海上風電新型復合筒型基礎的監測系統

賈曉輝

摘要：本文以三峽新能源江蘇大豐300MW海上風電項目為參照工程實例，詳細介紹了海上風電新型基礎——復合筒基礎的監測系統，重點對復合筒型基礎監測儀器設備的率定以及安裝和埋設情況進行了描述，希望通過對復合筒基礎的監測系統的介紹，為國內同類型工程的施工和安裝提供參考依據，同時也利于新型復合筒基礎的推廣。

Abstract： This paper takes the Three Gorges New Energy Jiangsu Dafeng 300MW Offshore Wind Power Project as a reference project example， and introduces the new foundation of offshore wind power： the composite cylinder foundation monitoring system， focusing on the definition， installation and burying of composite tubular foundation monitoring equipment. It is hoped that through the introduction of the monitoring system of the composite cylinder foundation， it will provide reference for the construction and installation of the same type of engineering in China， and it will also facilitate the promotion of the new composite cylinder foundation.

關鍵詞：海上風電;新型基礎;復合筒型基礎;監測

Key words： offshore wind power;new foundation;composite tubular foundation;monitoring

中圖分類號：TU476 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0087-04

1 ?概述

三峽新能源江蘇大豐300MW海上風電項目由中國三峽（三峽新能源有限公司江浙公司）投資、中國電建（華東勘測設計研究院有限公司）設計、中國三峽（長江三峽技術經濟發展有限公司）監理、金風科技（新疆金風科技股份有限公司）供貨、一標段由中交三航局（中交三航局江蘇分公司）承建、二標段由江蘇道達（江蘇道達風電設備科技有限公司）承建。

本工程總裝機容量為300MW，共計73臺風電機組，布置54臺單機容量3.3MW、18臺單機容量6.45MW和1臺單機容量6.3MW（184型試驗機型）的金風風電機組，其中54臺3.3MW風電機組中43臺采用無過渡段式單樁基礎，11臺采用復合筒型基礎;18臺6.45MW風電機組中16臺采用無過渡段式單樁基礎，2臺采用復合筒型基礎;1臺6.3MW風電機組采用無過渡段式單樁基礎。除此之外，風電場還配套設置一座100m高自立式海上測風塔、一座220kV海上升壓站和一座220kV陸上集控中心。

本文主要介紹海上風電新型基礎——復合筒型基礎的監測系統。監測系統主要工作內容包括：①監測儀器設備的采購、檢驗和率定;②監測儀器設備的安裝和埋設;③監測儀器設備的觀測和維護;④監測資料整編、初步分析和評價;⑤為完成監測工作所進行協調、配合等。具體內容為：復合筒型基礎施工期基礎施工安全監測;運輸安裝期拖航、下沉安全監測;風機運行期水平度、振動、應力應變、筒-土相互作用監測等。

2 ?監測儀器設備的采購、檢驗和率定

2.1 復合筒型基礎監測系統采購的儀器設備

①混凝土應變計;②鋼筋計;③土壓力計;④孔隙水壓力計;⑤混凝土應變計電纜;⑥鋼筋計電纜;⑦土壓力計電纜;⑧孔隙水壓力計電纜;⑨測控單元;⑩三向加速度計; {11}加速度計電纜;{12}雙向傾角儀;{13}傾角儀電纜;{14}加速度計采集單元;{15}智能式采集單元;{16}電纜保護管;{17}通信電纜;{18}供電電纜。

2.2 監測儀器設備的檢驗

嚴格依照相關規范標準檢驗儀器和設備。針對無法檢驗的設備及儀器，應委托其他具備相關資質的單位進行檢驗，可要求其委托單位提供檢驗儀器、設備的有關合格證、性能參數等資料。

2.3 監測儀器設備的率定（傳感器的簡易校準標定）

2.3.1 加速度傳感器的校準標定方法

①靈敏度參數檢定。

1）標定設備：

信號發生器1臺，功率放大器1臺，振動標定臺1臺，信號測試分析系統1臺，PC計算機一臺，數據采集分析軟件1臺，標準傳感器一臺，溫濕度計1臺。

2）步驟：

做好標定前的準備工作，檢查線路和設備可靠性，檢驗設備檢查是否在檢定有效期內。

標準傳感器和被測傳感器采用背靠背的方式擰緊在振動臺上根據指標要求調整信號發生器的頻率和量值，開啟振動臺，此時數據采集軟件記錄下標準傳感器和被測傳感器輸出值，并通過計算得出被測傳感器靈敏度S被

S被=（U被*S標）/U標

多次測量取平均值。

②頻率響應參數檢定。

1）標定設備：

掃頻信號振動臺1臺，信號測試分析系統1臺，PC計算機一臺，數據采集分析軟件1臺，溫濕度計1臺。

2）步驟：

做好標定前的準備工作，檢查線路和設備可靠性，檢驗設備檢查是否在檢定有效期內。

把被測傳感器安裝在標定設備上，并連接好數據采集軟件，設置掃頻參數，開始后記錄數據并進行比對，直接出掃頻信號圖，記錄即可。

2.3.2 傾角傳感器精度校準檢測步驟

①標定設備：

高精度轉子臺1臺，信號測試分析系統1臺，PC計算機一臺，數據采集分析軟件1臺，溫濕度計1臺。

②步驟：

做好標定前的準備工作，檢查線路和設備可靠性，檢驗設備檢查是否在檢定有效期內。

以理論輸出為零度位置安裝在高精度轉臺上，調整轉臺，使傾角傳感器輸出值為零度，此時將轉臺上顯示的角度值清零。在傾角傳感器的測量范圍內，選取至少五個測量點，并分別記錄傾角傳感器在測試點的讀數。在所有測試點中，由小角度（或負角度）向大角度（或正角度）依次測量，為正行程，反之則為反行程，每個傳感器測量一個正行程或反行程，所有測試點中，誤差絕對值最大者定為準確度。

引用標準：GB/T 7665-2005 1.判定標準實驗時被測件能夠滿足規定的要求（測試結果小于等于規定值），沒有錯誤動作及損壞。

2.3.3 弦式傳感器精度的校準檢測步驟

①標定設備：

YJY-600A壓力表校驗器一臺，弦式數據采集分析儀器一套，PC一臺，弦式傳感器安裝夾具一套，溫濕度計1臺。

②步驟：

1）做好標定前的準備工作，檢查線路和設備可靠性，檢驗設備檢查是否在檢定有效期內。

2）將弦式傳感器用專用夾具固定在壓力表校驗臺上，分三級加載。

3）在記錄表中填好日期、儀器名稱、儀器編號、檢驗人名。按照溫濕度計顯示的測試工況，準確記錄三級加載數據。

3 ?監測儀器設備的安裝和埋設

復合筒型基礎風機監測系統包括基礎傾角監測、基礎應力應變監測、振動監測、基礎筒體土壓力、孔隙水壓力監測。

①基礎水平度監測：在風機基礎頂面和塔筒底法蘭處各設置2臺雙向傾角儀，對基礎和底法蘭傾斜率進行監測。

②風機塔筒、機頭振動監測：選取不同高程，分別在塔筒與復合筒型基礎過渡段布置振動加速度傳感器共8臺。

③基礎頂蓋、過渡段應力應變監測：選取筒型基礎一根主梁和過渡段的三個高程，布置振弦式鋼筋計和混凝土應變計，鋼筋計與混凝土應變計相鄰布置，共15支鋼筋計和15支混凝土應變計。

④基礎筒體土壓力、孔隙水壓力監測：選取筒型基礎筒體頂部、裙板和分艙板，布置12支土壓力計和12支孔隙水壓力計，土壓力計和孔隙水壓力計相鄰布置。

監測設備埋設要求：

3.1 鋼筋計

鋼筋計最好焊接在同一直徑的受力鋼筋，且盡量保證在同一軸線上，受力鋼筋的綁扎接頭應距儀器1.5m以上。

焊接過程中及完成后，為保證儀器溫度低于60℃，應在儀器部位澆水冷卻，但禁止在焊縫處澆水。

澆注混凝土時安排專人到現場，正式開始澆注前先認真測度，讀三次，取其平均值，既是初讀數，也是基準值。

3.2 孔隙水壓力計

在埋設孔隙水壓力計前，需先進行室內檢驗，待符合標準后才能投入使用;為避免生銹，取下儀器端部的透水石，在鋼膜片上涂一層黃油或凡士林。

3.3 混凝土應變計

依照相關規范標準進行操作，先測量放樣，合理布置應變計的埋設位置，然后利用預埋錨桿固定支座位置和方向。埋設儀器的角度誤差應在規定范圍內。

注意周圍的回填填筑，將土中5cm以上的大骨料剔除，人工振搗密實。埋設前設置無底保護木箱，同時保證儀器的正確位置和方向，定期檢查，若發現異常應及時采取有效措施。下料時距儀器1.5m以上。

埋沒期間應做好現場維護工作，埋設點5m半徑范圍內禁止非工作人員出入。埋好儀器后，設置明顯標記，且安排專人看護。

3.4 傾角儀/加速度計

根據設計圖紙測量定位測點位置。

將傾角儀基座焊接在樁體上或者用水泥砂漿固定在平臺上。

基座冷卻至常溫后，將傾角儀安裝在基座上，同時調整一組定位銷的方位與待測方向一致，方位角精度為±3°。

根據設計電纜走向及現場實際情況，焊接電纜保護鋼管。

電纜保護鋼管冷卻至常溫后，將儀器電纜牽引至設計位置。

檢查儀器及電纜完好后，將鋼板焊接在易損壞的部位周圍，以加強保護。

安裝結束后，應及時觀測傾角儀穩定的初始讀數，作為觀測基準值。

3.5 土壓力計

根據施工進度，確定埋設安裝方法。首先要在樁體上放樣定點，焊接上土壓力計的掛耳。

掛耳焊接定位后，應冷卻至常溫，然后安裝土壓力計。

將半錐形鋼板焊接在土壓力計周圍以保護儀器。

3.6 電纜

3.6.1 一般要求

應嚴格依照相關規范標準進行電纜走線敷設盡量減少電纜接頭。

在混凝土中電纜可直接澆筑在混凝土中，需采取切實可靠的保護措施，一股電纜不能超過4根。

電纜敷設期間為避免浸水或受潮，應保護好電纜頭和編號;做好電纜和儀器的各項檢測工作，并記錄在案。

3.6.2 橡膠電纜的連接

采用硫化接頭方式或熱縮接頭方式連接橡膠電纜，具體要求如下：

結合實際情況合理準備儀器的加長電纜;

依照要求剝制電纜頭;

連接時，應保護各芯線長度一致，采用錫和松香焊接;

接頭硫化時應合理控制溫度，硫化器預熱至100℃后再放入接頭，升溫到155～160℃，保持十五分鐘之后關閉電源，自然冷卻到80℃后脫模;

把1.5個大氣壓的空氣通入電纜，歷時15分鐘接頭應不漏氣，在耐水壓參數規定的水壓環境下中的絕緣電阻應大于100MΩ;

應搪錫電纜測量端芯線，同時用石蠟密封。

3.6.3 屏蔽電纜的連接

可采用常溫密封接頭或熱縮接頭方式連接塑料電纜，具體要求如下：

結合實際情況合理準備儀器的加長電纜;

嚴格依照相關規范標準剝開電纜頭保護層和絕緣層;

電纜連接前，將密封電纜膠的模具預先套入電纜的兩端頭，模具頭、管套入一頭，蓋套入另一頭;

做好電纜的絕緣措施;

將達標膠混合攪勻后，均勻地從模口上部倒入，待滿后，將模口上部蓋上蓋子;

檢查各項參數是否處于規定位置;

24h后，用萬用表通電檢測，若各項檢測結果均無異常可埋設電纜。

3.6.4 熱縮接頭具體要求

按表1所示，將芯線剪成長度不等的線段，電纜頭外皮剪除80mm。要求儀器上的電纜頭也按相同顏色的對應長度剪短，連接各芯線之后，結點錯開，長度一致。

將熱縮管套入電纜的一端，按要求焊接好電纜后，芯線用？準5～？準7mm的熱縮管，加溫熱縮，用熱風槍從中部向兩端均勻地加熱，使熱縮管均勻地收縮，管內不留空氣，熱縮管緊密地與芯線結合。在熱縮管與電纜外皮搭緊段纏上熱熔膠，將預先套在電纜上的？準18～？準20mm熱縮管移至接頭部位，再加溫熱縮外套。

3.6.5 電纜的保護

電纜連接后，為避免潮氣滲入，在電纜接頭處涂環氧樹脂或浸入蠟。

保證電纜的干燥和清潔，禁止各類異物留在電纜上。

電纜在牽引過程中，要嚴防焊接時焊接渣燒壞電纜。

電纜保護管內應保證有25%的冗余空間;多根管線并排牽引時，管線間應平行布置。

4 ?監測儀器設備的觀測和維護

監測儀器設備的觀測和維護主要包括：

①孔隙水壓力監測：在施工期、運行期每天采集1次。

②振動監測：儀器埋設安裝完成、驗收合格并且風機調試完畢后，即可進行首次測讀獲得初值。

③傾斜、應力、應變監測：在施工期、運行期每天采集1次。

④巡視檢查要求。

5 ?為完成監測工作所進行協調、配合

5.1 技術培訓及相關技術服務

需對現場運行維護人員進行涉及到的監測儀器的測讀、維護、故障診斷、故障排除、信息系統使用等所有要點的培訓。培訓的內容包括（但不限于）：

①現場安裝前的培訓。現場安裝前，承包單位培訓主要是讓現場運行維護人員全面系統地了解和掌握監測儀器、系統的設計原理、操作和維護、故障診斷和故障排除等。

②現場培訓。現場安裝調試階段應注重于讓將來的監測及自動化系統的運行維護人員參于現場實際工作，積累實際經驗，以便了解和掌握本系統的構成及安裝調試和使用維護要點。

③安裝后的培訓。若原監測系統運行管理人員更換或自動化設備與系統升級，應及時培訓新的運行維護人員，以保證工程安全監測自動化系統建設運行管理的連續性。

5.2 相關技術服務工作

包括組織的技術交底、現場周/月度例會、參建各方協調會、質量監督檢查、驗收等各項會議，并做好現場的監測標相關的技術服務工作。

6 ?總結

本文介紹了海上風電新型基礎——復合筒基礎的監測系統，重點對復合筒型基礎監測儀器設備的率定以及安裝和埋設情況進行了描述，既有利于基礎制作過程中的正確使用和安裝，又有利于風機運行過程中的平穩安全和后期維護。復合筒型基礎的應用當前還處于初步階段，相關實驗研究十分有必要，如此才能使復合筒型基礎監測系統更加成熟合理，也能使復合筒型基礎得以推廣。

參考文獻：

[1]丁紅巖，石建超，張浦陽，黃旭.風電機組浮態對風機運輸浮運的影響分析[J].天津大學學報（自然學與工程技術版），2016，10.

[2]李阿剛，孫軍哲，楊健.粘土心墻堆石壩監測儀器電纜敷設[J].內蒙古水利，2018（09）：38-39.

[3]李俊義.積石峽水電站原型觀測施工工藝[J].科技信息，2008（29）：358-359，422.