度進行量測，以判斷儀器是否發生損壞；如發現損壞，及時更換。加速度計安裝示意圖見圖2。

圖2 加速度計安裝示意圖

3.2 靜力水準儀的安裝埋設

1)按施工圖紙要求，在吊耳上焊接精力水準附件。

2)采用水準儀校驗各附件頂面高程，高程誤差小于5 mm。

3)連接儀器與連通管系統，從連通管末端注入溶液，排除管中所有氣泡；待所有靜力水準儀調試好后，應加保護裝置[7]。靜力水準儀安裝示意圖見圖3。

圖3 靜力水準儀安裝示意圖

3.3 鋼筋計的安裝與埋設

1)按安裝位置的鋼筋選配等直徑的鋼筋計，將儀器兩端的連接桿分別與鋼筋焊接在一起，鋼筋計與鋼筋保持在同一軸線上。焊接過程中用讀數儀監測鋼筋計溫度測值，儀器溫度不得超過60℃，不得在焊縫處澆水，以免影響焊接質量。要求焊接強度不低于受力鋼筋強度。

2)混凝土入倉應遠離儀器，振搗時振搗器距離鋼筋計不小于0.5 m，振搗器不可直接插在帶鋼筋計的鋼筋上。

3)帶鋼筋計的鋼筋綁扎后作明顯標記，混凝土澆筑之前，加蓋保護。

3.4 單項應變計的安裝與埋設

1)按施工圖紙要求采用固定支座確定應變計的埋設位置和方向。避免混凝土澆筑時發生位置和方向的改變。

2)儀器周圍回填混凝土，剔除其中8 cm以上的大骨料，人工振搗密實。

3)振搗時振搗器距離儀器1.0 m左右，避免儀器被損壞。

4)埋沒過程中進行現場維護，儀器埋好后，設置明顯的標記，并留人看護。

5)控制好應變計組各支儀器的方位，角度誤差不超過1°。

3.5 無應力計的安裝與埋設

埋設前將小應變計固定在無應力計筒內的定位鉛絲上，并使之對正筒中心，然后往筒內回填與被測部位相同的混凝土骨料，但剔除較大粒徑的骨料，用人工振搗密實不要傷及儀器。無應力計桶大口向上。具體步驟如下。

1)用16號鉛絲將1支無應力計固定于無應力計隔離筒內正中，將系牢無應力計的無應力計隔離筒用輔助鋼筋架立在設計埋設點位，距相鄰應變計組1.0 m。

2)當填筑料填至儀器埋設高程后，將系牢無應力計隔離筒的筒口朝上調整好筒體方向，使筒體中心軸垂直水平面。

3)用與應變計相同的混凝土由上口填入筒內，以人工搗實，注意不傷及儀器。隨后將無應力計筒覆蓋，振實時不得損壞無應力計。

4)無應力計埋設后，在儀器旁做好標記，加以保護，防止振壞或移位。

3.6 監測儀器設備防腐處理

1)監測儀器安裝附屬構件防腐。對于鋼板應力計、傾角儀、加速度計等傳感器安裝所需的附屬構件考慮在鋼管樁制作、塔筒制作以及升壓站鋼結構制作過程中同步焊接制作，采用與主體結構相同防腐措施。

2)傳感器防腐。對于傳感器自身防腐主要是采用以下方式：①傳感器本身材質為不銹鋼，在安裝完成后采用噴漆在儀器表面噴涂一層油漆以達到防腐效果；②將傳感器固定在不銹鋼制作的密封盒中，再將密封盒固定在儀器安裝支座上，安裝完畢后對緊固螺栓進行噴涂油漆進行防腐，對于存在縫隙的部位則采用聚胺樹脂密封膏進行密封以達到防腐效果；③連接電纜防腐則采用海工電纜制作標準。

3)自動化數據采集設備防腐。對于布置在現場的自動化數據采集設備，均采用專業的密封箱，待設備安裝完成后對于密封箱油漆脫落處及錨固螺栓均采用涂油漆進行防腐處理。

3.7 其他監測工作

3.7.1 橋架走線

升壓站及風機的走線有嚴格的技術要求，走線力求規范、美觀，以下是橋架走線施工方案。

1)首先需要結合施工圖紙進行現場考察，根據儀器位置及終端位置根據實際橋架進行線路設計。

2)根據設計的線路預留相應長度的線纜準備布線。在電纜布線時應注意規范、整齊、美觀，特別是在水平與垂直橋架交叉處跨線時更應注意。布線時一般需要4～5人，每個轉角處均有1人，按設計路徑布設完畢并規范綁扎。

3)另外需要特別注意線纜進出橋架或保護管的處理方法。一般地，當幾十根上百根線纜進出橋架時在橋架上開孔會影響橋架的承載能力，一般直接進出橋架即可；但當只有個別線纜進出橋架時，需要專門進行處理：在橋架上用開孔器開孔(合金鉆頭)，然后用與孔徑匹配的套頭將波紋管與橋架連接。

3.7.2 潮間區監測儀器施工方法

潮間區域受海浪沖擊較為嚴重。在此區域內的監測儀器不僅要考慮海水腐蝕的影響，還要考慮海浪沖擊對儀器設備及電纜的影響。對承臺以及承臺以下監測儀器以及監測電纜重點保護，確保儀器成活率。

4 儀器安裝埋設后的維護

監測儀器設備及其電纜的維護工作是監測工程的組成部分之一，維護工作的好壞、到位與否不僅直接影響到儀器設備的完好率，而且對儀器設備本身的觀測精度造成較大影響。實際儀器埋設工程中，往往由于有些儀器或電纜損壞，使觀測工作從此而中斷，造成無法彌補的損失。針對本工程的具體特點，我們將從以下幾方面做好該項工作。

1)嚴格落實儀器保護措施。必須按設計技術要求和監理人、采購人批準的儀器保護計劃措施，在儀器、電纜安裝埋設時，落實保護措施。

2)在儀器安裝埋設部位周圍做好醒目的標志牌，嚴禁碰撞或人行踐踏。

3)建立定期巡查制度，如發現異常情況及時上報工程監理人、采購人，并及時進行修復。

4)在施工過程中，采取切實有效的措施，防止一切監測儀器設備、電纜受到機械和人為的損壞。如有損壞，及時報告監理人、采購人，并負責及時采取補救措施，同時作出詳細記錄備查。

5)保修期內保證施工圖紙所示和監理人、采購人指定的全部儀器設備的應用性能，一旦失效自行更換。

5 結 語

以江蘇竹根沙海上風電項目為例，對安全監測施工工藝及關鍵技術進行研究，主要結論如下。

1)本項目主要的監測設備主要包括：二向傾角儀、二向/三向加速度計、鋼板應力計、精力水準儀等。通過現場率定的方法對鋼板的力學性能進行測量，測出自由狀態下應變計的電阻比及電阻，通過公式計算端基線性度、非線性度、不重復性、靈敏度系數，判斷性能是否合格。

2)監測儀器安裝附屬構件防腐。對于鋼板應力計、傾角儀、加速度計等傳感器安裝所需的附屬構件考慮在鋼管樁制作、塔筒制作以及升壓站鋼結構制作過程中同步焊接制作，采用與主體結構相同防腐措施。

3)潮間區域受海浪沖擊較為嚴重。在此區域內的監測儀器不僅要考慮海水腐蝕的影響，還要考慮海浪沖擊對儀器設備及電纜的影響。對承臺以及承臺以下監測儀器以及監測電纜重點保護，確保儀器成活率。