王 浩，刘春磊，王 毅，吴 军

1.中国石油集团海洋工程有限公司，山东青岛 266555

2.浙江华东工程安全技术有限公司，浙江杭州 311100

海洋风电作为一种可再生的清洁能源，已成为世界各国能源发展的重要方向，我国也将其划入战略性新兴产业的重要组成部分，大规模地加速推动海上风电开发。我国东南沿海具有海洋风电开发的优势，但由于该地区自然条件复杂，海上建造风险高，海上风电配套产业服务体系、技术标准、规范流程等尚不健全，因此这也构成该地区风电发展的劣势。特别是海洋风电平台，其投资较大，安全性问题显得尤为重大，因此加强海洋风电平台安全监测系统的应用研究，不断完善功能设计，明确技术要求，规范施工流程，对于保证海洋风电开发的安全及形成风电建造标准具有重要意义。

华能江苏大丰海上风电项目位于江苏省盐城市大丰区海域的毛竹沙，总装机容量为400 MW，一期容量300 MW，配套设置1座220 kV海上升压站、1座陆上开关站、68台风机，该风电项目平台是我国目前最大的海洋风电平台，其海上升压站安全监测系统也是国内目前最复杂的、保障系数要求最高的系统。因此，开展该项目安全监测系统的监测应用研究具有较强的代表性。

1 安全监测系统的监测设计

华能大丰海上风电项目的升压站安全监测主要设置倾斜监测、振动监测、腐蚀监测、应力应变监测、沉降监测。监测系统柜放置在升压站三层通讯继保室，海上升压站及风机的监测信号均进入系统柜，再统一传输至陆上控制室[1-3]。该安全监测系统的各项监测位置的布置如图1所示。

（1）倾斜监测。在升压站的4个主立柱下部、主立柱上部各设置1套二向动态倾角仪（水平x、y向）。

（2）振动监测。在升压站的4个主立柱下部、主立柱中部、主立柱上部各设置1套三向加速度计。

图1 海上升压站监测设备布置示意

（3）腐蚀监测。在升压站导管架的1个导管上布置3个腐蚀电位监测点，位置在海平面附近。

（4）应力、应变监测。在上部结构的主要立柱、主梁等部位设置钢板应力监测装置，监测结构应力，共计设置32个钢板应力计。

（5）不均匀沉降监测。在升压站的4个主立柱下部共布置4个几何水准点。

2 主要仪器设备的安装

由于安全监测系统设备均为精密设备，特别是钢板应力计及腐蚀点监测仪安装在导管架上、布置在水中，所以对设备的安装精度及防腐蚀性能要求很高，并可抵抗海浪的冲刷。

2.1 钢板应力计的安装埋设

钢板应力计用于监测结构应力，其安装在海上升压站导管架钢结构的表面，通常采用焊接方法将钢板应力计固定在监测部位，并用保护罩加以隔离和防护。钢板应力计具体安装埋设步骤如下[4]：

（1）在安装前必须对已选定的钢板应力计逐一进行检测，并检查加长电缆是否符合技术要求，然后按设计要求接长钢板应力计电缆。但要特别注意，仪器电缆的一端必须将保护罩套上后，才能连接加长电缆。

（2）根据施工进度，确定埋设安装方法。首先要在钢结构上放样定点，在焊接钢板应力计的夹具时，为保证夹具的同心度，要以模具代替仪器安装在夹具中定位。

（3）夹具焊接定位后应冷却至常温，然后从夹具中取出模具，再安装钢板应力计。上夹具螺栓时要对角线逐个均匀上紧，并用读数仪进行跟随量测，在夹具上紧时可根据需要调整仪器的测量范围。

（4）在夹紧钢板应力计并经测量确定仪器工作正常后，将保护罩扣上去，再沿保护罩周边焊接，使保护罩密封固定在钢管上。

2.2 倾角仪的安装埋设

倾角仪用来监测平台的倾斜程度，主要安装在4个主立柱上。具体安装埋设步骤如下：

（1）根据设计图纸测量并定位测点位置。

（2）将倾角仪基座焊接在桩体上。

（3）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°。

（4）桩体上的倾角仪需将半锥形钢板焊接在倾角仪周围以保护仪器。

（5）安装结束后，应及时观测倾角仪达到稳定的初始读数，作为观测基准值。

2.3 加速度仪传感器的安装埋设

加速度仪主要用来监测平台的振动及吊装过程中的加速度。其传感器具体安装埋设步骤如下：

（1）根据设计图纸测量并定位测点位置。

（2）根据安装位置结构特点，改造加速度传感器配套的基座或定制适用于本工程项目的基座。

（3）将加速度传感器基座焊接在立柱或塔筒壁上。

（4）在风机组装时，将加速度传感器安装在基座上，注意传感器的测试方向与设计方向一致。

（5）根据电缆走向及集中的位置，计算合适的电缆长度，接长加速度仪电缆；在电缆接长前后对传感器及电缆进行检查，保证完好无损；电缆连接方式符合规范及设计等的要求，电缆连接处满足规范及设计等对耐水压、电阻等方面的检测要求。

2.4 几何水准仪的安装埋设

水准仪主要用来监测平台的不均匀沉降，安装在主立柱下部。本工程采用的水准仪具有自动识别、自动观测记录、自动检测各项限差等功能，需要将水准标芯直接焊接在对应部位并加装保护装置，以防止海洋环境的腐蚀等。

检察院审前监督权新论——以监察体制改革为视角的分析 ………………………………………………………… 刘甜甜（4．58）

2.5 腐蚀监测仪参比电极的安装埋设

腐蚀监测仪用来监测导管架受到海水腐蚀的程度，主要布置在导管架上。本工程主要采用参比电极来测量钢管桩的腐蚀点位，参比电极的安装埋设方法如下：

（1）在钢管桩制作时根据参比电极尺寸设计加工参比电极的固定支座，并焊接在设计高程部位，支座采用与桩体结构相同的防腐措施。

（2）在基础制作时根据设计的参比电极电缆牵引路径焊接电缆保护管，并进行防腐。

（3）待现场具备安装条件时，将参比电极固定在安装支座上，而后将电缆牵引至后期便于观测的高程并做好保护。

（4）参比电极安装时应采用橡胶垫等绝缘材料做好传感器与钢结构之间的绝缘处理。

（5）由于部分腐蚀监测仪安装在水下，受海浪冲击严重，为防止电缆损坏，通过焊接U型卡来固定电缆保护管。

2.6 监测自动化系统的实施

在海上升压站的监测机柜内安装测量采集单元，陆上集控中心布置数据采集服务器。根据仪器工作原理，加速度计、倾角仪、钢板应力计均采用数据采集单元，可对传感器测量数据进行高频采集；所有数据采集单元箱满足防护等级IP68、材质为316L不锈钢的要求；腐蚀监测根据运行管理的需要采用人工测量方式，数据不进行实时采集。

同一海上建筑物内的监测仪器电缆根据设计走向牵引至设计位置，尽量集中在一处，以便于接入自动化数据采集单元。同一海上建筑物内，数据采集单元分别通过总线串联，然后按设计要求采用RJ45网口与陆上服务器进行通讯，同时这些采集单元也具备采用光纤或其他方式进行通讯的能力。

自动化系统数据采集软件具有数据在线采集、电测成果计算、测点数据上报、图形输出、采集馈控、远程召测、信息报送等主要功能。各功能部分有独立用户界面，既可以和安全监测信息管理及综合分析系统协同工作，又可以单独运行。监测自动化系统主要包括动态监测系统与静态监测系统，系统结构见图2。

图2 低频自动化系统结构

3 安全监测系统运行效果分析

华能大丰海上升压站项目安全监测系统在2019年1月安装完成，对升压站平台的不均匀沉降、振动、倾斜应力、腐蚀等情况进行了实时监测。在本次分析时间段内，监测数据准确，振动、倾斜各专项安全风险评估等级都处于安全等级，为平台的正常安全运行提供了有力保障。

3.1 不均匀沉降监测

海上升压站平台一层布置静力水准仪测点4个，不均匀沉降监测以JLsy-1号测点为基准点，通过与其余3个测点测值变化情况的对比，判断海上升压站相对沉降值。JLsy-2～JLsy-4号测点相对沉降值统计见表1。

由表1可知，海上升压站JLsy-2～JLsy-4号测点目前相对沉降最高值为2.09 mm，出现在JLsy-3号测点；目前相对沉降最低值为-1.41 mm，出现在JLsy-4号测点。历史相对沉降最高值为9.17 mm，于2019年4月10日出现在JLsy-3号测点；历史相对沉降值最低值为-9.38 mm，于2019年4月9日出现在JLsy-4号测点。各测点相对沉降值变化量较小，海上升压站未发生明显不均匀沉降，沉降值过程曲线如图3所示。

表1 海上升压站相对沉降值统计

图3 静力水准仪沉降值过程曲线

3.2 应力应变监测

海上升压站导管架共布置钢板应力计测点32个，本次数据分析对应的监测时间为2019年4月29日，各测点应变值统计如表2所示。

表2 海上升压站应变值统计

由表2可知，海上升压站导管架部位当前应变值均在±1 000 μ ε以内，应变量较小，升压站导管架处于应力平衡状态，钢板应力计Csy-1测点时间-应变曲线如图4所示。

图4 Csy-1时间-微应变过程曲线

3.3 振动和倾斜监测

海上升压站上部组块的一至三层平台四根主立柱顶部各布置1套三向加速度计，以监测各层平台的振动加速度情况，如图5所示。升压站一层柱顶振动加速度峰峰值0.265 m/s2，安全限值3.0 m/s2，超限0次，1阶固有频率0.350 Hz，偏差0.011%，专项安全风险评估：1级（高度安全）。升压站二层柱顶振动加速度峰值0.168 m/s2，安全限值3.0 m/s2，超限0次，1阶固有频率0.350 Hz，偏差0.006%，专项安全风险评估：1级（高度安全）。

图5 升压站振动监测

海上升压站上部组块的一层平台的二根主立柱顶部及底部各布置1套双轴倾角仪（共计4套）、三层平台的二根主立柱顶部布置2套双轴倾角仪，进行海上升压站运行期倾斜（水平x、y向） 监测，如图6所示。升压站一层柱底倾斜度为0.261°，方位169.6°，安全限值1.00°，超限0次，1阶固有频率0.350 Hz，偏差0.011%，专项安全风险评估：1级（高度安全）。升压站一层柱顶倾斜度为0.309°，方位-89.5°，安全限值1.00°，超限0次，1阶固有频率0.350 Hz，偏差0.006%，专项安全风险评估：1级（高度安全）。

图6 升压站倾斜监测

3.4 各项监测采集监测频率

（1）不均匀沉降观测。几何水准点施工期每周观测1次，运行期每年观测2～6次。

（2）振动监测。在仪器埋设安装完成、验收合格和风机调试完毕后，即可进行首次测读以获得初值。在运输期、施工期和运行期按50 Hz采集频次进行观测，采集过程中设置数据记录阈值，当测值高于0.05 g（g为重力加速度）时，把测值记录到数据库中。

（3）倾斜、应力监测。在施工期、运行期，每天采集1次。

（4）腐蚀监测。在仪器埋设安装完成并经通电极化完毕（导电介质为海水）后的2 h，可进行首次测读以获得初值。初始值确定后，施工期按每天采集1次的频次进行观测，运行期每周采集1次。

4 结束语

华能大丰海上升压站安全监测系统设计和施工通过了业主监理验收，现场监测数据能够准确反映升压站平台运行情况[5]。通过对海上风电升压站平台安全监测系统的原理及安装特点进行分析，在满足了海上平台安全监测的需求的同时，形成了一套适用于海上平台安全监测系统的设计理念及安装方法，对今后类似项目安全监测系统的设计及安装具有一定的借鉴意义。