海上風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)組安裝質(zhì)量控制要素

◎ 劉紅志 張顯雄 保利長大工程有限公司

海上風(fēng)電是我國清潔能源的重要組成部分以及應(yīng)對氣候變化的具體舉措。相較于陸上風(fēng)力發(fā)電，海上風(fēng)力發(fā)電具有不占用土地資源、視覺和噪聲污染小、風(fēng)能利用率高以及送電距離短等優(yōu)勢[1]，對加快我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)碳中和具有促進(jìn)意義。近年來，隨著海上風(fēng)電大規(guī)模開發(fā)，風(fēng)電機(jī)組的質(zhì)量問題逐漸突顯。

海上風(fēng)電機(jī)組作為建設(shè)海上風(fēng)電場最主要的設(shè)備，受海洋環(huán)境及自身固有屬性影響較大。受雷電、臺風(fēng)等強(qiáng)對流天氣影響，若防雷接地裝置和固定螺栓安裝不到位，風(fēng)電機(jī)組很容易出現(xiàn)故障；受海洋波浪荷載影響，若塔筒內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)未能正確安裝，極易導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)生損壞；受風(fēng)電機(jī)組重量影響，海上維修困難，尤其是大部件的更換，需耗費(fèi)巨大成本；受海洋鹽霧環(huán)境影響，若安裝過程造成防腐涂層破壞，可能減少風(fēng)電機(jī)組的使用壽命[2]。因此，海上風(fēng)電機(jī)組安裝質(zhì)量尤為重要。

本文結(jié)合海上風(fēng)電項(xiàng)目機(jī)組安裝的特點(diǎn)，全過程梳理海上風(fēng)電機(jī)組安裝，分析風(fēng)電機(jī)組安裝前和安裝過程中可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷。同時(shí)，針對可能出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，總結(jié)出風(fēng)電機(jī)組各安裝環(huán)節(jié)的關(guān)鍵質(zhì)量要素，并歸納出與之相對應(yīng)的控制措施，有效提高風(fēng)電機(jī)組安裝時(shí)質(zhì)量，降低因安裝質(zhì)量缺陷引起運(yùn)維期更換大部件的概率，對保證風(fēng)電機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行和降低海上運(yùn)維成本具有直接指導(dǎo)意義。

1.風(fēng)電機(jī)組安裝前質(zhì)量控制

1.1 海上風(fēng)電機(jī)組進(jìn)場驗(yàn)收

由于海上風(fēng)電機(jī)組生產(chǎn)基地的地理位置相對固定，風(fēng)電機(jī)組通常需要長距離的海上運(yùn)輸以及海上吊裝倒駁。塔筒、機(jī)艙、輪轂及葉片作為海上風(fēng)電機(jī)組的核心部件，其到貨質(zhì)量將直接影響機(jī)組安裝的整體質(zhì)量。風(fēng)電機(jī)組進(jìn)場后，根據(jù)發(fā)貨清單和裝箱清單，核查各部件的型號、數(shù)量是否一致，確保不存在錯(cuò)發(fā)、漏發(fā)；同時(shí)，還應(yīng)根據(jù)質(zhì)量證明文件，確定各部件生產(chǎn)合格并滿足出廠狀態(tài)。

機(jī)艙進(jìn)場驗(yàn)收的質(zhì)量控制要素主要有以下四項(xiàng)：①機(jī)艙內(nèi)外防腐涂層和運(yùn)輸防雨布損壞程度；②機(jī)艙內(nèi)部附件規(guī)范安裝及整體美觀度；③機(jī)艙電纜表皮破損和折彎程度；④機(jī)艙主軸螺栓孔銹蝕程度。機(jī)艙內(nèi)部包含著齒輪箱、發(fā)電機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其防雨設(shè)施的破壞程度。

輪轂進(jìn)場驗(yàn)收的質(zhì)量控制要素主要有以下四項(xiàng)：①輪轂運(yùn)輸防雨布和導(dǎo)流罩頂蓋遺失或損壞程度；②輪轂外部防腐涂層損傷程度；③輪轂法蘭面銹蝕程度；④變槳軸承表面損傷程度。應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注防雨布和導(dǎo)流罩頂蓋的遺失和破壞程度，避免變槳系統(tǒng)發(fā)生破壞。

塔筒進(jìn)場驗(yàn)收的質(zhì)量控制要素主要有以下四項(xiàng)：①塔筒法蘭橢圓度、水平度、平整度及外觀；②塔筒外壁局部凹陷和整體變形程度；③塔筒內(nèi)外防腐涂層及防水設(shè)施破壞程度；④塔筒內(nèi)部附件及電纜規(guī)范安裝程度。其中，由于塔筒的橢圓度和整體變形程度與其對位安裝緊密聯(lián)系，應(yīng)按規(guī)范進(jìn)行核查。

葉片進(jìn)場驗(yàn)收的質(zhì)量控制要素主要有以下三項(xiàng)：①葉根和葉尖支架位置葉片局部磨損及凹陷變形程度；②葉身前緣和后緣變形及整體過渡狀態(tài)；③葉片表面通體不規(guī)則異常修補(bǔ)痕跡及油漆露底程度。葉片主要由環(huán)氧樹脂、大絲束碳纖維等復(fù)合材料組成且長度較大，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其整體變形和局部破壞程度。

1.2 高強(qiáng)度螺栓抽檢

高強(qiáng)度螺栓具有施工簡單、拆換靈活、受力性能好、承載能力高、以及在長時(shí)間振動荷載作用下不發(fā)生松動和疲勞破壞等優(yōu)點(diǎn)[3]。海上風(fēng)電機(jī)組塔筒與塔筒、塔筒與機(jī)艙、機(jī)艙與風(fēng)輪以及輪轂與葉片通常采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。螺栓質(zhì)量將影響風(fēng)電機(jī)組使用壽命，因此需對進(jìn)場高強(qiáng)螺栓進(jìn)行質(zhì)量抽檢。

高強(qiáng)度螺栓安裝前，以螺栓連接副批次為單位并結(jié)合同批螺栓連接副最大數(shù)量進(jìn)行試樣抽檢。螺栓抽檢質(zhì)量控制要素主要包括[4]：①實(shí)物尺寸檢測；②實(shí)物機(jī)械性能檢測；③螺栓機(jī)加工試件機(jī)械性能檢測；④低溫沖擊檢測；⑤螺栓連接副扭矩系數(shù)試驗(yàn)；⑥螺母保證荷載；⑦墊圈硬度試驗(yàn)；⑧螺紋脫碳試驗(yàn)；⑨防腐試驗(yàn)[3]。其中，由于海上風(fēng)電機(jī)組高強(qiáng)螺栓要長期經(jīng)受非定向偏心扭矩和振動荷載作用，低溫沖擊檢測就顯得尤為重要。

1.3 電氣交接試驗(yàn)

為了確定風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備的絕緣性能、運(yùn)行狀況以及接地導(dǎo)通滿足質(zhì)量要求，防止因設(shè)計(jì)不合理、制作工藝缺陷、運(yùn)輸過程損壞、安裝技術(shù)不良等因素導(dǎo)致電氣設(shè)備故障，保證設(shè)備正常投入使用，對電氣設(shè)備進(jìn)行交接試驗(yàn)是非常重要的質(zhì)量控制作用。

箱式變壓器交接試驗(yàn)質(zhì)量控制要素[5]：①所有分接電壓比檢查；②繞組連同套管的直流電阻測量；③繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比測量；④鐵芯的絕緣電阻測量；⑤繞組連同套管的交流耐壓試驗(yàn)；⑥溫控器的絕緣電阻測量。35KV箱式變壓器作為將風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能進(jìn)行升變壓的關(guān)鍵設(shè)備，應(yīng)保證其各項(xiàng)性能參數(shù)符合要求。

電流互感器交接試驗(yàn)質(zhì)量控制要素：①絕緣電阻測量；繞組的直流電阻測量；②接線繞組組別和極性檢查；③交流耐壓試驗(yàn)；④變比測量；⑤電流互感器的勵(lì)磁特性曲線測量。

避雷器交接試驗(yàn)質(zhì)量控制要素：①絕緣電阻測量；②1mA直流參考電壓和0.75倍直流參考電壓下的泄漏電流測量。

斷路器交接試驗(yàn)質(zhì)量控制要素：①每相導(dǎo)電回路的電阻測量；②絕緣電阻測量；③交流耐壓試驗(yàn)；④分、合閘時(shí)間，分合閘同期性及合閘時(shí)觸頭的彈跳時(shí)間測量；⑤分、合閘線圈及合閘接觸器線圈的直流電阻、絕緣電阻測量。

繼電保護(hù)器交接試驗(yàn)質(zhì)量控制要素：①交流、直流回路檢查；②保護(hù)校驗(yàn)；③跳閘出口邏輯；④整體傳動試驗(yàn)。

2.風(fēng)電機(jī)組安裝過程質(zhì)量控制

2.1 風(fēng)電機(jī)組海上吊裝

區(qū)別于傳統(tǒng)的設(shè)備吊裝，海上風(fēng)電機(jī)組吊裝環(huán)境更惡劣、難度更大，對風(fēng)機(jī)部件的質(zhì)量把控要求較高。塔筒安裝前，對基礎(chǔ)法蘭的水平度、平整度及外觀進(jìn)行檢查和驗(yàn)收；根據(jù)塔筒吊索具圖紙要求在塔筒上下法蘭指定位置安裝足夠數(shù)量的吊座，且吊座與法蘭連接螺栓力矩施打應(yīng)滿足要求。塔筒安裝前，在基礎(chǔ)法蘭和已安裝塔筒的上法蘭涂抹密封膠；塔筒下放對位時(shí)，應(yīng)使上下兩節(jié)塔筒的零位標(biāo)記對齊；法蘭螺栓緊固達(dá)到松鉤條件后，方可摘鉤。

頂節(jié)塔筒吊裝完成后，機(jī)艙在該規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成吊裝。機(jī)艙正式吊裝前，應(yīng)進(jìn)行機(jī)艙試吊，保證安裝法蘭面水平。機(jī)艙安裝前，各個(gè)連接端面和螺紋孔必須清理干凈。

葉片組對采用專用吊具，且吊點(diǎn)位置應(yīng)滿足技術(shù)文件要求。葉片與輪轂安裝時(shí)，應(yīng)使軸承內(nèi)圈零位孔與葉片前緣處的零刻度線相對應(yīng)。三支葉片全部安裝完成之前，應(yīng)做好風(fēng)輪防傾斜措施[6]。風(fēng)輪吊裝前，在輔吊葉片一側(cè)安裝葉片鎖。風(fēng)輪翻身及安裝時(shí)，應(yīng)防止葉尖觸碰地面和塔筒。安裝葉片纜風(fēng)繩時(shí)，應(yīng)提前安裝葉片保護(hù)套。將風(fēng)輪緩慢向主軸法蘭面靠近，并調(diào)整吊鉤位置控制風(fēng)輪軸線將其與機(jī)艙軸線重合。

2.2 高強(qiáng)度螺栓安裝

高強(qiáng)度螺栓安裝是海上風(fēng)電機(jī)組安裝的核心，為使螺栓獲得穩(wěn)定、可靠、適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力，應(yīng)從高強(qiáng)度螺栓安裝的關(guān)鍵步驟進(jìn)行質(zhì)量控制。

螺栓連接副安裝及輔料涂覆前，應(yīng)對其進(jìn)行外觀檢查，主要包括構(gòu)件整潔度、螺紋和表面防腐涂層完整性。對于螺栓/螺柱、螺母和平墊圈的組合形式（通孔連接），螺栓/螺柱外螺紋螺母緊固位置、螺母與墊圈接觸面應(yīng)均勻涂覆潤滑劑；對于螺栓直接擰入形式（盲孔連接），螺栓外螺紋潤滑劑涂覆長度約占全螺紋長度的3/4，螺栓頭與墊圈接觸面應(yīng)沿螺桿根部均勻涂覆潤滑劑。螺栓外螺紋潤滑劑涂覆厚度約螺牙深度的1/2，螺母及墊圈接觸面上的潤滑劑涂覆厚度約為0.1mm。

螺栓穿入方向應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)文件為準(zhǔn)，且方向需保持一致；平墊圈倒角應(yīng)朝向螺母一側(cè)或螺栓頭一側(cè)[7]。風(fēng)電機(jī)組連接螺栓的分布形式為圓形分布，為了保證同一法蘭面上螺栓預(yù)緊力的均勻一致，防止螺栓受橫向載荷發(fā)生剪切破壞，按交叉對角原則進(jìn)行緊固。

通常，螺栓采用液壓扳手分三步緊固。第一步采用電動扳手進(jìn)行初緊，第二步采用液壓扳手按復(fù)緊力矩值進(jìn)行緊固，第三步采用液壓扳手按額定力矩值進(jìn)行終緊。若采用拉伸器對螺栓進(jìn)行緊固一般按技術(shù)文件要求分兩或三步緊固[8]。

風(fēng)電機(jī)組高強(qiáng)螺栓應(yīng)在裝配完成后4h～24h內(nèi)進(jìn)行驗(yàn)收。螺栓驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)按照風(fēng)電機(jī)組連接位置的螺栓總體數(shù)量的10%進(jìn)行抽樣檢查，抽檢比例按不合格情況遞增。由于海洋環(huán)境的鹽霧濃度和空氣濕度會加速高強(qiáng)度螺栓的腐蝕，且安裝過程可能造成螺栓原有防腐涂層破壞，故螺栓驗(yàn)收合格后，通常采用冷噴鋅和防腐油漆進(jìn)行涂覆。

2.3 電氣安裝和接線

剝切電纜端頭保護(hù)套和絕緣層時(shí)，不得損壞導(dǎo)體芯線。相間電纜對接時(shí)，U、V、W相對接管位置應(yīng)相互錯(cuò)開，避免電纜對接點(diǎn)位置發(fā)生相間短路。電纜穿入連接管或端子管內(nèi)時(shí)，芯線應(yīng)全部平直進(jìn)入，不允許出現(xiàn)芯線彎折或漏出管外。壓接完畢后應(yīng)進(jìn)行絕緣處理，用自粘性絕緣橡膠帶對裸露的管體進(jìn)行均勻緊密纏繞包扎。將打印好的電纜標(biāo)簽粘貼在相對應(yīng)的電纜端頭處。用熱風(fēng)槍依次對熱縮套管進(jìn)行吹縮，過程中熱縮套管應(yīng)受熱均勻并防止中間形成氣泡。

電纜布置應(yīng)整齊、牢固、美觀，避免出現(xiàn)絞接和交叉現(xiàn)象，電纜綁扎需選用適合長度的扎帶[9]。電纜在過銳邊時(shí)，應(yīng)設(shè)置膠皮、邊緣保護(hù)條等彈性材料制成的襯墊。電纜穿過孔洞時(shí)，應(yīng)采用合適的防火封堵材料設(shè)置阻火封堵、阻火隔層。

所有電纜接線應(yīng)當(dāng)按照海上風(fēng)電機(jī)組整機(jī)接線表進(jìn)行接線。在接線之前必須核實(shí)確認(rèn)電纜相序與接線銅排各相位對應(yīng)一致。電纜端子連接螺栓緊固力矩按照螺紋規(guī)格進(jìn)行取值，完成緊固后做防松力矩標(biāo)記線。安裝接地電纜或銅帶時(shí)，若接地安裝面或邊緣存在防腐涂層，需對其進(jìn)行打磨處理直至漏出金屬層，連接牢固后再對打磨位置進(jìn)行防腐處理[10]。

3.結(jié)論

海上風(fēng)電機(jī)組安裝前的驗(yàn)收準(zhǔn)備工作和風(fēng)電機(jī)組的安裝過程是保障海上風(fēng)電機(jī)組整體安裝質(zhì)量的兩個(gè)重要階段。本文通過梳理風(fēng)電機(jī)組兩階段的質(zhì)量控制要素，歸納出海上風(fēng)電機(jī)組安裝質(zhì)量的主要控制措施：

（1）風(fēng)電機(jī)組進(jìn)場驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注各部件防雨設(shè)施的完整性，塔筒及葉片的整體變形程度及局部損傷。

（2）電氣設(shè)備進(jìn)場驗(yàn)收時(shí)，其各項(xiàng)性能參數(shù)應(yīng)滿足電氣交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，避免后期因質(zhì)量問題引起設(shè)備更換。

（3）機(jī)組設(shè)備進(jìn)行機(jī)械安裝時(shí)，安裝工藝應(yīng)嚴(yán)格遵守技術(shù)文件相關(guān)要求，安裝過程要加強(qiáng)質(zhì)量把控。

（4）電氣安裝質(zhì)量是影響風(fēng)電機(jī)組整體調(diào)試的重要因素，應(yīng)從其制線、布線及接線環(huán)節(jié)加以控制，保證整個(gè)電路系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。