“三峽大豐”海上升壓站總布置設計與建造方案研究

李書建 李俊林

摘 要：隨著我國社會經濟和科學技術的不斷發(fā)展，風電新能源作為環(huán)保能源越來越受到國家和社會的重視，而海上風電能源無疑打開了人類探索能源的新思路。本文以“三峽大豐”海上升壓站為研究對象，就海上升壓站的總布置與建造方案進行了較為全面的講解。

關鍵詞：三峽大豐；海上升壓站；總布置；上部組塊；下部組塊；建造方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.090

1 “三峽大豐”海上風電項目簡介

三峽新能源江蘇大豐300MW海上風電項目位于大豐市東沙沙洲北側的小北槽太平沙海域。風電場規(guī)劃范圍呈平行四邊形，東西長約10.5km，南北寬約9.2km，規(guī)劃海域面積97km2，風電場中心離岸距離45km，場址區(qū)水深1.4～18m。風電場擬安裝54臺GW140-3.3風電機組和19臺GW171-6.45風電機組，總裝機規(guī)模300MW。風電場配套建設一座220kV海上升壓站、兩回220kV海纜送出線路和一座陸上集控中心。

2 “三峽大豐”海上升壓站總布置設計

海上升壓站將風電場所有集電線路匯集后升壓送出，并作為風電場的現(xiàn)場控制中心，同時也作為風電場的應急避難場所。

220kV海上升壓站平面軸線尺寸約為36.50m×42.00m，分四層平面布置。

一層層高6.0m，布置事故油罐、水泵房、柴油箱房及避難室等，同時一層也作為電纜層，35kV和220kV海纜通過J型管穿過本層甲板，然后采用電纜橋架敷設。

二層層高5.5m，中間布置主變，兩臺主變分兩個房間布置，散熱器室外布置，主變室一側側布置GIS室、柴油機房、低壓配電室、應急配電室，另一側布置40.5開關柜室、備品備件間。二層室外布置走道、吊裝平臺和空調室外機平臺，走道寬2.0m。

三層層高5.0m，二層中間為主變上空區(qū)域，主變室一側為GIS室上空區(qū)域，并布置暖通用房、柴油機房、蓄電池室、通信繼保室等，三層室外布置走道、吊裝平臺和空調室外機平臺，走道寬2.0m。

四層屋頂布置避雷針、5t吊機、設備檢修孔、通訊天線設備、直升懸停區(qū)域和氣象站設備等。

本項目海上升壓站由以下兩個模塊組成：上部組塊、下部組塊；其中下部組塊由基礎樁和導管架組成。

3 “三峽大豐”海上升壓站上部組塊建造方案研究

3.1 上部組塊分段劃分

整個升壓站共4層，根據本項目升壓站結構特征、工廠生產條件、建造方案等，為方便工程施工建造，將每層劃分斷開為A＼B兩個分段，上部組塊一共劃分為8個分段。

3.2 上部組塊總體建造方案

升壓站上部組塊整體建造方案大致可分為：分段建造、車間中組、外場總組、外場大合攏等。

每個分段單獨在車間生產制作，分段制作完成后1層A1分段和2層A2分段上下兩個分段在車間中組在一起；1層B1和2層B2上下兩個分段中組；3層A3和4層A4上下兩個分段中組；3層B3和4層B4上下兩個分段中組。進入外場合攏場地后，先將1層和2層的兩個中組段左右總組成總段；再將3層和4層的兩個中組段左右總組成總段；最后在外場將3層和4層的總段與1層和2層的總段大合攏成一個整體，形成上部組塊。

3.3 上部組塊分段建造

本項目劃分為8個分段，最大的分段外形尺寸約有20米*42米，最小的分段外形尺寸約有17米*36米。單個分段有正造和反造兩種選擇。如何選擇合理的分段建造方案，是決定項目能否按時保質保量完工的關鍵。根據本項目的結構特點，考慮到1層和2層平面都是8mm厚的鋼板，3層和4層平面都是6mm厚的鋼板，而且分段外形尺寸片體過大，反造的話分段建造完成后需要翻身，一是片體外形尺寸太大不容易翻身；二是分段平面都是6mm或者8mm的薄鋼板，翻身容易造成分段整體變形，對后續(xù)整個上部組塊成型非常不利。

為此，經過反復討論與研究，最終選擇分段正造的建造方案。分段正造，分段制作完成后無需翻身，大大的減少了翻身所需要的臨時工裝加強等工序，也節(jié)省了翻身所需投入的人工和時間，對節(jié)約項目工期起到了很大的幫助；另外分段正造時現(xiàn)場施工作業(yè)條件好，平面片體框架組裝完成后，可以馬上進入下道工序，安裝平面片體上的艙壁、主柱圓管、立柱和斜撐管等，確保了一道道工序之間的緊密銜接，加快了項目進度，為按期順利交付產品給客戶打下了堅實的基礎。

3.4 上部組塊車間中組

各層分段在車間制作完成后，分別將一、二層分段A1/A2、B1/B2；三、四層分段A3/A4、B3/B4吊裝至既定的車間中組胎位，進行中組作業(yè)，形成4個中組組塊A1+A2，B1+B2、A3+A4、B3+B4。中組完成后轉運至涂裝車間沖砂、油漆。

分段中組是基于工廠完備的設施條件和先進的建造工藝，其核心目的是建造工序前移。分段中組后，輪機管系、電氣、通風、舾裝等施工作業(yè)可以大面積展開，這些大舾裝專業(yè)施工作業(yè)提前進行，意味著原本需要到外場大合攏進行的工作提前到工廠內場就可以完成。外場夏天天氣炎熱，冬天寒冷不已，再加上外場經常風吹雨淋，作業(yè)環(huán)境非常惡劣。把外場的工作提前到內場施工，施工的作業(yè)環(huán)境大大改善，既安全又方便，施工質量得到了保障，同時生產效率也大大提高。而工序前移也大大的縮短了外場的合攏周期，大大的節(jié)約了整個升壓站的交付工期。

3.5 上部組塊外場總組

四個中組分段涂裝作業(yè)完成后，依次轉運至外場，將一、二層的兩個中組段左右總組，三四層兩個中組段左右總組，組成兩個總段（1層+2層=C總段、3層+4層=D總段）。

總組階段，室內設備提前進艙，升壓站艙室內部施工作業(yè)與室外作業(yè)同步進行，艙室內管系、電氣、通風、舾裝等安裝工作同時交叉作業(yè)，按照施工工序各專業(yè)有條不紊的開展工作。總組的實施進一步縮短了外場的建造周期，生產流程上得到了優(yōu)化，促進了區(qū)域舾裝施工工作，真正意義上實現(xiàn)了設計、生產、項目管理的一體化。

3.6 上部組塊外場大合攏及發(fā)運

總段C＼D總組的同時進行電氣、通風、鐵舾、內裝的同步施工，待二層主變、GIS、柴發(fā)等主要設備進倉后，把建造完成的總段D吊裝至總段C處進行大合攏，形成上部組塊。大合攏后繼續(xù)進行電氣、管系、通風、舾裝等剩下作業(yè)的施工，最后進行整體涂裝，調試完成后吊裝上運輸工程船，綁扎后發(fā)運至海上風電場。

上部組塊在裝船之前需在碼頭稱重，稱重裝置額定容量不應小于1.25倍的整體重量。上部組塊整體吊裝時鋼絲繩豎直方向上不能有超過5°的角度，建議使用吊架以保證鋼絲繩豎直。運輸過程中應在上部組塊4個主柱的下端，設置至少4組加速度傳感器、4組傾角儀，用于檢測和記錄運輸和安裝全過程的豎向和水平向加速度、橫向和縱向傾角值。

4 “三峽大豐”海上升壓站下部組塊建造方案研究

下部組塊由導管架和基礎樁組成。導管架型升壓站平臺是由鋼管基礎樁通過導管架以固定于海底的一類結構物，導管架本身具有足夠的剛性，以保證平臺結構的整體性，從而提高平臺抵抗自然載荷的能力。

基礎樁由4個圓管筒體組成，筒體內部設有導向塊，制作完成后發(fā)運到海上打樁安裝?；A樁由于是大直徑、高強度材質的圓鋼管，市場上一般沒有這樣的成品管，為此采用高強度鋼板圈圓焊接而成。筒體圈圓焊接時，筒體上下縱縫要錯開90度以上。對這類重要構件的焊縫，采用全焊透，焊后進行100%UT超聲探傷；對卷圓縱縫和橫向環(huán)縫的交叉點，還有增加局部焊縫100%RT射線探傷，以保證筒體的焊接質量。

導管架是由4根主導管和聯(lián)接附屬件焊接組成的一個導管框架模塊，制作完成后發(fā)運到海上安裝。到達海上風電場指定位置后，先安裝導管架，然后基礎樁穿過導管架的4根主導管插進去打樁，打樁完成后，最后將導管架通過吊裝提起來焊接在基礎樁上。

插樁時理論上有兩種建造方案：第一，先打4個基礎樁，后安裝導管架；第二，先安裝導管架，后打基礎樁。為什么選擇第二種方案呢？因為第一種方案4個基礎樁的垂直度難以保證；先打基礎樁，四個基礎樁的樁心距難以控制，后續(xù)再安裝導管架很容易套不進去。而第二種方案，只要保持先安裝的導管架是水平的，后續(xù)基礎樁打樁時就基本是垂直的。先安裝導管架可以很好的控制基礎樁打樁的樁心距，以保證基礎樁安裝的垂直度。

5 結語

海上升壓站可以通俗的理解為陸上變電站經過設計優(yōu)化，適用于海上環(huán)境的“變電站”。

海上升壓站作為整個海上風電場的“心臟”，發(fā)揮著積極重要的功能。同時海上升壓站通常都是短周期建造項目，要快速完美的建造一個具有高集成系統(tǒng)功能的人工“心臟”，選擇合適的建造方案是整個海上風電場后續(xù)順利運行的關鍵。