海上風電升壓站平臺安裝方法及技術研究

陳志遠 米振寶

摘要：我國為了深入推進能源改革，海上風電作為電力能源行業的新寵，受到了各方關注。其中，海上風電升壓站平臺建設充分利用了電力工程和海洋工程的特點，對傳統的電力設備安裝方法提出了新的挑戰，為了保證電力設備在海上的高質量安全運行，要克服潮濕、易腐蝕、振動大等不利因素。現根據海上風電升壓站平臺布置形式，介紹了海上風電升壓站平臺設備的安裝方法，探索并應用了新的電力設備安裝技術，對于海上風電升壓站平臺設備的安裝和調試具有指導意義。

關鍵詞：海上風電;升壓站平臺;電力設備安裝

1 海上風電升壓站平臺布置形式

我國東部海域風能資源豐富，在淺海地區建立風力發電廠，是充分利用自然清潔能源的重要體現形式。海上風電充分利用了海洋風能作為動力能源，將風能轉換為電能，并通過海纜將電能輸送到陸地電網中，最終并入電網運行。

海上風電升壓站平臺是將風電機組發出的電能通過集電線路進行匯集、升壓，并將電能輸送到陸地電網的模塊裝置，它既是海上風電場的控制中心，又是海上風電場的應急避難場所。

目前升壓站平臺多采用鋼結構形式布置，平臺通過4根導管架固定到樁基上，利用海上工作平臺的建造經驗，將電力設備分層布置在平臺上部。平臺在布置方式上除了需考慮設備運行需求外，還要兼顧安全性和應急疏散能力，普遍采用4層甲板、3層布置的方式，采用無人值守的運檢方式，因此不用考慮布置運檢人員的長期生活設施。在平臺最下面一層布置事故油罐、污水處理間和會議室等，這層也作為電纜層，35 kV和220 kV海纜通過J型管穿過本層甲板，然后采用橋架方式敷設電纜;平臺第二層為大型設備層，布置有變壓器、GIS設備、高壓盤柜、電抗器等高壓設備;平臺第三層為保護控制設備和附屬設備層，布置有控制及保護屏、低壓盤柜、直流設備、柴油發電機、暖通消防等附屬設備;平臺屋頂甲板布置有避雷針、吊機、設備檢修孔、通信天線設備、直升機懸停區域和氣象站設備等，在布置形式上滿足疏散和救援需求。

在設備選型上，升壓站平臺在滿足容量需求的同時，要減小平臺的自重和體積，在滿足造價要求的情況下，選用體積小、集成度高的模塊化設備，同時要優化設備布局，保持平臺重心平衡。

2 海上風電升壓站平臺設備安裝方法

相對于陸上升壓站而言，海上風電升壓站平臺設備的安裝和運行都處于潮濕、易腐蝕、振動大等環境中，這些環境因素也是造成電力設備運行過程中容易出現事故的因素，對設備的安全、運行極為不利。為了克服不利的環境因素，需要對傳統的設備安裝方法進行研究和改進。以鐵構件焊接為例，陸上電力設備的安裝焊接滿足搭接面3面焊接即可，但在海洋環境中，需要考慮潮濕空氣對橋架鐵構件的腐蝕，因此在鐵鉤件焊接時需要將搭接面的縫隙全部滿焊，為了保證焊接的密封性，采用氣體保護焊方式，可以避免潮濕空氣進入搭接面內部，減少腐蝕;在盤柜基礎型鋼焊接時，同樣要考慮潮濕空氣對槽鋼內層的腐蝕影響，在焊接時需要將槽鋼與鋼平臺結構接觸縫全部焊滿，且對槽鋼兩端開口進行封堵，全部焊接。平臺防腐刷漆要求：室外的電纜橋架及支吊架需涂80 μm環氧富鋅底漆，涂刷高固態環氧漆2道，總厚度300 μm，再涂刷聚氨酯面漆80 μm;室內支吊架及盤柜底座需涂80 μm環氧富鋅底漆，涂刷高固態環氧漆2道，總厚度200 μm，再涂刷聚氨酯面漆80 μm。

海上風電升壓站平臺在陸上建造完成后，需要用大型船舶將平臺整體運至安裝海域，在海上運輸過程中必然有晃動、振動的產生，為了及時檢測振動值和平臺晃動傾斜情況，在出海前需要對變壓器、GIS等對振動敏感的設備加裝振動檢測裝置，定量分析振動大小，從而根據技術規范判斷振動對設備內部產生的影響。目前比較簡單的方法是應用單體沖撞記錄儀檢測設備振動情況，可以定量記錄三維方向上振動值的大小，但是無法實時在線監測，只有達到終點后將沖撞記錄儀打開，才能對運輸全程的振動狀況有所了解。為了克服這一問題，項目人員組成研究小組，對沖撞記錄儀加裝了數字輸出模塊和GPS定位模塊，這樣就能及時輸出振動值及振動發生的時間、地點，通過數據曲線走勢，及時調整運輸船舶的行進參數，為設備的安全運輸提供保障。

在電纜型號選擇方面，首先采用船用柔性電纜，該類型電纜具有耐腐蝕、防水性好、曲折度高等優點，在海上平臺中得到了廣泛應用。但是，該電纜在施工和電纜終端制作方法上與常用的硬質電纜有很大區別。在電纜敷設時，要避免其曲折度高，造成電纜劃傷等現象;在電纜綁扎整理時，相對于硬質電纜較復雜一些，綁扎前要先順直，否則就會出現蛇形走向，影響電纜的整體美觀度。在電纜終端制作時，要采用傳統的鍍錫工藝，避免在壓接時造成芯線松散和脫股。35 kV電纜采用柔性獨芯電纜，電纜終端采用內錐插拔式連接，這樣可以減小盤柜電纜室體積，以免導體裸露在自然環境中，兼顧了電纜的防潮防腐性能。

為了充分利用海洋風能，減少電力損耗，在變壓器設置上采用散熱器分體布置的形式，將散熱器布置在變壓室外，可以充分利用海洋風帶走變壓器熱量，達到散熱目的，較常規布置方式而言，減少了散熱風機的電力損耗。

3 新技術探索與應用

在海上風電升壓站平臺項目策劃和實施過程中，應充分利用海洋工程和電力工程特點，在保證電力設備安全的前提下，積極研究和探索新技術，為設備的安全運行提供保障。

在防火封堵方面，電纜選用模塊化封堵方式代替傳統的無機堵料澆筑方式，傳統的無機堵料澆筑方式給設備維修更新帶來很多麻煩。而模塊化封堵方式很好地解決了上述問題，具有設計方便、應用靈活、便于安裝、易于拆卸、嚴密性好、耐壓、抗振等優點，但是模塊化封堵需要在電纜敷設前對電纜型號和敷設通道進行詳細規劃，明確每根電纜的具體路徑。

采用模塊化封堵方式的主要部件為穿艙框架、封堵模塊、隔層板和壓緊件。穿艙框架為封堵模塊提供安裝空間和支撐臺，應在電纜敷設前焊接完成，為保證封堵效果，穿艙框架與平臺甲板或艙板間縫隙應采用滿焊的方式，以達到隔絕火焰的目的。在電纜經過穿艙框架時應預留裕量，以滿足模塊安裝要求。

電纜敷設完成后，根據電纜外徑選擇適配電纜直徑的模塊，每個模塊由兩個半塊模塊組成，安裝時將模塊內芯去掉，根據電纜外徑剝掉合適的內層數，并將模塊內外涂抹潤滑油，要求兩個半模塊層數不能相差一層以上，放入電纜后兩個半模塊之間要有0.1～1.0 mm間隙。當一層模塊安裝完成后，兩層模塊之間要安裝一個隔層板;框架內預留部分嚴格按圖紙安裝匹配預留模塊。最后放入壓緊件，交替擰緊螺絲，直到擰不動為止。

模塊防火封堵各部件如圖1所示。電纜模塊化防火封堵安裝效果如圖2所示。

緊固件及其安裝方法如圖3所示。

4 結語

海上風電作為新興行業，海上風電升壓站平臺的建造應充分結合電力工程和海洋工程的特點，克服潮濕、易腐蝕、振動大等不利因素，才能保證平臺設備的安全運行。本文對海上風電升壓站平臺設備安裝方法及技術進行了介紹與分析，可以為同類項目建設提供技術支撐。

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收稿日期：2020-07-15

作者簡介：陳志遠（1985—），男，河北衡水人，工程師，研究方向：電力設備安裝技術。

米振寶（1993—），男，河北衡水人，助理工程師，研究方向：電力設備安裝技術。