海上風電水下鋼結構ICCP系統與智能調控

李洪剛 馮 磊 邱春雷 賈星杰 包秀鵬 陳 軍 栗 益李 巖 林 斌 牛辰睿 付國慶 杜賢青

（1.中廣核（北京）新能源科技有限公司，北京 100071；2.深圳國能宸泰科技有限公司，廣東 深圳 518124）

0 引言

海上風電所處環境十分嚴酷，受海水飛濺、含鹽海風侵蝕、交變應力以及臺風等影響，無論是鋼構基礎還是電氣設備都極易發生腐蝕，腐蝕一旦發生，往往是不可逆的，帶來的損失巨大，因此，在工程項目建設初期就應予以充分重視。

目前，由于技術條件的限制，我國目前對海上風電水下鋼結構的保護一般采用犧牲陽極法，然該方法在海洋環境、鋼結構基礎以及后期運維方面都存在較多問題。針對此方面提出的需求，深入研究沿海及海上風電的腐蝕特點，為保證設備防腐等級的同時有效的降低工程與運維造價，針對性的提出海上風電水下鋼結構陰極保護裝置優化與智能調控技術，確保機組運行的安全性和可靠性，同時提高工程的技術經濟性，優化建設投入。

1 外加電流陰極保護系統組成

以某海上風電場的4臺海上風機開展海上風電水下鋼結構陰極保護電源裝置與智能調控裝置示范應用，本次示范應用涉及的陰極保護系統包括陰極保護電源裝置、輔助陽極、參比電極以及其他配件，對單樁風機基礎外表面共布置4個輔助陽極及2個參比電極，6套相關連接構件；單樁風機基礎內壁布置一套單樁內壁專用復合型輔助陽極參比電極。本次示范應用的外加電流陰極保護系統均未涉及樁基本體的開孔，其整體系統布置及安裝設計如圖1、圖2所示。

圖1 基礎外表面ICCP系統各組件安裝布置設計圖

圖2 基礎內壁ICCP系統各組件安裝布置設計圖

系統的輔助陽極外表面為圓盤式MMO型輔助陽極體，內壁為管狀MMO型輔助陽極體，表面位置涂敷貴金屬氧化物涂層，采用以IrO2為主要活性組元的混合金屬氧化物涂層，和基體中的TiO2形成固溶體，具有極高的耐蝕性和穩定性，設計壽命大于30年。

系統的參比電極外表面為高純鋅參比電極，內壁為專用復合型輔助陽極參比電極，可精確測量和控制電位，實現校準和多重冗余，提高系統的電位測量可靠性，并采用水密封裝，耐水壓力可達1.8MPa。

系統的陰極保護電源裝置為智能型恒電位儀，由PLC控制模塊、可控開關電源功率模塊及監測模塊組成。外加電流輸出控制系統為具有自主知識產權的模糊控制系統，具有恒電位運行、恒電流運行及智能極化運行三種模式。同時具有“自動”與“手動”兩種工作模式，電源接頭可兼容雙相電網取電方式與UPS備用電源取電模式，保證在風機失電狀況下對風機基礎陰極保護與腐蝕監測能力。整個外加電流陰極保護系統構成如圖3所示。

圖3 外加電流陰極保護系統構成示意圖

圖4 通電前參比電極電位

圖5 智能極化前后參比電極電位

圖6 穩定運行狀態下參比電極電位

2 系統安裝調試

在預制場，按布置示意圖所設計的輔助陽極、參比電極點位于指定的風機套籠進行穿線，并將所有線纜通過線纜護管拉到套籠上部平臺簡單固定。線纜尾部固定后，將輔助陽極和參比電極的安裝法蘭與線纜護管的安裝法蘭對接固定。電源裝置則固定在風機塔筒指定位置，并將電源電纜通過電纜橋架接到電源接口。海上的施工安裝步驟如下：

（1）將套籠部分的輔助陽極、參比電極線纜使用防水格蘭固定，套上戶外電纜波紋管，封堵結構膠固定；

（2）輔助陽極、參比電極尾線穿過塔筒預留進線孔，進入塔筒負一層，封堵結構膠固定；

（3）內壁輔助陽極、參比電極串，通過錨固套筒放入塔筒，并通過承重蓋板固定，尾線接入接線；

（4）將輔助陽極、參比電極電纜、測量接地電纜，陰極接地電纜按照對應接線圖連接陰極保護電源裝置，系統安裝完成并進行電位檢測。

安裝完成后對系統進行安裝檢查以及調試，系統通電前完成陰極保護電源裝置輸入檢驗、陰極、陽極接線、陰極保護電源裝置獨立運行狀態檢查，為系統正式運行調試消缺，其中海下鋼結構相對于所有固定式高純鋅參比電極（Ref1～Ref8）和便攜式Cu/CuSO4參比電極（Ref1′～Ref4′）的電位如表1所示，可以看出此時各風機處于欠保護狀態。

表1 通電前固定式高純鋅參比電極與便攜式Cu/CuSO4參比電極電位（電位/mV）

3 智能調控系統與產品性能測試

單樁風機基礎外表面與內壁系統調控一致，此處以單樁風機基礎外表面為例。確認所有接線正確無誤后，合上恒電位儀電源開關，通電后，海下鋼結構相對于所有固定式高純鋅參比電極和便攜式Cu/CuSO4參比電極的電位如表2所示，此時鋼結構電位向負方向偏移，但仍未進入陰極保護電位范圍。此時打開智能極化功能，可加快在海水中的自然極化時間。如圖所示，在經過智能極化后所有參比電極均處于保護電位范圍內，設備開始正常運行。

表2 通電后與智能極化后各參比電極電位（電位/mV）

當恒電流運行電位達到并穩定在-890mV后設備將自動轉為自動運行狀態，電位將自動調整為給定電位-1000mV。經一個月后，海下鋼結構相對于所有固定式高純鋅參比電極和便攜式Cu/CuSO4參比電極的電位如表3所示，可以看出各參比電極電位均穩定在保護范圍內，電源輸出平穩，設備精準穩定運行。

表3 穩定運行狀態下各參比電極電位（電位/mV）

4 結語

經調試與試用，該海上風電水下鋼結構ICCP系統能夠精準穩定運行，提高了海上風電運維的安全性和可靠性，同時智能化的陰極保護系統也降低的運維作業難度。為海上風電機組樁基基礎防腐性能提供了技術支撐。