海上升壓站霧笛及助航燈系統一體化方案研究

0 引言

為落實“雙碳”目標，同時帶動經濟社會的高質量發展，國家和政府積極引導海上風電產業規劃布局。隨著國家政策的引導，我國海上風電正向著深遠海、集群化、環境友好型等方向全面發展[1-2]。

海上升壓站作為海上風電場工程的心臟，承擔著將風力發電機產生的電能轉換并輸送到陸地電網的關鍵角色，因此海上升壓站的運行安全性十分重要。作為海上升壓站助航系統的重要組成部分，霧笛及助航燈系統是海上升壓站安全運行，避免海上升壓站與過往船只及飛行器發生碰撞事故的重要保障，其可靠性直接關系到海上風電場的安全與經濟效益。

目前已有霧笛及助航燈系統在海上石油平臺應用的相關研究[46，但缺少針對海上風電場海上升壓站平臺霧笛及助航燈系統相關應用的研究。因此，亟需研究一種適用于海上升壓站的結構精簡、布置方案緊湊、可靠性高、操作簡便的霧笛及助航燈系統。

某典型海上風電場裝機容量 500MW ，風電場中心離岸距離約 40km ，設置一座 220kV 海上升壓站。海上升壓站采用三層布置方案，主變壓器布置在二層甲板，通信繼保室和蓄電池室布置在三層甲板，天線布置在頂層甲板。本文依托該典型海上風電場工程，研究了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統一體化方案。

1霧笛及助航燈系統常規方案

海上升壓站的助航燈包括航標燈及障礙燈。常規方案中海上升壓站的霧笛、航標燈及障礙燈為三套互相獨立的系統。

1.1 霧笛系統

常規方案的霧笛系統組成如圖1所示。霧笛系統包括霧探儀、霧笛控制器、主霧笛、副霧笛。

霧探儀負責檢測環境霧氣濃度，當能見度低于2n mile時發出信號至霧笛控制器。主霧笛、副霧笛互為備用，在能見度低或大霧天氣的情況下，根據霧笛控制器信號發出安全警示音響信號。主霧笛聽程范圍不低于 2nmile ，工作頻率 900Hz ，警示海上升壓站周圍過往船只。當控制系統檢測到主霧笛發生故障時，自動將副霧笛投入工作。副霧笛聽程范圍不低于 0.5nmile ，工作頻率 900Hz 。主霧笛和副霧笛為兩套獨立設備，分別落地布置，主霧笛和副霧笛的外形如圖2所示。霧笛控制器采用一路交流應急電源供電。

1.2 航標燈系統

常規方案的航標燈系統組成如圖3所示。航標燈系統包括光控開關、航標燈控制器、航標燈。

光控開關負責檢測環境光照度信息，當光照強度低于設定值時發出信號。航標燈在能見度低或夜晚的情況下，發出安全警示燈光信號，采用白色LED光源，發光強度不低于 1400cd ，警示海上升壓站周圍過往船只。航標燈控制器采用一路交流應急電源供電。

1.3 障礙燈系統

常規方案的障礙燈系統組成如圖4所示。障礙燈系統包括光控開關、障礙燈控制器、障礙燈。

光控開關負責檢測環境光照度信息，當光照強度低于設定值時發出信號。障礙燈在能見度低或夜晚的情況下，發出安全警示燈光信號，采用紅色LED光源，發光強度不低于 200cd ，警示海上升壓站周圍過往飛行器。障礙燈控制器采用一路交流應急電源供電。

1.4 常規方案的不足

通過以上分析可得海上升壓站霧笛及助航燈系統常規方案主要存在以下三點不足：1）霧笛系統、航標燈系統、障礙燈系統為三套獨立的系統，分別設置一套控制器，系統分散，操作及控制不便，系統可靠性較低；2）主霧笛和副霧笛為兩套獨立設備，分別落地布置，設備占地面積大；3）電源系統采用一路交流應急電源供電，供電可靠性有待提高。

2 霧笛及助航燈系統一體化方案

針對海上升壓站霧笛及助航燈系統常規方案中存在的不足，本文提出了一種海上升壓站一體化霧笛及助航燈系統，系統組成如圖5所示。

霧笛及助航燈系統合并設置一套控制器，接收來自環境監測傳感器及海上升壓站監測報警系統的信號，通過預設的控制程序邏輯，在夜間或能見度低的情況下，自動或手動控制霧笛、航標燈及障礙燈發出特定的音響信號及燈光信號，對海上升壓站周邊的過往船舶和飛行器等起到安全警示的作用。與常規方案相比，一體化方案通過設置集中控制器，減少了控制器的數量，提高了霧笛及助航燈控制系統的集成度，操作簡便，可靠性高。

系統采用主副一體式霧笛，將主霧笛和副霧笛一體化布置，副霧笛布置在主霧笛的上方，共用一套設備支架。主副一體式霧笛外形如圖6所示。與常規方案相比，主副一體式霧笛方案減小了霧笛設備的占地面積，有利于海上升壓站的緊湊型、輕量化布置。

系統電源采用交流電源和直流電源雙電源供電的方案。交流電源采用一路220V交流應急電源，經整流器整流為直流24V電源，為系統提供工作電源。直流電源采用一組24V霧笛蓄電池供電。在工作電源退出時，直流電源為系統提供備用電源，可以滿足系統96h的連續供電需求。與常規方案相比，一體化方案通過設置一組專用直流蓄電池，采用交直流雙電源互為備用的供電方式，提高了系統供電的可靠性。

3 霧笛及助航燈系統一體化布置方案

依托典型海上風電場工程，本文研究并提出了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統一體化布置方案。霧笛及助航燈系統設備布置在海上升壓站的三層和頂層，三層設備布置如圖7所示，頂層設備布置如圖8所示。

霧笛及助航燈系統控制器采用壁掛式電控箱，布置在海上升壓站三層通信繼保室，室內具有良好的運行環境，可保障控制器的運行穩定性。

霧笛蓄電池布置在海上升壓站三層蓄電池室，與海上升壓站220V動力蓄電池及48V通信蓄電池相鄰布置。通過設置專用蓄電池室，霧笛蓄電池組具備了穩定的運行環境。蓄電池室與通信繼保室相鄰布置，減小了蓄電池組與霧笛及助航燈系統控制器間的電纜長度。

主副一體式霧笛布置在海上升壓站頂層，位于三層通信繼保室的上方，控制箱至霧笛的電纜通道較短，減小了霧笛與系統控制器間的電纜長度。

助航燈系統包含4盞航標燈和4盞障礙燈。4盞航標燈布置在海上升壓站三層的四個角落，#1航標燈布置在海上升壓站西北角，#2航標燈布置在海上升壓站東北角，#3航標燈布置在海上升壓站西南角，#4航標燈布置在海上升壓站東南角，燈光朝向遠處的海面，保證海上升壓站周圍過往船只均能觀察到航標燈。4盞障礙燈布置在海上升壓站頂層的四個角落，#1障礙燈布置在海上升壓站西北角，#2障礙燈布置在海上升壓站東北角，#3障礙燈布置在海上升壓站西南角，#4障礙燈布置在海上升壓站東南角，燈光朝向遠處，保證海上升壓站周圍過往飛行器均能觀察到障礙燈。

霧探儀和光控開關安裝在海上升壓站頂層北側欄桿上，安裝時避免障礙物遮擋傳感器，減少外界環境對霧探儀和光控開關工作的影響，提高環境監測結果的精確性。

4結論

本文依托典型海上風電場工程，針對海上升壓站霧笛及助航燈系統常規方案中存在的不足，研究并提出了適用于海上升壓站的霧笛及助航燈系統一體化方案，主要結論如下：

1）將霧笛、航標燈及障礙燈系統合并設置，使得海上升壓站霧笛及助航燈系統一體化方案結構精簡、布置科學合理，具有高度的可靠性與簡便的操作性，實現了對海上升壓站霧笛和助航燈的集成控制，具有良好的安全效益。

2）系統采用主副一體式霧笛，減小了霧笛設備的占地面積，有利于海上升壓站的緊湊型、輕量化布置。

3）霧笛及助航燈系統一體化方案采用交流電源和直流電源兩路電源供電，在應急工作電源退出時，霧笛蓄電池為系統提供備用電源，可以滿足系統96h的連續供電需求，供電系統可靠性更高。

④海上升壓站一體化霧笛及助航燈系統通過穩定可靠地發出聲光安全警示信號，可有效預防海上升壓站與過往船舶及飛行器的碰撞事故，從而避免海洋環境污染、海上升壓站設備損壞，并確保海上升壓站運維人員的安全與健康，提升海上升壓站的運行安全性。

[參考文獻]

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收稿日期：2025-03-17作者簡介：徐陳成（1990一），男，江蘇鹽城人，工程師，從事海上風電及火力發電廠電氣設計研究工作。