張寶鋒，趙 勇，韓 斌

海上升壓站建造階段質(zhì)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(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。本文分析了海上升壓站建造過(guò)程的特點(diǎn)和存在問(wèn)題，基于已實(shí)施的海上風(fēng)電項(xiàng)目案例，指出海上升壓站建造過(guò)程結(jié)構(gòu)制作、站內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)安裝、調(diào)試階段的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和主要隱患，采用預(yù)防控制、過(guò)程控制和事后檢驗(yàn)相結(jié)合的方式，提出針對(duì)性的控制措施，形成完整、有效的海上升壓站建造質(zhì)量控制技術(shù)。并通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，形成行業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本文對(duì)確保海上升壓站建造整體質(zhì)量有重要的技術(shù)指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

海上風(fēng)電；海上升壓站；結(jié)構(gòu)制作；設(shè)備安裝；系統(tǒng)調(diào)試；質(zhì)量預(yù)控；過(guò)程控制

隨著能源和環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，海上風(fēng)電因不占用土地資源、風(fēng)資源穩(wěn)定，而且受景觀、噪聲以及電磁波等問(wèn)題的限制較少等優(yōu)點(diǎn)，成為我國(guó)風(fēng)電行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)，也成為工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年9月30日，我國(guó)在建海上風(fēng)電項(xiàng)目共23個(gè)，在建容量6 479.2 MW。根據(jù)國(guó)家《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年海上風(fēng)電開(kāi)工建設(shè)規(guī)模達(dá)到1 000萬(wàn)kW。

海上升壓站是海上風(fēng)電場(chǎng)的“心臟”，其可靠性和安全性尤為重要。其建造過(guò)程涉及鋼結(jié)構(gòu)制作、站內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)安裝及調(diào)試試驗(yàn)，比一般單體設(shè)備工序復(fù)雜、涉及專業(yè)多，其綜合性和復(fù)雜性特點(diǎn)顯著，本文針對(duì)海上升壓站建造過(guò)程薄弱環(huán)節(jié)和主要質(zhì)量隱患，結(jié)合其設(shè)計(jì)特點(diǎn)及技術(shù)要求，研究海上升壓站陸上建造過(guò)程質(zhì)量預(yù)控技術(shù)，為確保海上升壓站整體建造以及船運(yùn)前設(shè)備質(zhì)量提供技術(shù)支持。

1 海上升壓站建造特點(diǎn)及存在問(wèn)題

海上升壓站陸上建造過(guò)程涉及結(jié)構(gòu)、焊接、無(wú)損檢測(cè)、防腐、電氣、消防、暖通、給排水、通信等專業(yè)[1]，是一個(gè)技術(shù)密集型的“設(shè)備工程”，工作量大、涉及面廣，以傳統(tǒng)單體設(shè)備質(zhì)量控制方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)預(yù)定質(zhì)量目標(biāo)。

目前我國(guó)海上風(fēng)電在快速發(fā)展的同時(shí)，存在以下主要問(wèn)題：1）標(biāo)準(zhǔn)混雜，暫不統(tǒng)一。海上升壓站涉及海洋工程、電力等多個(gè)行業(yè)，存在行業(yè)交匯帶來(lái)的沖突問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)的選用難以統(tǒng)一。如陸上與海上標(biāo)準(zhǔn)的交叉使用，在平臺(tái)設(shè)計(jì)上采用陸上鋼結(jié)構(gòu)、港口建筑標(biāo)準(zhǔn)，但陸上、港口結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性與海上存在差異[2-3]。2）設(shè)計(jì)理念有待改進(jìn)及完善。如結(jié)構(gòu)焊接及無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方面，對(duì)于焊接及超聲波無(wú)損檢測(cè)的選用標(biāo)準(zhǔn)分別為《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范》（GB 50661—2011）和《焊縫無(wú)損檢測(cè)-超聲波》（GB 11345—2013），但導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)主要特點(diǎn)是T、K、Y節(jié)點(diǎn)多，而當(dāng)前選用的標(biāo)準(zhǔn)和要求未體現(xiàn)對(duì)T、K、Y節(jié)點(diǎn)焊接質(zhì)量的重視。3）建造過(guò)程各專業(yè)之間交叉并行相互干擾，現(xiàn)場(chǎng)建造客觀環(huán)境復(fù)雜，質(zhì)量不易控制。4）建造過(guò)程管理不嚴(yán)謹(jǐn)，未能充分認(rèn)識(shí)海上升壓站的質(zhì)量隱患，人為導(dǎo)致問(wèn)題多。

2 海上升壓站建造過(guò)程質(zhì)量隱患及預(yù)控技術(shù)

海上升壓站項(xiàng)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(jié)構(gòu)制作、站內(nèi)設(shè)備及系統(tǒng)的安裝和發(fā)運(yùn)前的調(diào)試試驗(yàn)。根據(jù)以上特點(diǎn)，提出“預(yù)防為先，過(guò)程控制，事后抽檢”的由點(diǎn)到面、確保整體質(zhì)量的預(yù)控方式。結(jié)合已實(shí)施項(xiàng)目案例，從3個(gè)階段分析其質(zhì)量預(yù)控技術(shù)。

2.1 結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量隱患及預(yù)控技術(shù)

結(jié)構(gòu)制作是海上升壓站整體質(zhì)量的基礎(chǔ)，根據(jù)華能如東風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)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(fā)電有限責(zé)任公司（華能大豐）300 MW（1座220 kV海上升壓站）海上風(fēng)電項(xiàng)目實(shí)施統(tǒng)計(jì)，結(jié)構(gòu)制作問(wèn)題占比較大。其中海上升壓站建造質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)中，67%為結(jié)構(gòu)制作問(wèn)題，33%為站內(nèi)設(shè)備、系統(tǒng)安裝與調(diào)試問(wèn)題；在結(jié)構(gòu)制作分類質(zhì)量問(wèn)題統(tǒng)計(jì)中，42%為焊接問(wèn)題，25%為防腐處理問(wèn)題，33%為原材料及設(shè)計(jì)等其他問(wèn)題。

針對(duì)結(jié)構(gòu)制作質(zhì)量問(wèn)題，首先，以預(yù)防為先。1）主要對(duì)生產(chǎn)工藝文件和主要原材料進(jìn)行核查，包括焊接工藝、焊工資格檢查，評(píng)判其是否滿足焊縫類型；無(wú)損檢測(cè)圖紙、無(wú)損檢測(cè)人員資質(zhì)檢查；防腐工藝檢查，包括對(duì)涂裝材料、方法、環(huán)境、預(yù)涂表面、使用設(shè)備、防腐檢驗(yàn)、涂裝缺陷修補(bǔ)等，核查工藝或指導(dǎo)文件是否有效。2）核實(shí)原材料的備料情況，對(duì)數(shù)量、規(guī)格、牌號(hào)核查，以免由于準(zhǔn)備不足、采購(gòu)進(jìn)度延誤導(dǎo)致制造停滯、材料代用等問(wèn)題，原材料包括鋼板、焊材、防腐材料（包括犧牲陽(yáng)極）和外購(gòu)件如筒體、撐管、H型鋼材料、舾裝件等主要用材。

其次，實(shí)施過(guò)程質(zhì)量控制?；趯?shí)施項(xiàng)目的分析和統(tǒng)計(jì)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注5個(gè)方面：1）原材料驗(yàn)收及下料核查，如按《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》（NB/T 47013—2015）標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于具有向性能的鋼板，逐張進(jìn)行超聲波檢測(cè)，達(dá)到I級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。2）對(duì)焊接全過(guò)程的質(zhì)量控制，如核查焊縫坡口是否按照坡口圖設(shè)計(jì)要求，坡口的表面平整、無(wú)熔渣、銹跡，針對(duì)T、K、Y等節(jié)點(diǎn)處復(fù)雜應(yīng)力，能有效避免節(jié)點(diǎn)處應(yīng)力集中給鋼結(jié)構(gòu)帶來(lái)的金屬疲勞，在節(jié)點(diǎn)焊接的過(guò)程中，需要對(duì)焊縫進(jìn)行打磨處理，確保焊接縫隙 的光潔程度[4]，以免影響后續(xù)無(wú)損檢測(cè)和防腐處理。3）尺寸控制，為確保后續(xù)海上整體安裝，導(dǎo)管架平臺(tái)的制作過(guò)程精度如直線度、位置、角度直接關(guān)系與基礎(chǔ)樁、上部組塊的精密組裝[5]，如鋼管對(duì) 接焊前尺寸檢查，應(yīng)確保直線度和錯(cuò)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(dǎo)致焊接間隙較大，增加焊接量，也增加了焊接收縮量，需關(guān)注焊接過(guò)程及焊后控制尺寸，或優(yōu)化工藝，如采用定位單面焊接工藝。上部組塊各層平臺(tái)的平整度控制有較大的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，應(yīng)確保平臺(tái)間的支撐設(shè)置，控制好平臺(tái)的四角水平度，使后續(xù)其他結(jié)構(gòu)件能夠順利安裝，同時(shí)布置好平臺(tái)層間支撐位置、數(shù)量，避免整體結(jié)構(gòu)組裝過(guò)程出現(xiàn)坍塌[8]。上部組件平臺(tái)鋪板平面度須滿足要求，避免導(dǎo)致排水不暢而積水，引起金屬件腐蝕、甚至設(shè)備浸水（圖1）。4）無(wú)損檢測(cè)主要針對(duì)上部組塊與下部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、承載功能以及現(xiàn)有工藝水平而有所區(qū)別，如上部組塊主體鋼結(jié)構(gòu)參照GB 11345—2013執(zhí)行檢測(cè)，下部管樁件焊縫參照NB/T 47013—2015標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。5）防腐涂層控制，國(guó)外研究表明，運(yùn)維期對(duì)海上風(fēng)電防腐系統(tǒng)進(jìn)行維修的成本是制造成本的50倍[9]，目前國(guó)外海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)防腐涂層系統(tǒng)主要參考海洋石油平臺(tái)領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)[10]。根據(jù)不同區(qū)域的腐蝕環(huán)境要求和體系，進(jìn)行涂裝過(guò)程及試驗(yàn)控制，特別應(yīng)關(guān)注預(yù)涂裝表面狀態(tài)、涂裝材料確認(rèn)、涂裝實(shí)施環(huán)境的控制檢查[11]。

最后，對(duì)焊縫質(zhì)量、防腐涂層質(zhì)量進(jìn)行事后抽檢，按一定比例（選取1%）進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)。如對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則、不易進(jìn)行防腐涂層操作、涂裝過(guò)程不連續(xù)等區(qū)域進(jìn)行防腐涂層厚度抽檢，以檢驗(yàn)整體的質(zhì)量控制穩(wěn)定程度。

圖1 甲板變形未能有效排水

2.2 安裝質(zhì)量隱患及預(yù)控技術(shù)

海上升壓站陸上安裝主要指站內(nèi)設(shè)備及系統(tǒng)的裝配。海上升壓站屬于電力系統(tǒng)范疇，對(duì)站內(nèi)設(shè)備的安裝目前主要參照相應(yīng)電力標(biāo)準(zhǔn)以及部分船用標(biāo)準(zhǔn)。

設(shè)備和系統(tǒng)主要包括舾裝件、電氣設(shè)備、暖通空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、通信控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、救生系統(tǒng)、助航標(biāo)志和信號(hào)設(shè)備等[1]。

由于設(shè)備系統(tǒng)較多，安裝過(guò)程作業(yè)面大，需要按照設(shè)備和系統(tǒng)2個(gè)層面分別進(jìn)行質(zhì)量控制。

2.2.1主要設(shè)備安裝質(zhì)量預(yù)控技術(shù)

安裝前具備有效可用的安裝指導(dǎo)文件是質(zhì)量控制的前提條件。針對(duì)具體設(shè)備安裝要求，依據(jù)適用標(biāo)準(zhǔn)，須對(duì)安裝指導(dǎo)文件完成審查。主要設(shè)備具體控制項(xiàng)目見(jiàn)表1。

表1 海上升壓站站內(nèi)主要設(shè)備安裝項(xiàng)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(dòng)、有間隙

2.2.2主要系統(tǒng)裝配質(zhì)量預(yù)控技術(shù)

系統(tǒng)裝配的質(zhì)量控制一般依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，基于相應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，主要系統(tǒng)具體裝配控制項(xiàng)目見(jiàn)表2。安裝質(zhì)量的事后檢驗(yàn)主要體現(xiàn)在設(shè)備、系統(tǒng)的試驗(yàn)調(diào)試階段。

表2 海上升壓站站內(nèi)主要系統(tǒng)裝配項(xiàng)目

Tab.2 Main system assembling items of the offshore substation

2.3 調(diào)試質(zhì)量隱患及預(yù)控技術(shù)

試驗(yàn)調(diào)試階段的隱患預(yù)防主要基于安裝的設(shè)備和系統(tǒng)，所以在試驗(yàn)調(diào)試前，須確保安裝質(zhì)量問(wèn)題已按要求完成糾正。試驗(yàn)調(diào)試階段是整體系統(tǒng)驗(yàn)證的過(guò)程，對(duì)其質(zhì)量把控主要側(cè)重于試驗(yàn)調(diào)試的針對(duì)性、有效性、完整性[14]。對(duì)調(diào)試階段的質(zhì)量控制側(cè)重點(diǎn)如下。

1）明確試驗(yàn)調(diào)試項(xiàng)目。2017年7月14日，某400 MW海上風(fēng)電場(chǎng)的海上升壓站一層平臺(tái)35 kV電纜發(fā)生爆燃事故，以此為鑒，試驗(yàn)調(diào)試階段應(yīng)確保進(jìn)行基于安全的消防系統(tǒng)、防雷接地、電氣系統(tǒng)的保護(hù)試驗(yàn)驗(yàn)證及應(yīng)急電源系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證等。主要試驗(yàn)調(diào)試項(xiàng)目見(jiàn)表3。

2）試驗(yàn)調(diào)試過(guò)程實(shí)施有效的質(zhì)量控制，即對(duì)具備條件、試驗(yàn)要求及系統(tǒng)設(shè)置、測(cè)試設(shè)備合規(guī)等過(guò)程實(shí)施管控，確保驗(yàn)證的有效性。

表3 海上升壓站站內(nèi)主要試驗(yàn)調(diào)試項(xiàng)目（陸上）

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

3 發(fā)運(yùn)驗(yàn)收

基于海上升壓站本身的復(fù)雜性，結(jié)合目前建造的項(xiàng)目實(shí)施特點(diǎn)，發(fā)運(yùn)前需要進(jìn)行完整、有效、可行的驗(yàn)收檢查，這是海上升壓站整體質(zhì)量管控的重要節(jié)點(diǎn)。

從設(shè)備工程角度考慮，針對(duì)本體的驗(yàn)收，以結(jié)構(gòu)、電氣、安全、海工等分專業(yè)開(kāi)展，從設(shè)備和系統(tǒng)2個(gè)層面進(jìn)行，系統(tǒng)、全面地檢查其完整性，同時(shí)對(duì)于結(jié)構(gòu)安全防護(hù)、火災(zāi)消防、防雷接地、逃救生系統(tǒng)等進(jìn)行專項(xiàng)檢查。發(fā)運(yùn)前需關(guān)注箱體、蓄電池、大型設(shè)備的固定和防止外物碰撞。

4 總結(jié)與展望

本文針對(duì)海上升壓站建造過(guò)程質(zhì)量隱患及預(yù)控技術(shù)，對(duì)其廠區(qū)建造從結(jié)構(gòu)制作、站內(nèi)設(shè)備和系統(tǒng)安裝、調(diào)試等階段存在的主要隱患進(jìn)行全面深入分析，以預(yù)防、過(guò)程和事后抽檢質(zhì)量控制方式相結(jié)合，分析了預(yù)控要點(diǎn)，并提出控制措施。華能如東300 MW、華能大豐300 MW海上風(fēng)電項(xiàng)目依據(jù)本技術(shù)措施，針對(duì)質(zhì)量隱患點(diǎn)，由點(diǎn)到面、以預(yù)防為基礎(chǔ)，采用過(guò)程控制和獨(dú)立抽檢相結(jié)合的方式，及時(shí)預(yù)防和發(fā)現(xiàn)、糾正建造過(guò)程質(zhì)量問(wèn)題，達(dá)到從源頭提升設(shè)備質(zhì)量，整體質(zhì)量控制效果明顯，說(shuō)明這種質(zhì)量預(yù)控技術(shù)的可操作性、有效性，最后通過(guò)發(fā)布相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)得到行業(yè)認(rèn)可[16]，其對(duì)確保海上升壓站建造整體質(zhì)量有重要的技術(shù)指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

隨著海上風(fēng)電及海上升壓站技術(shù)的發(fā)展，其質(zhì)量預(yù)控方面需進(jìn)一步開(kāi)展以下工作：

1）加強(qiáng)對(duì)海上升壓站新技術(shù)、新工藝、新材料的跟蹤和研究。設(shè)備質(zhì)量有效性控制取決于對(duì)設(shè)備本身的設(shè)計(jì)、制造工藝、安裝以及選材的掌握程度，適應(yīng)海上風(fēng)電發(fā)展的安全和經(jīng)濟(jì)需求，需持續(xù)跟蹤該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展。

2）進(jìn)行基于實(shí)際運(yùn)行大數(shù)據(jù)的設(shè)備可靠性評(píng)價(jià)體系研究。實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集，利用這些數(shù)據(jù)指導(dǎo)海上升壓站建造質(zhì)量將成為后續(xù)研究工作的重點(diǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備質(zhì)量薄弱點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和建造中進(jìn)行不斷改進(jìn)和控制預(yù)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(zhì)量控制[J]. 熱力發(fā)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(guó)華能集團(tuán)有限公司總部科技項(xiàng)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?yàn)樾履茉磻?yīng)用及能源設(shè)備質(zhì)量控制技術(shù)，zhangbaofeng@tpri.com.cn。

（責(zé)任編輯 杜亞勤）