王 浩，劉春磊，王 毅，吳 軍

1.中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司，山東青島 266555

2.浙江華東工程安全技術(shù)有限公司，浙江杭州 311100

海洋風(fēng)電作為一種可再生的清潔能源，已成為世界各國能源發(fā)展的重要方向，我國也將其劃入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，大規(guī)模地加速推動海上風(fēng)電開發(fā)。我國東南沿海具有海洋風(fēng)電開發(fā)的優(yōu)勢，但由于該地區(qū)自然條件復(fù)雜，海上建造風(fēng)險高，海上風(fēng)電配套產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范流程等尚不健全，因此這也構(gòu)成該地區(qū)風(fēng)電發(fā)展的劣勢。特別是海洋風(fēng)電平臺，其投資較大，安全性問題顯得尤為重大，因此加強(qiáng)海洋風(fēng)電平臺安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用研究，不斷完善功能設(shè)計，明確技術(shù)要求，規(guī)范施工流程，對于保證海洋風(fēng)電開發(fā)的安全及形成風(fēng)電建造標(biāo)準(zhǔn)具有重要意義。

華能江蘇大豐海上風(fēng)電項目位于江蘇省鹽城市大豐區(qū)海域的毛竹沙，總裝機(jī)容量為400 MW，一期容量300 MW，配套設(shè)置1座220 kV海上升壓站、1座陸上開關(guān)站、68臺風(fēng)機(jī)，該風(fēng)電項目平臺是我國目前最大的海洋風(fēng)電平臺，其海上升壓站安全監(jiān)測系統(tǒng)也是國內(nèi)目前最復(fù)雜的、保障系數(shù)要求最高的系統(tǒng)。因此，開展該項目安全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測應(yīng)用研究具有較強(qiáng)的代表性。

1 安全監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測設(shè)計

華能大豐海上風(fēng)電項目的升壓站安全監(jiān)測主要設(shè)置傾斜監(jiān)測、振動監(jiān)測、腐蝕監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測、沉降監(jiān)測。監(jiān)測系統(tǒng)柜放置在升壓站三層通訊繼保室，海上升壓站及風(fēng)機(jī)的監(jiān)測信號均進(jìn)入系統(tǒng)柜，再統(tǒng)一傳輸至陸上控制室[1-3]。該安全監(jiān)測系統(tǒng)的各項監(jiān)測位置的布置如圖1所示。

（1）傾斜監(jiān)測。在升壓站的4個主立柱下部、主立柱上部各設(shè)置1套二向動態(tài)傾角儀（水平x、y向）。

（2）振動監(jiān)測。在升壓站的4個主立柱下部、主立柱中部、主立柱上部各設(shè)置1套三向加速度計。

圖1 海上升壓站監(jiān)測設(shè)備布置示意

（3）腐蝕監(jiān)測。在升壓站導(dǎo)管架的1個導(dǎo)管上布置3個腐蝕電位監(jiān)測點，位置在海平面附近。

（4）應(yīng)力、應(yīng)變監(jiān)測。在上部結(jié)構(gòu)的主要立柱、主梁等部位設(shè)置鋼板應(yīng)力監(jiān)測裝置，監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力，共計設(shè)置32個鋼板應(yīng)力計。

（5）不均勻沉降監(jiān)測。在升壓站的4個主立柱下部共布置4個幾何水準(zhǔn)點。

2 主要儀器設(shè)備的安裝

由于安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備均為精密設(shè)備，特別是鋼板應(yīng)力計及腐蝕點監(jiān)測儀安裝在導(dǎo)管架上、布置在水中，所以對設(shè)備的安裝精度及防腐蝕性能要求很高，并可抵抗海浪的沖刷。

2.1 鋼板應(yīng)力計的安裝埋設(shè)

鋼板應(yīng)力計用于監(jiān)測結(jié)構(gòu)應(yīng)力，其安裝在海上升壓站導(dǎo)管架鋼結(jié)構(gòu)的表面，通常采用焊接方法將鋼板應(yīng)力計固定在監(jiān)測部位，并用保護(hù)罩加以隔離和防護(hù)。鋼板應(yīng)力計具體安裝埋設(shè)步驟如下[4]：

（1）在安裝前必須對已選定的鋼板應(yīng)力計逐一進(jìn)行檢測，并檢查加長電纜是否符合技術(shù)要求，然后按設(shè)計要求接長鋼板應(yīng)力計電纜。但要特別注意，儀器電纜的一端必須將保護(hù)罩套上后，才能連接加長電纜。

（2）根據(jù)施工進(jìn)度，確定埋設(shè)安裝方法。首先要在鋼結(jié)構(gòu)上放樣定點，在焊接鋼板應(yīng)力計的夾具時，為保證夾具的同心度，要以模具代替儀器安裝在夾具中定位。

（3）夾具焊接定位后應(yīng)冷卻至常溫，然后從夾具中取出模具，再安裝鋼板應(yīng)力計。上夾具螺栓時要對角線逐個均勻上緊，并用讀數(shù)儀進(jìn)行跟隨量測，在夾具上緊時可根據(jù)需要調(diào)整儀器的測量范圍。

（4）在夾緊鋼板應(yīng)力計并經(jīng)測量確定儀器工作正常后，將保護(hù)罩扣上去，再沿保護(hù)罩周邊焊接，使保護(hù)罩密封固定在鋼管上。

2.2 傾角儀的安裝埋設(shè)

傾角儀用來監(jiān)測平臺的傾斜程度，主要安裝在4個主立柱上。具體安裝埋設(shè)步驟如下：

（1）根據(jù)設(shè)計圖紙測量并定位測點位置。

（2）將傾角儀基座焊接在樁體上。

（3）基座冷卻至常溫后，將傾角儀安裝在基座上，同時調(diào)整一組定位銷的方位與待測方向一致，方位角精度為±3°。

（4）樁體上的傾角儀需將半錐形鋼板焊接在傾角儀周圍以保護(hù)儀器。

（5）安裝結(jié)束后，應(yīng)及時觀測傾角儀達(dá)到穩(wěn)定的初始讀數(shù)，作為觀測基準(zhǔn)值。

2.3 加速度儀傳感器的安裝埋設(shè)

加速度儀主要用來監(jiān)測平臺的振動及吊裝過程中的加速度。其傳感器具體安裝埋設(shè)步驟如下：

（1）根據(jù)設(shè)計圖紙測量并定位測點位置。

（2）根據(jù)安裝位置結(jié)構(gòu)特點，改造加速度傳感器配套的基座或定制適用于本工程項目的基座。

（3）將加速度傳感器基座焊接在立柱或塔筒壁上。

（4）在風(fēng)機(jī)組裝時，將加速度傳感器安裝在基座上，注意傳感器的測試方向與設(shè)計方向一致。

（5）根據(jù)電纜走向及集中的位置，計算合適的電纜長度，接長加速度儀電纜；在電纜接長前后對傳感器及電纜進(jìn)行檢查，保證完好無損；電纜連接方式符合規(guī)范及設(shè)計等的要求，電纜連接處滿足規(guī)范及設(shè)計等對耐水壓、電阻等方面的檢測要求。

2.4 幾何水準(zhǔn)儀的安裝埋設(shè)

水準(zhǔn)儀主要用來監(jiān)測平臺的不均勻沉降，安裝在主立柱下部。本工程采用的水準(zhǔn)儀具有自動識別、自動觀測記錄、自動檢測各項限差等功能，需要將水準(zhǔn)標(biāo)芯直接焊接在對應(yīng)部位并加裝保護(hù)裝置，以防止海洋環(huán)境的腐蝕等。

檢察院審前監(jiān)督權(quán)新論——以監(jiān)察體制改革為視角的分析 ………………………………………………………… 劉甜甜（4．58）

2.5 腐蝕監(jiān)測儀參比電極的安裝埋設(shè)

腐蝕監(jiān)測儀用來監(jiān)測導(dǎo)管架受到海水腐蝕的程度，主要布置在導(dǎo)管架上。本工程主要采用參比電極來測量鋼管樁的腐蝕點位，參比電極的安裝埋設(shè)方法如下：

（1）在鋼管樁制作時根據(jù)參比電極尺寸設(shè)計加工參比電極的固定支座，并焊接在設(shè)計高程部位，支座采用與樁體結(jié)構(gòu)相同的防腐措施。

（2）在基礎(chǔ)制作時根據(jù)設(shè)計的參比電極電纜牽引路徑焊接電纜保護(hù)管，并進(jìn)行防腐。

（3）待現(xiàn)場具備安裝條件時，將參比電極固定在安裝支座上，而后將電纜牽引至后期便于觀測的高程并做好保護(hù)。

（4）參比電極安裝時應(yīng)采用橡膠墊等絕緣材料做好傳感器與鋼結(jié)構(gòu)之間的絕緣處理。

（5）由于部分腐蝕監(jiān)測儀安裝在水下，受海浪沖擊嚴(yán)重，為防止電纜損壞，通過焊接U型卡來固定電纜保護(hù)管。

2.6 監(jiān)測自動化系統(tǒng)的實施

在海上升壓站的監(jiān)測機(jī)柜內(nèi)安裝測量采集單元，陸上集控中心布置數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。根據(jù)儀器工作原理，加速度計、傾角儀、鋼板應(yīng)力計均采用數(shù)據(jù)采集單元，可對傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻采集；所有數(shù)據(jù)采集單元箱滿足防護(hù)等級IP68、材質(zhì)為316L不銹鋼的要求；腐蝕監(jiān)測根據(jù)運(yùn)行管理的需要采用人工測量方式，數(shù)據(jù)不進(jìn)行實時采集。

同一海上建筑物內(nèi)的監(jiān)測儀器電纜根據(jù)設(shè)計走向牽引至設(shè)計位置，盡量集中在一處，以便于接入自動化數(shù)據(jù)采集單元。同一海上建筑物內(nèi)，數(shù)據(jù)采集單元分別通過總線串聯(lián)，然后按設(shè)計要求采用RJ45網(wǎng)口與陸上服務(wù)器進(jìn)行通訊，同時這些采集單元也具備采用光纖或其他方式進(jìn)行通訊的能力。

自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集軟件具有數(shù)據(jù)在線采集、電測成果計算、測點數(shù)據(jù)上報、圖形輸出、采集饋控、遠(yuǎn)程召測、信息報送等主要功能。各功能部分有獨立用戶界面，既可以和安全監(jiān)測信息管理及綜合分析系統(tǒng)協(xié)同工作，又可以單獨運(yùn)行。監(jiān)測自動化系統(tǒng)主要包括動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與靜態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 低頻自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3 安全監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

華能大豐海上升壓站項目安全監(jiān)測系統(tǒng)在2019年1月安裝完成，對升壓站平臺的不均勻沉降、振動、傾斜應(yīng)力、腐蝕等情況進(jìn)行了實時監(jiān)測。在本次分析時間段內(nèi)，監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，振動、傾斜各專項安全風(fēng)險評估等級都處于安全等級，為平臺的正常安全運(yùn)行提供了有力保障。

3.1 不均勻沉降監(jiān)測

海上升壓站平臺一層布置靜力水準(zhǔn)儀測點4個，不均勻沉降監(jiān)測以JLsy-1號測點為基準(zhǔn)點，通過與其余3個測點測值變化情況的對比，判斷海上升壓站相對沉降值。JLsy-2～JLsy-4號測點相對沉降值統(tǒng)計見表1。

由表1可知，海上升壓站JLsy-2～JLsy-4號測點目前相對沉降最高值為2.09 mm，出現(xiàn)在JLsy-3號測點；目前相對沉降最低值為-1.41 mm，出現(xiàn)在JLsy-4號測點。歷史相對沉降最高值為9.17 mm，于2019年4月10日出現(xiàn)在JLsy-3號測點；歷史相對沉降值最低值為-9.38 mm，于2019年4月9日出現(xiàn)在JLsy-4號測點。各測點相對沉降值變化量較小，海上升壓站未發(fā)生明顯不均勻沉降，沉降值過程曲線如圖3所示。

表1 海上升壓站相對沉降值統(tǒng)計

圖3 靜力水準(zhǔn)儀沉降值過程曲線

3.2 應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測

海上升壓站導(dǎo)管架共布置鋼板應(yīng)力計測點32個，本次數(shù)據(jù)分析對應(yīng)的監(jiān)測時間為2019年4月29日，各測點應(yīng)變值統(tǒng)計如表2所示。

表2 海上升壓站應(yīng)變值統(tǒng)計

由表2可知，海上升壓站導(dǎo)管架部位當(dāng)前應(yīng)變值均在±1 000 μ ε以內(nèi)，應(yīng)變量較小，升壓站導(dǎo)管架處于應(yīng)力平衡狀態(tài)，鋼板應(yīng)力計Csy-1測點時間-應(yīng)變曲線如圖4所示。

圖4 Csy-1時間-微應(yīng)變過程曲線

3.3 振動和傾斜監(jiān)測

海上升壓站上部組塊的一至三層平臺四根主立柱頂部各布置1套三向加速度計，以監(jiān)測各層平臺的振動加速度情況，如圖5所示。升壓站一層柱頂振動加速度峰峰值0.265 m/s2，安全限值3.0 m/s2，超限0次，1階固有頻率0.350 Hz，偏差0.011%，專項安全風(fēng)險評估：1級（高度安全）。升壓站二層柱頂振動加速度峰值0.168 m/s2，安全限值3.0 m/s2，超限0次，1階固有頻率0.350 Hz，偏差0.006%，專項安全風(fēng)險評估：1級（高度安全）。

圖5 升壓站振動監(jiān)測

海上升壓站上部組塊的一層平臺的二根主立柱頂部及底部各布置1套雙軸傾角儀（共計4套）、三層平臺的二根主立柱頂部布置2套雙軸傾角儀，進(jìn)行海上升壓站運(yùn)行期傾斜（水平x、y向） 監(jiān)測，如圖6所示。升壓站一層柱底傾斜度為0.261°，方位169.6°，安全限值1.00°，超限0次，1階固有頻率0.350 Hz，偏差0.011%，專項安全風(fēng)險評估：1級（高度安全）。升壓站一層柱頂傾斜度為0.309°，方位-89.5°，安全限值1.00°，超限0次，1階固有頻率0.350 Hz，偏差0.006%，專項安全風(fēng)險評估：1級（高度安全）。

圖6 升壓站傾斜監(jiān)測

3.4 各項監(jiān)測采集監(jiān)測頻率

（1）不均勻沉降觀測。幾何水準(zhǔn)點施工期每周觀測1次，運(yùn)行期每年觀測2～6次。

（2）振動監(jiān)測。在儀器埋設(shè)安裝完成、驗收合格和風(fēng)機(jī)調(diào)試完畢后，即可進(jìn)行首次測讀以獲得初值。在運(yùn)輸期、施工期和運(yùn)行期按50 Hz采集頻次進(jìn)行觀測，采集過程中設(shè)置數(shù)據(jù)記錄閾值，當(dāng)測值高于0.05 g（g為重力加速度）時，把測值記錄到數(shù)據(jù)庫中。

（3）傾斜、應(yīng)力監(jiān)測。在施工期、運(yùn)行期，每天采集1次。

（4）腐蝕監(jiān)測。在儀器埋設(shè)安裝完成并經(jīng)通電極化完畢（導(dǎo)電介質(zhì)為海水）后的2 h，可進(jìn)行首次測讀以獲得初值。初始值確定后，施工期按每天采集1次的頻次進(jìn)行觀測，運(yùn)行期每周采集1次。

4 結(jié)束語

華能大豐海上升壓站安全監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計和施工通過了業(yè)主監(jiān)理驗收，現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確反映升壓站平臺運(yùn)行情況[5]。通過對海上風(fēng)電升壓站平臺安全監(jiān)測系統(tǒng)的原理及安裝特點進(jìn)行分析，在滿足了海上平臺安全監(jiān)測的需求的同時，形成了一套適用于海上平臺安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計理念及安裝方法，對今后類似項目安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計及安裝具有一定的借鑒意義。