海上升壓站GIS 安裝優(yōu)化改進技術(shù)研究

常凌凌

（中國石油集團海洋工程有限公司，山東青島266000）

1 引言

海上升壓站作為風力發(fā)電海上風電場的中樞，是匯集海上風電場電能將其升壓后送至陸上電網(wǎng)的海上平臺變配電設施。氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設備（Gas Insulated metal-enclosed Switchgear，GIS），具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運行可靠、不受污染和風雨鹽霧等惡劣環(huán)境影響的優(yōu)點[1]。因此，GIS 成為海上升壓站中電力設備的重要組成部分。GIS 安裝是海上升壓站建造安裝的一個重要環(huán)節(jié)。

由于海上升壓站近些年才在國內(nèi)出現(xiàn)，運用時間較短，目前國內(nèi)海上升壓站電氣設備安裝大多參照傳統(tǒng)的陸地升壓站安裝技術(shù)和標準，但海上升壓站的一體化建造模式?jīng)Q定了傳統(tǒng)GIS 安裝方法并不完全適用于海洋平臺。本文基于前期相關(guān)項目的積累，對傳統(tǒng)GIS 安裝方法的缺點進行分析研究，提出優(yōu)化改進的海上升壓站GIS 安裝深度預制施工技術(shù)，與傳統(tǒng)安裝方法相比具有明顯優(yōu)勢。

2 傳統(tǒng)GIS 安裝方法缺點

GIS 具有設備單元多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大等固有結(jié)構(gòu)特征[2]。為方便運輸，均采用散件形式運輸、現(xiàn)場組件式安裝，它對安裝工藝和安裝環(huán)境有嚴格的要求。目前國內(nèi)廣泛采用在平臺上順序建造的傳統(tǒng)安裝方法，在平臺上對GIS設備散件進行搭積木式的組合裝配，但這種安裝方法存在以下缺點。

2.1 受各專業(yè)施工制約

海上升壓站采用分片預制、空間組對一體化建造總裝的方法，要求所有較大的設備，在平臺封艙前吊裝到位。在工程實踐中，采用傳統(tǒng)建造安裝方法，需要在平臺上完成GIS 大型電氣設備的組裝，由于平臺空間狹小，電氣、暖通、消防、機管、結(jié)構(gòu)、舾裝等專業(yè)交叉施工作業(yè)多，嚴重降低設備組裝的效率，影響安裝進度和工期，嚴重影響平臺總裝工期。

2.2 受安裝環(huán)境制約

GIS 在安裝過程中對現(xiàn)場環(huán)境的要求較高，要求防塵級別達到百萬級，相對濕度不大于80%[3]。如果在組裝時有塵埃、水分進入開關(guān)設備內(nèi)部，形成的污染沉積在支持件的表面，將大大降低絕緣體表面的閃絡電壓，造成GIS 安裝質(zhì)量事故。采用傳統(tǒng)GIS 安裝方法，GIS 設備按傳統(tǒng)順序安裝時，總裝區(qū)處于露天狀態(tài)，采取塑料布搭建臨時防塵室等措施，既增加施工成本又較難達到安裝環(huán)境要求。為控制揚塵，GIS 安裝時其他結(jié)構(gòu)、暖通、消防、舾裝等專業(yè)作業(yè)將被迫停止，因此，其安裝受現(xiàn)場焊接、打磨、噴漆作業(yè)、天氣等環(huán)境因素影響較大。

2.3 受吊裝設備制約

密封性是GIS 絕緣的關(guān)鍵，SF6氣體泄漏會造成GIS 設備的致命故障。GIS 設備組裝均采用硬連接，裝配附件單體質(zhì)量較大，密封效果主要取決于安裝調(diào)整精度，裝配技術(shù)難度較大，需要吊裝設備精密配合以完成安裝。采用傳統(tǒng)GIS安裝方法，使用地面吊車進行高空作業(yè)，因空間距離遠，被舾裝板遮擋，吊車操作人員存在視角盲區(qū)，與設備裝配人員通過對講機溝通作業(yè)，吊車精密配合難度大，GIS 安裝密封性較難控制，同時，安全風險大，安裝效率低，使用吊車臺班多，成本高。

3 優(yōu)化改進的GIS 安裝施工技術(shù)

為消除傳統(tǒng)GIS 安裝方法的缺點，契合平臺一體化建造要求，對其工藝及吊裝設備的合理使用進行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場實情，對傳統(tǒng)GIS 安裝方法進行優(yōu)化改進，采用組件式GIS深度預制施工的技術(shù)，采用地面車間深度預組裝、轉(zhuǎn)運吊裝、平臺整體安裝的方法完成GIS 的安裝，有效解決了傳統(tǒng)安裝方法存在的問題。下面以江蘇如東某海上升壓站GIS 安裝為例，闡述該技術(shù)的運用。

4 工程實例

4.1 工程概況

江蘇如東某海上升壓站為220 kV 升壓站，采用上部組塊和下部導管架結(jié)構(gòu)的布置模式。上部組塊共4 層甲板，平面尺寸為56.0 m×50.3 m（包含樓梯和外露平臺），高17.63 m（一層甲板至屋頂層頂），GIS 設計在二層甲板GIS 室內(nèi)，層高5.5 m，設備共7 個間隔。

4.2 組件式GIS 深度預制施工技術(shù)流程

現(xiàn)場勘察選定預組裝場地→設備到貨檢查驗收→編制設備組件預組裝方案→設備組件預組裝→預組裝件加固→預組裝件轉(zhuǎn)運吊裝至平臺→平臺上GIS 設備整體拼裝→電纜敷設及接線（同時抽真空充SF6氣體）→GIS 設備試驗。

4.3 現(xiàn)場勘察選定預組裝場地

預組裝場地要滿足GIS 安裝條件，具備完好門窗和通風設備，防塵級別達到百萬級（粒徑0.5 μm 以上的塵埃數(shù)量≤3.5×107個/m3)，溫度適宜（25 ℃±8 ℃），相對濕度不大于80%，照度值大于300 lx，有20 t 以上的室內(nèi)行吊。經(jīng)勘察檢測，現(xiàn)場組塊配套車間符合要求，選定為預組裝場地，并用于安裝臨時貨架、工作臺和移動腳手架，配備合格、足量的安全設施和消防設施。

4.4 設備到貨檢查驗收

GIS 設備開箱檢查驗收，驗收后根據(jù)廠家發(fā)貨清單編制GIS 設備組件模塊清單（見表1），清單要詳細列出組件模塊名稱，模塊單元編號，長、寬、高和質(zhì)量。為保證預組裝準確、有序進行，避免在預組裝時出現(xiàn)錯裝、漏裝等現(xiàn)象，單元編號要與生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品編號、三維軟件建模安裝件的編號保持一致。

表1 GIS 設備組件模塊清單（僅作示例）

4.5 編制設備組件預組裝方案

審核設計圖與出廠圖的一致性，審查無誤后，根據(jù)GIS 設備組件模塊清單里的組件體積和重量，結(jié)合三維圖、現(xiàn)場運輸車輛和吊車能力合理劃分預組裝件（預組裝模塊），編制預組裝方案表（見表2），該項目分成了7 組預組裝件。

表2 GIS 設備預組裝方案表（僅作示例）

4.6 設備組件預組裝

預組裝前用吸塵器徹底清潔除塵組裝區(qū)域，按預組裝方案表、制造廠裝配圖及安裝說明進行設備預組裝。在每一氣隔安裝完成后，應立即加裝吸附劑并開始抽真空，當真空度小于133 Pa 時繼續(xù)抽真空30 min[4]，真空檢漏通過后，注氣到微正壓。

4.7 預組裝件加固

GIS 設備組件固定在廠家鋼結(jié)構(gòu)支架上，為了保證吊裝時預組裝件的整體強度，防止鋼結(jié)構(gòu)支架變形破壞GIS 法蘭連接密封面，采用型鋼制作框架底座和支撐，對預組裝件支架整體進行臨時輔助加固。為防止預組裝件吊裝過程中節(jié)點受力不滿足要求，吊裝前采用3D 3S 軟件對預組裝件進行有限元分析，檢查吊裝時各節(jié)點的受力和變形情況，使受力和變形符合要求。

4.8 預組裝件轉(zhuǎn)運吊裝

GIS 預組裝件轉(zhuǎn)運吊裝時間選擇在升壓站上部組塊總裝期間，GIS 設備層甲板片安裝后，上層甲板片扣片前。預組裝件在運輸裝卸過程中應防止碰撞和劇烈振動，以免內(nèi)部部件損壞，將預組裝件按照圖紙順序整體吊裝至平臺。

4.9 GIS 設備整體拼裝

平臺上進行GIS 預組裝件拼裝時，將設備與基板對齊，調(diào)整平衡性并固定，依次裝配，現(xiàn)場做好防護措施，作業(yè)過程中周邊不得有焊接、噴砂除銹打磨等易造成環(huán)境污染的施工作業(yè)，避免揚塵、海風等不利影響，嚴格控制GIS 部件的露空時間，防止灰塵和潮氣進入GIS 內(nèi)部，拼裝完成后拆除臨時加固底座和支撐，并做好GIS 設備保護。

5 實施效果分析

5.1 降低安全風險

將平臺高空作業(yè)轉(zhuǎn)成地面作業(yè)，使約70%的安裝工作在地面車間內(nèi)完成，減少平臺交叉作業(yè)面和高空腳手架的搭設，有效降低高空作業(yè)、交叉作業(yè)、腳手架作業(yè)、吊裝作業(yè)的風險。

5.2 提高安裝質(zhì)量

深度預制使GIS 平臺上的拼裝連接面減少約75%，能大幅度減少平臺戶外組裝作業(yè)環(huán)境下GIS 內(nèi)部暴露的時間，滿足GIS 對裝配環(huán)境的要求。使用車間行吊進行GIS 裝配，實現(xiàn)了吊機操作手與GIS 裝配人員的密切配合，能及時調(diào)整吊機狀態(tài)，保證設備吊裝的平穩(wěn)性，提高安裝精準度，滿足GIS 對安裝密封性的要求，有效提高GIS 安裝質(zhì)量[5]。

5.3 縮短建造工期

深度預制可以充分利用現(xiàn)場車間優(yōu)勢，變傳統(tǒng)順序建造為并行建造，突破場地限制，縮短關(guān)鍵路徑，將大量平臺安裝工作前移到車間預組裝工作中，在現(xiàn)場實現(xiàn)工廠化裝配，大幅降低總裝工作量，避免了施工過于集中的高峰期，受天氣和其他專業(yè)施工影響小，建造工期縮短約40%。

5.4 節(jié)約建造成本

原來需要用履帶吊的工作轉(zhuǎn)到車間內(nèi)，使用車間行吊，甚至很多組件的安裝因為建造高度的降低而不需要吊車的配合，減少工機具及人員的投入，較傳統(tǒng)安裝方法能減少人工投入約25%，提高施工效率約30%，大噸位吊車使用率降低了約40%，同時節(jié)省防護工裝費用、腳手架費用、安全防護費用，有效節(jié)約了建造成本。

6 結(jié)語

采用優(yōu)化改進的技術(shù)方法對GIS 進行安裝，使降本增效取得了良好的實施效果，同時也使得各專業(yè)施工銜接緊湊、有序，布局管控科學合理。本方法拓展了以往項目建造方法，與傳統(tǒng)安裝方法相比具有明顯優(yōu)勢，為類似工程提供了思路和經(jīng)驗，對今后海上風電項目GIS 的安裝有一定的參考意義。