海上升压站上部组块施工期监测与分析

郭 伟，程莲莲

(上海港湾工程质量检测有限公司，上海201315)

0 引 言

江苏滨海300 MW海上风电场项目风电机组选用单机容量3 MW风机，共100台，总装机容量300 MW。电气系统分两部分，海上布置220 kV升压站和陆上布置集控中心。海上升压站将35 kV电压升压至220 kV，经海底电缆将风机所发电能输送至陆上集控中心后，就近接入电网系统。该升压站是整体式海上升压站[1]，是目前国内容量最大、水深最深，建设难度和风险系数最高的升压站。升压站结构形式包括上部组块和下部结构，建造标准要同时满足陆上电力系统和海工产品的标准，上部组块作为一个整体，在陆上组装基地完成其制造、设备安装、调试[2]。

上部组块总质量3 200 t、钢结构质量1 900 t。在基地吊装、水上运输、海上吊装的施工期中，出现的倾斜和振动可能会对电气设备造成一定影响，甚至破坏，为防止较大的倾斜和振动，十分有必要对其进行倾斜和振动实时监测，确保升压站的安全和正常运行，为设计和施工提供相关实测参数，为以后工作积累经验。

1 监测概况

升压站监测包括施工期和永久期监测，施工期只对上部组块进行监测，自基地吊装开始至海上吊装完成，所有监测仪器均实现自动化实时监测。升压站上部组块在基地和海上吊装均采用5 000 t“新振浮7”浮吊船进行，水上运输通过驳船完成。整个施工期监测分3个工况，各工况吊装流程分别为:①工况一(基地吊装)。陆地竖向起吊→平吊→空中停留→安放到驳船上。②工况二(运输过程中)。长江运输→出海口→海上运输。③工况三(海上吊装)。驳船起吊→平吊→空中停留→安放到导管架上。监测内容见表1；监测工况及持续时间见表2。

表1 监测内容

表2 监测工况及持续时间

2 测点布置

一层(甲板层)主要作为电缆层和结构转换层，布置事故油池、楼梯间、救生装置等；二层是整个升压站的核心区域，布置主变、低压配电室、应急配电室、GIS室等；三层布置蓄电池室、通讯继保室等；顶层布置悬臂吊、空调外机等。

在一层和三层的立柱上安装倾角计和加速度计，在二层发电机和GIS设备附近铺板上安装加速度计。倾斜及振动监测传感器布置见图1～图3[3]。图中B为倾角计，监测倾斜；C为加速度计，监测振动。

图1 上部组块监测传感器布置正视示意

图2 上部组块二层监测传感器布置示意

图3 上部组块一层、三层监测传感器布置示意

3 监测成果及分析

X、Y向分别表示升压站平面两个垂直的方向，Z向表示垂直于X、Y的方向。在运输过程中，X向与运输船轴向位置(行驶方向)一致。各工况倾斜基准值选取时间见表3。

表3 各工况基准值选取时间

3.1 倾斜

倾角采样时间间隔为5 min，把所有倾角绘制成变化过程曲线，见图4。

由图4可知，3种工况倾角变化过程曲线各向倾角变化规律基本一致。具体为:①工况一。在起吊时，X、Y向均先变化至负向最大；在空中停留时，X向呈现线性增大趋势，Y向基本稳定；在安放时，X、Y向均呈现正负变化趋势。②工况二。X、Y向均正负交替出现，海上运输比长江运输时倾角要大得多。③工况三。在起吊时，X、Y向均正负交替出现；在空中停留时，X、Y向均基本稳定；在安放时，X、Y向均呈现正向微小倾斜。

工况一和工况三的倾角曲线吻合性高，而工况二的吻合性较低，可能原因为:①工况一基准值是陆地静止状态，工况三是最终安放到导管架上，基准值均很稳定；而工况二是水上晃动状态，各倾角计的基准值选取存在差异。②倾角计采集时间间隔为5 min，工况二动态测试时，每个传感器响应会存在差异，采集到峰值也不同，同样造成实测倾角存在差异；即工况一和工况三为准静态监测，而工况二为动态监测。

图4 各工况不同方向倾角变化过程曲线

综上所述，施工期监测X、Y向最大倾角分别为-1.55°、6.06°，最大变化量为2.81°、10.41°，均出现在工况二，即海上运输过程中。

二层发电机和GIS设备距X轴距离分别为0、11.1 m，计算得到GIS设备晃动最大高度为1.17 m，满足设计要求。

3.2 振动

加速度采样频率为100 Hz，对每30 min的数据分析一次，得到加速度峰值，把所有峰值绘制成变化过程曲线，见图5。

由图5可知，三种工况的8个加速度峰值各向变化规律基本一致。具体为:①工况一。在起吊和安放时，加速度较大，空中停留阶段较小。②工况二。X向在长江运输与海上运输加速度峰值基本一致，Y、Z向海上运输明显大于长江运输。表明海上运输时，波浪对升压站轴向(行驶方向)冲击与其余两个垂直方向相比较小。③工况三。在起吊和安放阶段，加速度较大，空中停留阶段较小。

根据图5可得施工期监测X、Y、Z向加速度最大峰值分别为775×10-3、999×10-3、1 045×10-3m/s2，均出现在工况二，即海上运输过程中，各向加速度均小于设计值0.2g，满足设计要求。

4 结 语

对升压站上部组块施工期进行自动化实时振动和倾斜监测，得到了以下结论：

(1)本项目利用先进的自动化监测技术，实现海量数据自动采集、传输、处理，在施工期监测中取得了良好效果。

(2)倾斜与振动最大值均出现在海上运输过程中，监测结果均满足设计要求；为设计和施工掌握施工期不同阶段倾斜和振动变化规律提供了完整的实测数据，对以后同类结构监测提供参考。

(3)本次监测未实现真正完全自动化，今后应在界面实时显示监测结果，实时指导施工期不同阶段的工作，调整施工措施，比如吊装速度，海上运输速度和方向等，确保升压站及设备的安全。

图5 各工况不同方向加速度峰值变化过程曲线

(4)倾角监测采样时间间隔设置为5 min偏低，以后可以采用动态监测，得到更准确的倾角变化规律。

[1] 吴欠欠, 何爱敏. 海上升压变电站设计及建造研究[J]. 机电信

息, 2017(6): 69- 70．

[2] 柳丽香, 俞华锋, 贾献林. 国内外风电场海上升压站结构型式概述[J]. 青年科学, 2014(4): 64．

[3] 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司. 江苏大唐滨海300 MW海上风电场工程海上升压站监测布置图[R]. 杭州: 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司, 2014．