海上升壓站上部組塊施工期監(jiān)測(cè)與分析

郭 偉，程蓮蓮

(上海港灣工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海201315)

0 引 言

江蘇濱海300 MW海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目風(fēng)電機(jī)組選用單機(jī)容量3 MW風(fēng)機(jī)，共100臺(tái)，總裝機(jī)容量300 MW。電氣系統(tǒng)分兩部分，海上布置220 kV升壓站和陸上布置集控中心。海上升壓站將35 kV電壓升壓至220 kV，經(jīng)海底電纜將風(fēng)機(jī)所發(fā)電能輸送至陸上集控中心后，就近接入電網(wǎng)系統(tǒng)。該升壓站是整體式海上升壓站[1]，是目前國(guó)內(nèi)容量最大、水深最深，建設(shè)難度和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)最高的升壓站。升壓站結(jié)構(gòu)形式包括上部組塊和下部結(jié)構(gòu)，建造標(biāo)準(zhǔn)要同時(shí)滿足陸上電力系統(tǒng)和海工產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，上部組塊作為一個(gè)整體，在陸上組裝基地完成其制造、設(shè)備安裝、調(diào)試[2]。

上部組塊總質(zhì)量3 200 t、鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量1 900 t。在基地吊裝、水上運(yùn)輸、海上吊裝的施工期中，出現(xiàn)的傾斜和振動(dòng)可能會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成一定影響，甚至破壞，為防止較大的傾斜和振動(dòng)，十分有必要對(duì)其進(jìn)行傾斜和振動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保升壓站的安全和正常運(yùn)行，為設(shè)計(jì)和施工提供相關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù)，為以后工作積累經(jīng)驗(yàn)。

1 監(jiān)測(cè)概況

升壓站監(jiān)測(cè)包括施工期和永久期監(jiān)測(cè)，施工期只對(duì)上部組塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)，自基地吊裝開始至海上吊裝完成，所有監(jiān)測(cè)儀器均實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。升壓站上部組塊在基地和海上吊裝均采用5 000 t“新振浮7”浮吊船進(jìn)行，水上運(yùn)輸通過駁船完成。整個(gè)施工期監(jiān)測(cè)分3個(gè)工況，各工況吊裝流程分別為:①工況一(基地吊裝)。陸地豎向起吊→平吊→空中停留→安放到駁船上。②工況二(運(yùn)輸過程中)。長(zhǎng)江運(yùn)輸→出?？凇Ｉ线\(yùn)輸。③工況三(海上吊裝)。駁船起吊→平吊→空中停留→安放到導(dǎo)管架上。監(jiān)測(cè)內(nèi)容見表1；監(jiān)測(cè)工況及持續(xù)時(shí)間見表2。

表1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

表2 監(jiān)測(cè)工況及持續(xù)時(shí)間

2 測(cè)點(diǎn)布置

一層(甲板層)主要作為電纜層和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，布置事故油池、樓梯間、救生裝置等；二層是整個(gè)升壓站的核心區(qū)域，布置主變、低壓配電室、應(yīng)急配電室、GIS室等；三層布置蓄電池室、通訊繼保室等；頂層布置懸臂吊、空調(diào)外機(jī)等。

在一層和三層的立柱上安裝傾角計(jì)和加速度計(jì)，在二層發(fā)電機(jī)和GIS設(shè)備附近鋪板上安裝加速度計(jì)。傾斜及振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器布置見圖1～圖3[3]。圖中B為傾角計(jì)，監(jiān)測(cè)傾斜；C為加速度計(jì)，監(jiān)測(cè)振動(dòng)。

圖1 上部組塊監(jiān)測(cè)傳感器布置正視示意

圖2 上部組塊二層監(jiān)測(cè)傳感器布置示意

圖3 上部組塊一層、三層監(jiān)測(cè)傳感器布置示意

3 監(jiān)測(cè)成果及分析

X、Y向分別表示升壓站平面兩個(gè)垂直的方向，Z向表示垂直于X、Y的方向。在運(yùn)輸過程中，X向與運(yùn)輸船軸向位置(行駛方向)一致。各工況傾斜基準(zhǔn)值選取時(shí)間見表3。

表3 各工況基準(zhǔn)值選取時(shí)間

3.1 傾斜

傾角采樣時(shí)間間隔為5 min，把所有傾角繪制成變化過程曲線，見圖4。

由圖4可知，3種工況傾角變化過程曲線各向傾角變化規(guī)律基本一致。具體為:①工況一。在起吊時(shí)，X、Y向均先變化至負(fù)向最大；在空中停留時(shí)，X向呈現(xiàn)線性增大趨勢(shì)，Y向基本穩(wěn)定；在安放時(shí)，X、Y向均呈現(xiàn)正負(fù)變化趨勢(shì)。②工況二。X、Y向均正負(fù)交替出現(xiàn)，海上運(yùn)輸比長(zhǎng)江運(yùn)輸時(shí)傾角要大得多。③工況三。在起吊時(shí)，X、Y向均正負(fù)交替出現(xiàn)；在空中停留時(shí)，X、Y向均基本穩(wěn)定；在安放時(shí)，X、Y向均呈現(xiàn)正向微小傾斜。

工況一和工況三的傾角曲線吻合性高，而工況二的吻合性較低，可能原因?yàn)?①工況一基準(zhǔn)值是陸地靜止?fàn)顟B(tài)，工況三是最終安放到導(dǎo)管架上，基準(zhǔn)值均很穩(wěn)定；而工況二是水上晃動(dòng)狀態(tài)，各傾角計(jì)的基準(zhǔn)值選取存在差異。②傾角計(jì)采集時(shí)間間隔為5 min，工況二動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，每個(gè)傳感器響應(yīng)會(huì)存在差異，采集到峰值也不同，同樣造成實(shí)測(cè)傾角存在差異；即工況一和工況三為準(zhǔn)靜態(tài)監(jiān)測(cè)，而工況二為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

圖4 各工況不同方向傾角變化過程曲線

綜上所述，施工期監(jiān)測(cè)X、Y向最大傾角分別為-1.55°、6.06°，最大變化量為2.81°、10.41°，均出現(xiàn)在工況二，即海上運(yùn)輸過程中。

二層發(fā)電機(jī)和GIS設(shè)備距X軸距離分別為0、11.1 m，計(jì)算得到GIS設(shè)備晃動(dòng)最大高度為1.17 m，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2 振動(dòng)

加速度采樣頻率為100 Hz，對(duì)每30 min的數(shù)據(jù)分析一次，得到加速度峰值，把所有峰值繪制成變化過程曲線，見圖5。

由圖5可知，三種工況的8個(gè)加速度峰值各向變化規(guī)律基本一致。具體為:①工況一。在起吊和安放時(shí)，加速度較大，空中停留階段較小。②工況二。X向在長(zhǎng)江運(yùn)輸與海上運(yùn)輸加速度峰值基本一致，Y、Z向海上運(yùn)輸明顯大于長(zhǎng)江運(yùn)輸。表明海上運(yùn)輸時(shí)，波浪對(duì)升壓站軸向(行駛方向)沖擊與其余兩個(gè)垂直方向相比較小。③工況三。在起吊和安放階段，加速度較大，空中停留階段較小。

根據(jù)圖5可得施工期監(jiān)測(cè)X、Y、Z向加速度最大峰值分別為775×10-3、999×10-3、1 045×10-3m/s2，均出現(xiàn)在工況二，即海上運(yùn)輸過程中，各向加速度均小于設(shè)計(jì)值0.2g，滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)升壓站上部組塊施工期進(jìn)行自動(dòng)化實(shí)時(shí)振動(dòng)和傾斜監(jiān)測(cè)，得到了以下結(jié)論：

(1)本項(xiàng)目利用先進(jìn)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、傳輸、處理，在施工期監(jiān)測(cè)中取得了良好效果。

(2)傾斜與振動(dòng)最大值均出現(xiàn)在海上運(yùn)輸過程中，監(jiān)測(cè)結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)要求；為設(shè)計(jì)和施工掌握施工期不同階段傾斜和振動(dòng)變化規(guī)律提供了完整的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)以后同類結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)提供參考。

(3)本次監(jiān)測(cè)未實(shí)現(xiàn)真正完全自動(dòng)化，今后應(yīng)在界面實(shí)時(shí)顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果，實(shí)時(shí)指導(dǎo)施工期不同階段的工作，調(diào)整施工措施，比如吊裝速度，海上運(yùn)輸速度和方向等，確保升壓站及設(shè)備的安全。

圖5 各工況不同方向加速度峰值變化過程曲線

(4)傾角監(jiān)測(cè)采樣時(shí)間間隔設(shè)置為5 min偏低，以后可以采用動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，得到更準(zhǔn)確的傾角變化規(guī)律。

[1] 吳欠欠, 何愛敏. 海上升壓變電站設(shè)計(jì)及建造研究[J]. 機(jī)電信

息, 2017(6): 69- 70．

[2] 柳麗香, 俞華鋒, 賈獻(xiàn)林. 國(guó)內(nèi)外風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站結(jié)構(gòu)型式概述[J]. 青年科學(xué), 2014(4): 64．

[3] 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司. 江蘇大唐濱海300 MW海上風(fēng)電場(chǎng)工程海上升壓站監(jiān)測(cè)布置圖[R]. 杭州: 中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 2014．