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(guó)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(guó)能宸泰科技有限公司，廣東 深圳 518124）

0 引言

海上風(fēng)電所處環(huán)境十分嚴(yán)酷，受海水飛濺、含鹽海風(fēng)侵蝕、交變應(yīng)力以及臺(tái)風(fēng)等影響，無(wú)論是鋼構(gòu)基礎(chǔ)還是電氣設(shè)備都極易發(fā)生腐蝕，腐蝕一旦發(fā)生，往往是不可逆的，帶來(lái)的損失巨大，因此，在工程項(xiàng)目建設(shè)初期就應(yīng)予以充分重視。

目前，由于技術(shù)條件的限制，我國(guó)目前對(duì)海上風(fēng)電水下鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)一般采用犧牲陽(yáng)極法，然該方法在海洋環(huán)境、鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)以及后期運(yùn)維方面都存在較多問題。針對(duì)此方面提出的需求，深入研究沿海及海上風(fēng)電的腐蝕特點(diǎn)，為保證設(shè)備防腐等級(jí)的同時(shí)有效的降低工程與運(yùn)維造價(jià)，針對(duì)性的提出海上風(fēng)電水下鋼結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)裝置優(yōu)化與智能調(diào)控技術(shù)，確保機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性，同時(shí)提高工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，優(yōu)化建設(shè)投入。

1 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)組成

以某海上風(fēng)電場(chǎng)的4臺(tái)海上風(fēng)機(jī)開展海上風(fēng)電水下鋼結(jié)構(gòu)陰極保護(hù)電源裝置與智能調(diào)控裝置示范應(yīng)用，本次示范應(yīng)用涉及的陰極保護(hù)系統(tǒng)包括陰極保護(hù)電源裝置、輔助陽(yáng)極、參比電極以及其他配件，對(duì)單樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外表面共布置4個(gè)輔助陽(yáng)極及2個(gè)參比電極，6套相關(guān)連接構(gòu)件；單樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)內(nèi)壁布置一套單樁內(nèi)壁專用復(fù)合型輔助陽(yáng)極參比電極。本次示范應(yīng)用的外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)均未涉及樁基本體的開孔，其整體系統(tǒng)布置及安裝設(shè)計(jì)如圖1、圖2所示。

圖1 基礎(chǔ)外表面ICCP系統(tǒng)各組件安裝布置設(shè)計(jì)圖

圖2 基礎(chǔ)內(nèi)壁ICCP系統(tǒng)各組件安裝布置設(shè)計(jì)圖

系統(tǒng)的輔助陽(yáng)極外表面為圓盤式MMO型輔助陽(yáng)極體，內(nèi)壁為管狀MMO型輔助陽(yáng)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(wěn)定性，設(shè)計(jì)壽命大于30年。

系統(tǒng)的參比電極外表面為高純鋅參比電極，內(nèi)壁為專用復(fù)合型輔助陽(yáng)極參比電極，可精確測(cè)量和控制電位，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)和多重冗余，提高系統(tǒng)的電位測(cè)量可靠性，并采用水密封裝，耐水壓力可達(dá)1.8MPa。

系統(tǒng)的陰極保護(hù)電源裝置為智能型恒電位儀，由PLC控制模塊、可控開關(guān)電源功率模塊及監(jiān)測(cè)模塊組成。外加電流輸出控制系統(tǒng)為具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模糊控制系統(tǒng)，具有恒電位運(yùn)行、恒電流運(yùn)行及智能極化運(yùn)行三種模式。同時(shí)具有“自動(dòng)”與“手動(dòng)”兩種工作模式，電源接頭可兼容雙相電網(wǎng)取電方式與UPS備用電源取電模式，保證在風(fēng)機(jī)失電狀況下對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)陰極保護(hù)與腐蝕監(jiān)測(cè)能力。整個(gè)外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

圖3 外加電流陰極保護(hù)系統(tǒng)構(gòu)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(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下參比電極電位

2 系統(tǒng)安裝調(diào)試

在預(yù)制場(chǎng)，按布置示意圖所設(shè)計(jì)的輔助陽(yáng)極、參比電極點(diǎn)位于指定的風(fēng)機(jī)套籠進(jìn)行穿線，并將所有線纜通過(guò)線纜護(hù)管拉到套籠上部平臺(tái)簡(jiǎn)單固定。線纜尾部固定后，將輔助陽(yáng)極和參比電極的安裝法蘭與線纜護(hù)管的安裝法蘭對(duì)接固定。電源裝置則固定在風(fēng)機(jī)塔筒指定位置，并將電源電纜通過(guò)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(yáng)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(jié)構(gòu)膠固定；

（2）輔助陽(yáng)極、參比電極尾線穿過(guò)塔筒預(yù)留進(jìn)線孔，進(jìn)入塔筒負(fù)一層，封堵結(jié)構(gòu)膠固定；

（3）內(nèi)壁輔助陽(yáng)極、參比電極串，通過(guò)錨固套筒放入塔筒，并通過(guò)承重蓋板固定，尾線接入接線；

（4）將輔助陽(yáng)極、參比電極電纜、測(cè)量接地電纜，陰極接地電纜按照對(duì)應(yīng)接線圖連接陰極保護(hù)電源裝置，系統(tǒng)安裝完成并進(jìn)行電位檢測(cè)。

安裝完成后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行安裝檢查以及調(diào)試，系統(tǒng)通電前完成陰極保護(hù)電源裝置輸入檢驗(yàn)、陰極、陽(yáng)極接線、陰極保護(hù)電源裝置獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)檢查，為系統(tǒng)正式運(yùn)行調(diào)試消缺，其中海下鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)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(shí)各風(fēng)機(jī)處于欠保護(hù)狀態(tài)。

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(diào)控系統(tǒng)與產(chǎn)品性能測(cè)試

單樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外表面與內(nèi)壁系統(tǒng)調(diào)控一致，此處以單樁風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)外表面為例。確認(rèn)所有接線正確無(wú)誤后，合上恒電位儀電源開關(guān)，通電后，海下鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)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(shí)鋼結(jié)構(gòu)電位向負(fù)方向偏移，但仍未進(jìn)入陰極保護(hù)電位范圍。此時(shí)打開智能極化功能，可加快在海水中的自然極化時(shí)間。如圖所示，在經(jīng)過(guò)智能極化后所有參比電極均處于保護(hù)電位范圍內(nèi)，設(shè)備開始正常運(yùn)行。

表2 通電后與智能極化后各參比電極電位（電位/mV）

當(dāng)恒電流運(yùn)行電位達(dá)到并穩(wěn)定在-890mV后設(shè)備將自動(dòng)轉(zhuǎn)為自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，電位將自動(dòng)調(diào)整為給定電位-1000mV。經(jīng)一個(gè)月后，海下鋼結(jié)構(gòu)相對(duì)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(wěn)定在保護(hù)范圍內(nèi)，電源輸出平穩(wěn)，設(shè)備精準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行。

表3 穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下各參比電極電位（電位/mV）

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)調(diào)試與試用，該海上風(fēng)電水下鋼結(jié)構(gòu)ICCP系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)穩(wěn)定運(yùn)行，提高了海上風(fēng)電運(yùn)維的安全性和可靠性，同時(shí)智能化的陰極保護(hù)系統(tǒng)也降低的運(yùn)維作業(yè)難度。為海上風(fēng)電機(jī)組樁基基礎(chǔ)防腐性能提供了技術(shù)支撐。