贾晓辉

摘要：本文以三峡新能源江苏大丰300MW海上风电项目为参照工程实例，详细介绍了海上风电新型基础——复合筒基础的监测系统，重点对复合筒型基础监测仪器设备的率定以及安装和埋设情况进行了描述，希望通过对复合筒基础的监测系统的介绍，为国内同类型工程的施工和安装提供参考依据，同时也利于新型复合筒基础的推广。

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.

关键词：海上风电;新型基础;复合筒型基础;监测

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

中图分类号：TU476                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）14-0087-04

1  概述

三峡新能源江苏大丰300MW海上风电项目由中国三峡（三峡新能源有限公司江浙公司）投资、中国电建（华东勘测设计研究院有限公司）设计、中国三峡（长江三峡技术经济发展有限公司）监理、金风科技（新疆金风科技股份有限公司）供货、一标段由中交三航局（中交三航局江苏分公司）承建、二标段由江苏道达（江苏道达风电设备科技有限公司）承建。

本工程总装机容量为300MW，共计73台风电机组，布置54台单机容量3.3MW、18台单机容量6.45MW和1台单机容量6.3MW（184型试验机型）的金风风电机组，其中54台3.3MW风电机组中43台采用无过渡段式单桩基础，11台采用复合筒型基础;18台6.45MW风电机组中16台采用无过渡段式单桩基础，2台采用复合筒型基础;1台6.3MW风电机组采用无过渡段式单桩基础。除此之外，风电场还配套设置一座100m高自立式海上测风塔、一座220kV海上升压站和一座220kV陆上集控中心。

本文主要介绍海上风电新型基础——复合筒型基础的监测系统。监测系统主要工作内容包括：①监测仪器设备的采购、检验和率定;②监测仪器设备的安装和埋设;③监测仪器设备的观测和维护;④监测资料整编、初步分析和评价;⑤为完成监测工作所进行协调、配合等。具体内容为：复合筒型基础施工期基础施工安全监测;运输安装期拖航、下沉安全监测;风机运行期水平度、振动、应力应变、筒-土相互作用监测等。

2  监测仪器设备的采购、检验和率定

2.1 复合筒型基础监测系统采购的仪器设备

①混凝土应变计;②钢筋计;③土压力计;④孔隙水压力计;⑤混凝土应变计电缆;⑥钢筋计电缆;⑦土压力计电缆;⑧孔隙水压力计电缆;⑨测控单元;⑩三向加速度计; {11}加速度计电缆;{12}双向倾角仪;{13}倾角仪电缆;{14}加速度计采集单元;{15}智能式采集单元;{16}电缆保护管;{17}通信电缆;{18}供电电缆。

2.2 监测仪器设备的检验

严格依照相关规范标准检验仪器和设备。针对无法检验的设备及仪器，应委托其他具备相关资质的单位进行检验，可要求其委托单位提供检验仪器、设备的有关合格证、性能参数等资料。

2.3 监测仪器设备的率定（传感器的简易校准标定）

2.3.1 加速度传感器的校准标定方法

①灵敏度参数检定。

1）标定设备：

信号发生器1台，功率放大器1台，振动标定台1台，信号测试分析系统1台，PC計算机一台，数据采集分析软件1台，标准传感器一台，温湿度计1台。

2）步骤：

做好标定前的准备工作，检查线路和设备可靠性，检验设备检查是否在检定有效期内。

标准传感器和被测传感器采用背靠背的方式拧紧在振动台上根据指标要求调整信号发生器的频率和量值，开启振动台，此时数据采集软件记录下标准传感器和被测传感器输出值，并通过计算得出被测传感器灵敏度S被

S被=（U被*S标）/U标

多次测量取平均值。

②频率响应参数检定。

1）标定设备：

扫频信号振动台1台，信号测试分析系统1台，PC计算机一台，数据采集分析软件1台，温湿度计1台。

2）步骤：

做好标定前的准备工作，检查线路和设备可靠性，检验设备检查是否在检定有效期内。

把被测传感器安装在标定设备上，并连接好数据采集软件，设置扫频参数，开始后记录数据并进行比对，直接出扫频信号图，记录即可。

2.3.2 倾角传感器精度校准检测步骤

①标定设备：

高精度转子台1台，信号测试分析系统1台，PC计算机一台，数据采集分析软件1台，温湿度计1台。

②步骤：

做好标定前的准备工作，检查线路和设备可靠性，检验设备检查是否在检定有效期内。

以理论输出为零度位置安装在高精度转台上，调整转台，使倾角传感器输出值为零度，此时将转台上显示的角度值清零。在倾角传感器的测量范围内，选取至少五个测量点，并分别记录倾角传感器在测试点的读数。在所有测试点中，由小角度（或负角度）向大角度（或正角度）依次测量，为正行程，反之则为反行程，每个传感器测量一个正行程或反行程，所有测试点中，误差绝对值最大者定为准确度。

引用标准：GB/T 7665-2005 1.判定标准实验时被测件能够满足规定的要求（测试结果小于等于规定值），没有错误动作及损坏。

2.3.3 弦式传感器精度的校准检测步驟

①标定设备：

YJY-600A压力表校验器一台，弦式数据采集分析仪器一套，PC一台，弦式传感器安装夹具一套，温湿度计1台。

②步骤：

1）做好标定前的准备工作，检查线路和设备可靠性，检验设备检查是否在检定有效期内。

2）将弦式传感器用专用夹具固定在压力表校验台上，分三级加载。

3）在记录表中填好日期、仪器名称、仪器编号、检验人名。按照温湿度计显示的测试工况，准确记录三级加载数据。

3  监测仪器设备的安装和埋设

复合筒型基础风机监测系统包括基础倾角监测、基础应力应变监测、振动监测、基础筒体土压力、孔隙水压力监测。

①基础水平度监测：在风机基础顶面和塔筒底法兰处各设置2台双向倾角仪，对基础和底法兰倾斜率进行监测。

②风机塔筒、机头振动监测：选取不同高程，分别在塔筒与复合筒型基础过渡段布置振动加速度传感器共8台。

③基础顶盖、过渡段应力应变监测：选取筒型基础一根主梁和过渡段的三个高程，布置振弦式钢筋计和混凝土应变计，钢筋计与混凝土应变计相邻布置，共15支钢筋计和15支混凝土应变计。

④基础筒体土压力、孔隙水压力监测：选取筒型基础筒体顶部、裙板和分舱板，布置12支土压力计和12支孔隙水压力计，土压力计和孔隙水压力计相邻布置。

监测设备埋设要求：

3.1 钢筋计

钢筋计最好焊接在同一直径的受力钢筋，且尽量保证在同一轴线上，受力钢筋的绑扎接头应距仪器1.5m以上。

焊接过程中及完成后，为保证仪器温度低于60℃，应在仪器部位浇水冷却，但禁止在焊缝处浇水。

浇注混凝土时安排专人到现场，正式开始浇注前先认真测度，读三次，取其平均值，既是初读数，也是基准值。

3.2 孔隙水压力计

在埋设孔隙水压力计前，需先进行室内检验，待符合标准后才能投入使用;为避免生锈，取下仪器端部的透水石，在钢膜片上涂一层黄油或凡士林。

3.3 混凝土应变计

依照相关规范标准进行操作，先测量放样，合理布置应变计的埋设位置，然后利用预埋锚杆固定支座位置和方向。埋设仪器的角度误差应在规定范围内。

注意周围的回填填筑，将土中5cm以上的大骨料剔除，人工振捣密实。埋设前设置无底保护木箱，同时保证仪器的正确位置和方向，定期检查，若发现异常应及时采取有效措施。下料时距仪器1.5m以上。

埋没期间应做好现场维护工作，埋设点5m半径范围内禁止非工作人员出入。埋好仪器后，设置明显标记，且安排专人看护。

3.4 倾角仪/加速度计

根据设计图纸测量定位测点位置。

将倾角仪基座焊接在桩体上或者用水泥砂浆固定在平台上。

基座冷却至常温后，将倾角仪安装在基座上，同时调整一组定位销的方位与待测方向一致，方位角精度为±3°。

根据设计电缆走向及现场实际情况，焊接电缆保护钢管。

电缆保护钢管冷却至常温后，将仪器电缆牵引至设计位置。

检查仪器及电缆完好后，将钢板焊接在易损坏的部位周围，以加强保护。

安装结束后，应及时观测倾角仪稳定的初始读数，作为观测基准值。

3.5 土压力计

根据施工进度，确定埋设安装方法。首先要在桩体上放样定点，焊接上土压力计的挂耳。

挂耳焊接定位后，应冷却至常温，然后安装土压力计。

将半锥形钢板焊接在土压力计周围以保护仪器。

3.6 电缆

3.6.1 一般要求

应严格依照相关规范标准进行电缆走线敷设尽量减少电缆接头。

在混凝土中电缆可直接浇筑在混凝土中，需采取切实可靠的保护措施，一股电缆不能超过4根。

电缆敷设期间为避免浸水或受潮，应保护好电缆头和编号;做好电缆和仪器的各项检测工作，并记录在案。

3.6.2 橡胶电缆的连接

采用硫化接头方式或热缩接头方式连接橡胶电缆，具体要求如下：

结合实际情况合理准备仪器的加长电缆;

依照要求剥制电缆头;

连接时，应保护各芯线长度一致，采用锡和松香焊接;

接头硫化时应合理控制温度，硫化器预热至100℃后再放入接头，升温到155～160℃，保持十五分钟之后关闭电源，自然冷却到80℃后脱模;

把1.5个大气压的空气通入电缆，历时15分钟接头应不漏气，在耐水压参数规定的水压环境下中的绝缘電阻应大于100MΩ;

应搪锡电缆测量端芯线，同时用石蜡密封。

3.6.3 屏蔽电缆的连接

可采用常温密封接头或热缩接头方式连接塑料电缆，具体要求如下：

结合实际情况合理准备仪器的加长电缆;

严格依照相关规范标准剥开电缆头保护层和绝缘层;

电缆连接前，将密封电缆胶的模具预先套入电缆的两端头，模具头、管套入一头，盖套入另一头;

做好电缆的绝缘措施;

将达标胶混合搅匀后，均匀地从模口上部倒入，待满后，将模口上部盖上盖子;

检查各项参数是否处于规定位置;

24h后，用万用表通电检测，若各项检测结果均无异常可埋设电缆。

3.6.4 热缩接头具体要求

按表1所示，将芯线剪成长度不等的线段，电缆头外皮剪除80mm。要求仪器上的电缆头也按相同颜色的对应长度剪短，连接各芯线之后，结点错开，长度一致。

将热缩管套入电缆的一端，按要求焊接好电缆后，芯线用？准5～？准7mm的热缩管，加温热缩，用热风枪从中部向两端均匀地加热，使热缩管均匀地收缩，管内不留空气，热缩管紧密地与芯线结合。在热缩管与电缆外皮搭紧段缠上热熔胶，将预先套在电缆上的？准18～？准20mm热缩管移至接头部位，再加温热缩外套。

3.6.5 电缆的保护

电缆连接后，为避免潮气渗入，在电缆接头处涂环氧树脂或浸入蜡。

保证电缆的干燥和清洁，禁止各类异物留在电缆上。

电缆在牵引过程中，要严防焊接时焊接渣烧坏电缆。

电缆保护管内应保证有25%的冗余空间;多根管线并排牵引时，管线间应平行布置。

4  监测仪器设备的观测和维护

监测仪器设备的观测和维护主要包括：

①孔隙水压力监测：在施工期、运行期每天采集1次。

②振动监测：仪器埋设安装完成、验收合格并且风机调试完毕后，即可进行首次测读获得初值。

③倾斜、应力、应变监测：在施工期、运行期每天采集1次。

④巡视检查要求。

5  为完成监测工作所进行协调、配合

5.1 技术培训及相关技术服务

需对现场运行维护人员进行涉及到的监测仪器的测读、维护、故障诊断、故障排除、信息系统使用等所有要点的培训。培训的内容包括（但不限于）：

①现场安装前的培训。现场安装前，承包单位培训主要是让现场运行维护人员全面系统地了解和掌握监测仪器、系统的设计原理、操作和维护、故障诊断和故障排除等。

②现场培训。现场安装调试阶段应注重于让将来的监测及自动化系统的运行维护人员参于现场实际工作，积累实际经验，以便了解和掌握本系统的构成及安装调试和使用维护要点。

③安装后的培训。若原监测系统运行管理人员更换或自动化设备与系统升级，应及时培训新的运行维护人员，以保证工程安全监测自动化系统建设运行管理的连续性。

5.2 相关技术服务工作

包括组织的技术交底、现场周/月度例会、参建各方协调会、质量监督检查、验收等各项会议，并做好现场的监测标相关的技术服务工作。

6  总结

本文介绍了海上风电新型基础——复合筒基础的监测系统，重点对复合筒型基础监测仪器设备的率定以及安装和埋设情况进行了描述，既有利于基础制作过程中的正确使用和安装，又有利于风机运行过程中的平稳安全和后期维护。复合筒型基础的应用当前还处于初步阶段，相关实验研究十分有必要，如此才能使复合筒型基础监测系统更加成熟合理，也能使复合筒型基础得以推广。

参考文献：

[1]丁红岩，石建超，张浦阳，黄旭.风电机组浮态对风机运输浮运的影响分析[J].天津大学学报（自然学与工程技术版），2016，10.

[2]李阿刚，孙军哲，杨健.粘土心墙堆石坝监测仪器电缆敷设[J].内蒙古水利，2018（09）：38-39.

[3]李俊义.积石峡水电站原型观测施工工艺[J].科技信息，2008（29）：358-359，422.