風電安裝平臺錨泊定位系統設計及應用

摘 要：風電安裝平臺錨泊定位系統，主要用于平臺的定位及移船作業，是平臺的關鍵系統之一。本文介紹錨泊定位系統的組成及主要用途，并結合某平臺實際發生的問題的進行分析，包括電阻發熱、剎車延時及三滾柱導纜器磨損等問題，給出合理化建議，為錨泊定位系統的設計及相關設備廠家提供有意義的參考。

關鍵詞：錨泊定位;風電安裝平臺;問題分析

中圖分類號：U662.2

文獻標識碼：A

1 前言

錨泊定位是指用錨及錨鏈、錨纜將船或浮式結構物系留于海上，限制外力引起的漂移，使其保持在預定位置上的定位方式。風電安裝平臺錨泊定位系統其目的在于限制和減小平臺在風、浪、流作用下的運動，保持一個相對穩定的狀態，方便施工作業，是平臺重要的系統之一。根據風機吊裝要求以及主吊機主鉤作業半徑等參數方面的限制，平臺距離風機樁基距離要求約為20 m，以最大限度提高風機安裝作業效率;另外，受海上風浪及洋流等的影響，平臺需要進行精確定位，一旦觸碰到風機樁基則后果不堪設想，將導致巨大的經濟損失，因此必須十分重視錨泊定位系統的設計及安裝工作。

目前風電安裝平臺常用的定位方式有兩種：多點錨泊定位和動力定位。通常，淺水區域采用錨泊定位方式更為經濟，但作業效率和定位精度較低;而動力定位更適用于深水作業，能容易的與風機樁基或其它裝置保持相對位置，作業效率和定位精度均較高。

雖然動力定位系統在效率及可靠性方面有其巨大的優勢，但能源消耗較大，初次建造成本高;普通的錨泊定位動力消耗僅相當于動力定位的20%-30%左右。目前我國風電安裝平臺的作業范圍主要集中在大陸架及淺水水域，一般水深較?。╨t;50m），基于經濟性考慮，一般采用傳統的錨泊定位系統，其主要組成包括：定位絞車、錨纜、錨鏈、導纜器、錨架、大抓力錨和錨浮標等，如圖1所示。

2 錨泊定位系統的主要功能

目前我國海上風電產業處于高速發展期，各類風電安裝平臺如雨后春筍般建造并投入使用，鑒于成本考慮，其中大部分為無動力風電安裝平臺。在風場內作業時，依靠錨泊定位系統實現作業時的定位及移船功能，當需要長距離跨風場移動時，則需使用專業大馬力拖輪拖帶航行。

錨泊定位系統，主要有以下兩大功能：

（1）定位功能

平臺在漂浮工況下，拋錨艇攜帶大抓力錨連帶錨鏈錨索，拖至預定錨點將錨下放到海底，由平臺定位絞車收緊錨索使錨爪抓入泥底，然后絞車拉動錨索使平臺到達預定位置;此時平臺下放樁腿定位平臺，定位完畢，需緩慢收錨，當平臺站樁到位時，絞車將錨索收到位;回收時平臺先放松錨索，由錨艇將錨拔出后再回收錨索，直到錨爪固定在錨架上，防止對其它輔助作業船舶造成影響。

（2）移船功能

先將錨索拉緊，使平臺在漂浮丁況下處于穩定狀態，根據作業位置判斷是否處于移船功能覆蓋范圍內，如確定則將遠離作業位置一端的絞車進行放繩，同時將靠近作業位置的絞車進行收錨索作業，平臺向作業位置靠近到達指定位置后收緊錨索至安全負荷;作業的絞車可能是一臺或者多臺，如果不在作業半徑范圍內，則需起錨后重新進行拋錨，將平臺移動到所需要的位置，然后再進行站樁作業。

3 錨泊定位系統存在的典型問題

定位絞車作為整個錨泊定位系統的動力之源，起著核心作用，驅動方式一般采用液壓和電動兩種方式：

（1）液壓傳動方式

具有調速范圍大、易于進行各類控制等優點，在丁程機械等領域得到了廣泛應用;但是液壓傳動效率低、受環境溫度影響大、容易泄漏引發安全事故等缺點，不能適應環保、安全和綠色發展的需要。

（2）電氣傳動方式

電力驅動比液壓驅動具有一定優勢，主要體現在效率高、調速性能優、自動化程度高、尺寸小等方面。大型定位錨絞車一般均為電力驅動方式，操作方便，易于控制維護，實船應用效果較好;但由于海洋作業環境復雜，受洋流、海床及風浪的影響大，受力情況復雜多變，這對于整個電氣控制系統提出了更高的要求，也容易出現一些典型問題。

3.1 電阻箱散熱不足

眾所周知，電動機轉速和電源頻率有直接關系，變頻器是整個控制系統的核心元件。通常變頻器的內置電容難以存儲回饋電能，目前普遍的做法是外接制動電阻，通過外部的能耗制動來消耗這部分電能，通過制動電阻把多于的能量通過電能轉換成熱能的形式散發出去，達到平衡的目的。

平臺制動電阻發熱量大，電阻箱外表面溫度過高，系統容易跳閘使絞車自動停止，影響設備正常使用;對于無動力風電平臺來說，極易走錨失位，形成安全隱患。造成發熱量大的原因主要有以下兩個方面：

（1）絞車剎車液壓泵站間同時布置多臺剎車液壓泵站、變頻器及制動電阻，但房間只有自然通風，沒有機械抽風，也沒有設計空調，制動電阻單元產生的熱量無法有效散熱，再加上剎車泵站電機散發的熱量，多種因素相互影響，導致制動電阻外表面溫度過高影響整個系統的正常使用;

（2）因為負載制動功率太大，設備廠家對定位絞車現場使用的實際情況缺乏了解，對變頻器的功能不完全掌握，尤其是起初的參數設置沒有根據實際工況調節好，只根據理論計算結果選型，制動器功率和電流選擇偏小，外在負載一旦發生突變，系統冗余量不足，容易超載造成整個系統無法正常工作。

在今后的設計中，此類房間要增加機械通風，加大房間通風換氣次數;同時給電阻箱底部加裝風機，強制風冷，提高電阻散熱能力;電阻箱安裝時需要保證一定高度，安裝好風扇后需要留一定空間進風，確保通風效果;有條件的可設計獨立的變頻器間，在房間內布置柜式空調，保證房間的溫度及濕度，確保其正常工作;另外，增大制動電阻及變頻器容量，延長制動時間，可將電阻箱外表面調整為不銹鋼材料，加強自身散熱效果。

3.2剎車系統延時過長

剎車系統是錨泊系統中一個重要的系統，主要用于絞車的速度降低或臨時停止。其主要原理是把絞車的動能轉化為熱能消耗掉，錨泊定位系統絞車為方便操作、提高效率，通常采用液壓遙控的方式進行，通過液壓泵站控制剎車的啟停;經反饋平臺整個剎車系統反應遲鈍，延時長達5s，卷筒上剎車反應較慢，無法達到快速點剎，造成錨索在甲板處堆積打擰，損壞錨索，給拋錨丁作帶來極大便，也容易形成安全隱患。

造成剎車延時的原因，主要有以下兩個：一是剎車泵站布置遠離絞車本體，平臺首尾各布置兩臺定位絞車，而液壓泵站卻集中布置在首部，泵站到尾部絞車之間距離約60 m。由于管路系統過長，壓力在傳遞過程中反應時間偏長、壓差損失較大，造成整個系統延時時間過長;另外，泵站系統初始壓力設定過低，也在一定程度上影響剎車響應速度及性能。

因此在后續系統布置過程中，要將剎車泵站緊臨絞車布置，減少傳遞時間及管路壓力損失，同時方便觀察及操作;另外，廠家初始設定中要適當提高系統設定壓力，提高響應速度，保證安全性。

3.3 三滾柱導纜器磨損

三滾柱導纜器通常布置在整個錨泊定位系統的最后方，起到轉向作用。錨索通過三滾柱導纜器折向大海，拋錨時左右兩邊總角度可能大于180°，以適應不同角度的拋錨要求。在復雜多變的洋流和風浪沖擊下，錨索和三滾柱導纜器兩個鋼性構件的直接接觸、長期摩擦，滾柱兩邊出現不同程度的磨損，如圖2所示。

平臺在外部風力及洋流沖擊下，兩者長期相互摩擦導致表面出現磨損，長此以往必將影響滾柱結構強度，形成安全隱患。經過分析，三滾柱導纜器和錨索強度相差不大，導纜器最大負載和錨索支持負載相同，錨索繞過滾柱運轉時起主導作用的是兩者之間滾動接觸引起的磨損，三滾柱導纜器強度不足以及表面硬度差異過大，引起的上述問題的發生。

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的重要性能指標，它可理解為是材料抵抗彈性變形、塑性變形或破壞的能力，也可表達為材料抵抗殘余變形和破壞的能力。導纜器參考國家標準CB/T 3062-2011設計，MBL為1 607kN，主體結構采用45號鋼，其表面硬度為HRC20-30，塑性和韌性較好，廣泛應用于各類機械設備制造;錨索規格為φ52 ZAA 6×37+IWR 1870（標準號：GB/T20118-2006），MBL為1610 kN，錨索表面硬度為HRC55-60，兩者強度無明顯差異，但硬度差距較大，在海上定位及移船作業時，反復受到外力沖擊，相對運動較大，長期相互摩擦導致問題的發生。

在后續設計及制造過程中，需要將滾柱主體的45號鋼經過熱處理，使其表面硬度達到HRC42-46;同時三滾柱導纜器強度要求為錨索的1.2倍。這樣可以有效減少表面磨損，提高使用壽命，確保作業時的安全。

提高導纜器的品質，提高錨索的傳動性能，使得導纜器具有較高的耐磨性、高的輪緣強度和高的運動精度;另外，在軸承上方開孔，便于加潤滑油;導纜器上方開測量孔，便于測量墊環的磨損情況;設計過程中，需盡量減小各部件的滾動摩擦，提高錨索及導纜器使用壽命。

4 結束語

通過本文的介紹，對于風電平臺的錨泊定位系統有了進一步認識。對于非白航的風電平臺而言，此類系統的可靠性是十分重要的，在設計過程中務必精益求精，充分考慮各類實際問題的發生，避免各類問題，提高系統可靠性、安全性、實用性以及線路順暢性，在總布置時提高規劃布局，避免后期各類問題的發生。

參考文獻

[1]欒恩杰，夏守軍.國防科技名詞大典.船舶[M]北京：航空工出版社.2002.

[2]潘方豪，葉邦全，別順武，黃亦飛.深水半潛式鉆井平臺錨泊定位系統簡述[J].中國海洋平臺，2011 （4）.