江苏竹根沙海上风电项目监测仪器施工技术

周茂强，尚 进

(1. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311100； 2. 浙江华东工程咨询有限公司，浙江 杭州 311100)

目前，我国的海上风电项目正如火如荼地大力开展，但是仍然处于初步阶段，对相关的研究经验缺乏。海上风机的基础作为重要的组成部分，安全监测问题成为了一个亟待解决的问题[1]。海上风电的监测问题一直没有得到很好的解决，研究者纷纷开始对海上风电安全监测领域开展研究[2-6]。本文以江苏竹根沙海上风电项目为研究背景，开展了海上风电项目监测仪器施工技术研究，此项研究成果可为海上风电安全监测施工作业作为参照。

1 工程概况

本工程规划布置50台单机容量4.0 MW的风电机组和17台单机容量6.0 MW的风电机组，装机规模为300 MW，风机基础均采用单桩基础形式。工程区域位置见图1。

图1 工程区域位置图

2 主要监测仪器设备的现场率定方法

本项目主要的监测设备主要包括：二向倾角仪、二向/三向加速度计、钢板应力计、精力水准仪等。倾角仪、加速度计、二次仪表等的检验率定需要生产厂家通过专业设备进行，在此仅介绍钢板应力计的现场率定方法。

2.1 率定设备及工具

小校正仪台，读数仪1台，活动扳手2把，尖嘴钳1把，起子1把，记录表。

2.2 率定步骤

按仪器芯线颜色按入读数仪的接线柱，测量并记录自由状态频率和温度。将应变计(无应力计、钢板应力计)放入校正仪两夹具中，交替、缓慢旋紧螺丝夹紧传感器两端凸缘，同时监视输出值的变化。仪器夹紧后，输出值与自由状态下输出值之差应小于20，否则，放松后按上述步骤重新进行。而后，将千分表(或数字式游标卡尺)归零。摇动校正仪手柄，对仪器预拉满拉量程，回零再压到满压量程。这样往返3次之后，可正式开始检验。

预先将千分表调零。按应变传感器满量程分5～7级，先计算每级量程对应的校正仪位移量作为一个步长(如标距为15 cm，量程3 000(压1 500 με，拉1 500 με))的应变计，全量程转换成校正仪的位移量为拉0.225 mm，压0.225 mm，分为6级，每级0.075 mm，从-0.225 mm开始)，摇动校正仪手柄，每拉(回)0.075 mm读一次电阻比，记入表内。重复三个循环，退0，结束检验，取下仪器，测量检验后自由状态下应变计的电阻比及电阻。

2.3 检验成果计算

各点总平均值计算公式如下：

(1)

式中：(Fu)i为上行第i挡测点电阻比测值的平均值；(Fd)i为下行第i挡测点电阻比测值的平均值。

各挡测点的理论值计算公式如下：

(2)

式中：i为测点序号(0, 1, …,n-1)；△F为量程上下限各自6次电阻比测值的平均值之差。

各测点电阻比测值的偏差计算公式如下：

δi=(Fa)i-(Ft)i

(3)

1)端基线性度误差α1计算：

(4)

式中：△1为取δi的最大值。

2)非线性度误差α2计算：

(5)

式中，△2为每一循环各测点上行及下行两个电阻比测值之间的差值取最大值。

3)不重复性误差α3计算：

(6)

式中，△3为三次循环中各测点上行及下行的各自三个电阻比测值之间的差值取最大值。

4)灵敏度系数误差计算。按式(7)计算传感器的灵敏度系数Gi。

(7)

式中：Li为每次拉压的长度，mm；Fi为每次拉压Li时的电阻比；F0为初始电阻比；n为拉压次数。

灵敏度系数误差αG计算：

(8)

式中，GT、Gi为分别为仪器厂家和用户检验的G值。

5)误差要求。检验的各项误差其绝对值应小于表1中的标准为合格。

表1 钢板应力计检验标准

3 主要仪器设备的安装埋设方法

3.1 加速度计的安装埋设

1)在塔筒内，将加速度与其他弱电电缆一起走至设计位置，注意电缆避免受强电干扰，必要时可穿管保护；

2)在风机吊装前后，对加速度进行量测，以判断仪器是否发生损坏；如发现损坏，及时更换。加速度计安装示意图见图2。

图2 加速度计安装示意图

3.2 静力水准仪的安装埋设

1)按施工图纸要求，在吊耳上焊接精力水准附件。

2)采用水准仪校验各附件顶面高程，高程误差小于5 mm。

3)连接仪器与连通管系统，从连通管末端注入溶液，排除管中所有气泡；待所有静力水准仪调试好后，应加保护装置[7]。静力水准仪安装示意图见图3。

图3 静力水准仪安装示意图

3.3 钢筋计的安装与埋设

1)按安装位置的钢筋选配等直径的钢筋计，将仪器两端的连接杆分别与钢筋焊接在一起，钢筋计与钢筋保持在同一轴线上。焊接过程中用读数仪监测钢筋计温度测值，仪器温度不得超过60℃，不得在焊缝处浇水，以免影响焊接质量。要求焊接强度不低于受力钢筋强度。

2)混凝土入仓应远离仪器，振捣时振捣器距离钢筋计不小于0.5 m，振捣器不可直接插在带钢筋计的钢筋上。

3)带钢筋计的钢筋绑扎后作明显标记，混凝土浇筑之前，加盖保护。

3.4 单项应变计的安装与埋设

1)按施工图纸要求采用固定支座确定应变计的埋设位置和方向。避免混凝土浇筑时发生位置和方向的改变。

2)仪器周围回填混凝土，剔除其中8 cm以上的大骨料，人工振捣密实。

3)振捣时振捣器距离仪器1.0 m左右，避免仪器被损坏。

4)埋没过程中进行现场维护，仪器埋好后，设置明显的标记，并留人看护。

5)控制好应变计组各支仪器的方位，角度误差不超过1°。

3.5 无应力计的安装与埋设

埋设前将小应变计固定在无应力计筒内的定位铅丝上，并使之对正筒中心，然后往筒内回填与被测部位相同的混凝土骨料，但剔除较大粒径的骨料，用人工振捣密实不要伤及仪器。无应力计桶大口向上。具体步骤如下。

1)用16号铅丝将1支无应力计固定于无应力计隔离筒内正中，将系牢无应力计的无应力计隔离筒用辅助钢筋架立在设计埋设点位，距相邻应变计组1.0 m。

2)当填筑料填至仪器埋设高程后，将系牢无应力计隔离筒的筒口朝上调整好筒体方向，使筒体中心轴垂直水平面。

3)用与应变计相同的混凝土由上口填入筒内，以人工捣实，注意不伤及仪器。随后将无应力计筒覆盖，振实时不得损坏无应力计。

4)无应力计埋设后，在仪器旁做好标记，加以保护，防止振坏或移位。

3.6 监测仪器设备防腐处理

1)监测仪器安装附属构件防腐。对于钢板应力计、倾角仪、加速度计等传感器安装所需的附属构件考虑在钢管桩制作、塔筒制作以及升压站钢结构制作过程中同步焊接制作，采用与主体结构相同防腐措施。

2)传感器防腐。对于传感器自身防腐主要是采用以下方式：①传感器本身材质为不锈钢，在安装完成后采用喷漆在仪器表面喷涂一层油漆以达到防腐效果；②将传感器固定在不锈钢制作的密封盒中，再将密封盒固定在仪器安装支座上，安装完毕后对紧固螺栓进行喷涂油漆进行防腐，对于存在缝隙的部位则采用聚胺树脂密封膏进行密封以达到防腐效果；③连接电缆防腐则采用海工电缆制作标准。

3)自动化数据采集设备防腐。对于布置在现场的自动化数据采集设备，均采用专业的密封箱，待设备安装完成后对于密封箱油漆脱落处及锚固螺栓均采用涂油漆进行防腐处理。

3.7 其他监测工作

3.7.1 桥架走线

升压站及风机的走线有严格的技术要求，走线力求规范、美观，以下是桥架走线施工方案。

1)首先需要结合施工图纸进行现场考察，根据仪器位置及终端位置根据实际桥架进行线路设计。

2)根据设计的线路预留相应长度的线缆准备布线。在电缆布线时应注意规范、整齐、美观，特别是在水平与垂直桥架交叉处跨线时更应注意。布线时一般需要4～5人，每个转角处均有1人，按设计路径布设完毕并规范绑扎。

3)另外需要特别注意线缆进出桥架或保护管的处理方法。一般地，当几十根上百根线缆进出桥架时在桥架上开孔会影响桥架的承载能力，一般直接进出桥架即可；但当只有个别线缆进出桥架时，需要专门进行处理：在桥架上用开孔器开孔(合金钻头)，然后用与孔径匹配的套头将波纹管与桥架连接。

3.7.2 潮间区监测仪器施工方法

潮间区域受海浪冲击较为严重。在此区域内的监测仪器不仅要考虑海水腐蚀的影响，还要考虑海浪冲击对仪器设备及电缆的影响。对承台以及承台以下监测仪器以及监测电缆重点保护，确保仪器成活率。

4 仪器安装埋设后的维护

监测仪器设备及其电缆的维护工作是监测工程的组成部分之一，维护工作的好坏、到位与否不仅直接影响到仪器设备的完好率，而且对仪器设备本身的观测精度造成较大影响。实际仪器埋设工程中，往往由于有些仪器或电缆损坏，使观测工作从此而中断，造成无法弥补的损失。针对本工程的具体特点，我们将从以下几方面做好该项工作。

1)严格落实仪器保护措施。必须按设计技术要求和监理人、采购人批准的仪器保护计划措施，在仪器、电缆安装埋设时，落实保护措施。

2)在仪器安装埋设部位周围做好醒目的标志牌，严禁碰撞或人行践踏。

3)建立定期巡查制度，如发现异常情况及时上报工程监理人、采购人，并及时进行修复。

4)在施工过程中，采取切实有效的措施，防止一切监测仪器设备、电缆受到机械和人为的损坏。如有损坏，及时报告监理人、采购人，并负责及时采取补救措施，同时作出详细记录备查。

5)保修期内保证施工图纸所示和监理人、采购人指定的全部仪器设备的应用性能，一旦失效自行更换。

5 结 语

以江苏竹根沙海上风电项目为例，对安全监测施工工艺及关键技术进行研究，主要结论如下。

1)本项目主要的监测设备主要包括：二向倾角仪、二向/三向加速度计、钢板应力计、精力水准仪等。通过现场率定的方法对钢板的力学性能进行测量，测出自由状态下应变计的电阻比及电阻，通过公式计算端基线性度、非线性度、不重复性、灵敏度系数，判断性能是否合格。

2)监测仪器安装附属构件防腐。对于钢板应力计、倾角仪、加速度计等传感器安装所需的附属构件考虑在钢管桩制作、塔筒制作以及升压站钢结构制作过程中同步焊接制作，采用与主体结构相同防腐措施。

3)潮间区域受海浪冲击较为严重。在此区域内的监测仪器不仅要考虑海水腐蚀的影响，还要考虑海浪冲击对仪器设备及电缆的影响。对承台以及承台以下监测仪器以及监测电缆重点保护，确保仪器成活率。