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海上風電是我國清潔能源的重要組成部分以及應對氣候變化的具體舉措。相較于陸上風力發(fā)電,海上風力發(fā)電具有不占用土地資源、視覺和噪聲污染小、風能利用率高以及送電距離短等優(yōu)勢[1],對加快我國能源結構轉型和實現(xiàn)碳中和具有促進意義。近年來,隨著海上風電大規(guī)模開發(fā),風電機組的質量問題逐漸突顯。海上風電機組作為建設海上風電場最主要的設備,受海洋環(huán)境及自身固有屬性影響較大。受雷電、臺風等強對流天氣影響,若防雷接地裝置和固定螺栓安裝不到位,風電機組很容易出現(xiàn)故障；受海洋波浪荷載影響,若塔筒內部支撐結構未能正確安裝,極易導致電氣設備發(fā)生損壞；受風電機組重量影響,海上維修困難,尤其是大部件的更換,需耗費巨大成本；受海洋鹽霧環(huán)境影響,若安裝過程造成防腐涂層破壞,可能減少風電機組的使用壽命[2]。因此,海上風電機組安裝質量尤為重要。本文結合海上風電項目機組安裝的特點,全過程梳理海上風電機組安裝,分析風電機組安裝前和安裝過程中可能出現(xiàn)的質量缺陷。同時,針對可能出現(xiàn)的質量缺陷,總結出風電機組各安裝環(huán)節(jié)的關鍵質量要素,并歸納出與之相對應的控制措施,有效提高風電機組安裝時質量,降低因安裝質量缺陷引起運維期更換大部件的概率,對保證風電機組平穩(wěn)運行和降低海上運維成本具有直接指導意義。

1.風電機組安裝前質量控制

1.1海上風電機組進場驗收

由于海上風電機組生產(chǎn)基地的地理位置相對固定,風電機組通常需要長距離的海上運輸以及海上吊裝倒駁。塔筒、機艙、輪轂及葉片作為海上風電機組的核心部件,其到貨質量將直接影響機組安裝的整體質量。風電機組進場后,根據(jù)發(fā)貨清單和裝箱清單,核查各部件的型號、數(shù)量是否一致,確保不存在錯發(fā)、漏發(fā)；同時,還應根據(jù)質量證明文件,確定各部件生產(chǎn)合格并滿足出廠狀態(tài)。機艙進場驗收的質量控制要素主要有以下四項：①機艙內外防腐涂層和運輸防雨布損壞程度；②機艙內部附件規(guī)范安裝及整體美觀度；③機艙電纜表皮破損和折彎程度；④機艙主軸螺栓孔銹蝕程度。機艙內部包含著齒輪箱、發(fā)電機等關鍵設備,應重點關注其防雨設施的破壞程度。輪轂進場驗收的質量控制要素主要有以下四項：①輪轂運輸防雨布和導流罩頂蓋遺失或損壞程度；②輪轂外部防腐涂層損傷程度；③輪轂法蘭面銹蝕程度；④變槳軸承表面損傷程度。應重點關注防雨布和導流罩頂蓋的遺失和破壞程度,避免變槳系統(tǒng)發(fā)生破壞。塔筒進場驗收的質量控制要素主要有以下四項：①塔筒法蘭橢圓度、水平度、平整度及外觀；②塔筒外壁局部凹陷和整體變形程度；③塔筒內外防腐涂層及防水設施破壞程度；④塔筒內部附件及電纜規(guī)范安裝程度。其中,由于塔筒的橢圓度和整體變形程度與其對位安裝緊密聯(lián)系,應按規(guī)范進行核查。葉片進場驗收的質量控制要素主要有以下三項：①葉根和葉尖支架位置葉片局部磨損及凹陷變形程度；②葉身前緣和后緣變形及整體過渡狀態(tài)；③葉片表面通體不規(guī)則異常修補痕跡及油漆露底程度。葉片主要由環(huán)氧樹脂、大絲束碳纖維等復合材料組成且長度較大,應重點關注其整體變形和局部破壞程度。

1.2高強度螺栓抽檢

高強度螺栓具有施工簡單、拆換靈活、受力性能好、承載能力高、以及在長時間振動荷載作用下不發(fā)生松動和疲勞破壞等優(yōu)點[3]。海上風電機組塔筒與塔筒、塔筒與機艙、機艙與風輪以及輪轂與葉片通常采用高強度螺栓進行連接。螺栓質量將影響風電機組使用壽命,因此需對進場高強螺栓進行質量抽檢。高強度螺栓安裝前,以螺栓連接副批次為單位并結合同批螺栓連接副最大數(shù)量進行試樣抽檢。螺栓抽檢質量控制要素主要包括[4]：①實物尺寸檢測；②實物機械性能檢測；③螺栓機加工試件機械性能檢測；④低溫沖擊檢測；⑤螺栓連接副扭矩系數(shù)試驗；⑥螺母保證荷載；⑦墊圈硬度試驗；⑧螺紋脫碳試驗；⑨防腐試驗[3]。其中,由于海上風電機組高強螺栓要長期經(jīng)受非定向偏心扭矩和振動荷載作用,低溫沖擊檢測就顯得尤為重要。

1.3電氣交接試驗

為了確定風電機組電氣設備的絕緣性能、運行狀況以及接地導通滿足質量要求,防止因設計不合理、制作工藝缺陷、運輸過程損壞、安裝技術不良等因素導致電氣設備故障,保證設備正常投入使用,對電氣設備進行交接試驗是非常重要的質量控制作用。箱式變壓器交接試驗質量控制要素[5]：①所有分接電壓比檢查；②繞組連同套管的直流電阻測量；③繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比測量；④鐵芯的絕緣電阻測量；⑤繞組連同套管的交流耐壓試驗；⑥溫控器的絕緣電阻測量。35KV箱式變壓器作為將風機發(fā)出的電能進行升變壓的關鍵設備,應保證其各項性能參數(shù)符合要求。電流互感器交接試驗質量控制要素：①絕緣電阻測量；繞組的直流電阻測量；②接線繞組組別和極性檢查；③交流耐壓試驗；④變比測量；⑤電流互感器的勵磁特性曲線測量。避雷器交接試驗質量控制要素：①絕緣電阻測量；②1mA直流參考電壓和0.75倍直流參考電壓下的泄漏電流測量。斷路器交接試驗質量控制要素：①每相導電回路的電阻測量；②絕緣電阻測量；③交流耐壓試驗；④分、合閘時間,分合閘同期性及合閘時觸頭的彈跳時間測量；⑤分、合閘線圈及合閘接觸器線圈的直流電阻、絕緣電阻測量。繼電保護器交接試驗質量控制要素：①交流、直流回路檢查；②保護校驗；③跳閘出口邏輯；④整體傳動試驗。

2.風電機組安裝過程質量控制

2.1風電機組海上吊裝

區(qū)別于傳統(tǒng)的設備吊裝,海上風電機組吊裝環(huán)境更惡劣、難度更大,對風機部件的質量把控要求較高。塔筒安裝前,對基礎法蘭的水平度、平整度及外觀進行檢查和驗收；根據(jù)塔筒吊索具圖紙要求在塔筒上下法蘭指定位置安裝足夠數(shù)量的吊座,且吊座與法蘭連接螺栓力矩施打應滿足要求。塔筒安裝前,在基礎法蘭和已安裝塔筒的上法蘭涂抹密封膠；塔筒下放對位時,應使上下兩節(jié)塔筒的零位標記對齊；法蘭螺栓緊固達到松鉤條件后,方可摘鉤。頂節(jié)塔筒吊裝完成后,機艙在該規(guī)定時間內完成吊裝。機艙正式吊裝前,應進行機艙試吊,保證安裝法蘭面水平。機艙安裝前,各個連接端面和螺紋孔必須清理干凈。葉片組對采用專用吊具,且吊點位置應滿足技術文件要求。葉片與輪轂安裝時,應使軸承內圈零位孔與葉片前緣處的零刻度線相對應。三支葉片全部安裝完成之前,應做好風輪防傾斜措施[6]。風輪吊裝前,在輔吊葉片一側安裝葉片鎖。風輪翻身及安裝時,應防止葉尖觸碰地面和塔筒。安裝葉片纜風繩時,應提前安裝葉片保護套。將風輪緩慢向主軸法蘭面靠近,并調整吊鉤位置控制風輪軸線將其與機艙軸線重合。

2.2高強度螺栓安裝

高強度螺栓安裝是海上風電機組安裝的核心,為使螺栓獲得穩(wěn)定、可靠、適當?shù)念A緊力,應從高強度螺栓安裝的關鍵步驟進行質量控制。螺栓連接副安裝及輔料涂覆前,應對其進行外觀檢查,主要包括構件整潔度、螺紋和表面防腐涂層完整性。對于螺栓/螺柱、螺母和平墊圈的組合形式（通孔連接）,螺栓/螺柱外螺紋螺母緊固位置、螺母與墊圈接觸面應均勻涂覆潤滑劑；對于螺栓直接擰入形式（盲孔連接）,螺栓外螺紋潤滑劑涂覆長度約占全螺紋長度的3/4,螺栓頭與墊圈接觸面應沿螺桿根部均勻涂覆潤滑劑。螺栓外螺紋潤滑劑涂覆厚度約螺牙深度的1/2,螺母及墊圈接觸面上的潤滑劑涂覆厚度約為0.1mm。螺栓穿入方向應嚴格按照技術文件為準,且方向需保持一致；平墊圈倒角應朝向螺母一側或螺栓頭一側[7]。風電機組連接螺栓的分布形式為圓形分布,為了保證同一法蘭面上螺栓預緊力的均勻一致,防止螺栓受橫向載荷發(fā)生剪切破壞,按交叉對角原則進行緊固。通常,螺栓采用液壓扳手分三步緊固。第一步采用電動扳手進行初緊,第二步采用液壓扳手按復緊力矩值進行緊固,第三步采用液壓扳手按額定力矩值進行終緊。若采用拉伸器對螺栓進行緊固一般按技術文件要求分兩或三步緊固[8]。風電機組高強螺栓應在裝配完成后4h～24h內進行驗收。螺栓驗收時,應按照風電機組連接位置的螺栓總體數(shù)量的10%進行抽樣檢查,抽檢比例按不合格情況遞增。由于海洋環(huán)境的鹽霧濃度和空氣濕度會加速高強度螺栓的腐蝕,且安裝過程可能造成螺栓原有防腐涂層破壞,故螺栓驗收合格后,通常采用冷噴鋅和防腐油漆進行涂覆。

2.3電氣安裝和接線

剝切電纜端頭保護套和絕緣層時,不得損壞導體芯線。相間電纜對接時,U、V、W相對接管位置應相互錯開,避免電纜對接點位置發(fā)生相間短路。電纜穿入連接管或端子管內時,芯線應全部平直進入,不允許出現(xiàn)芯線彎折或漏出管外。壓接完畢后應進行絕緣處理,用自粘性絕緣橡膠帶對裸露的管體進行均勻緊密纏繞包扎。將打印好的電纜標簽粘貼在相對應的電纜端頭處。用熱風槍依次對熱縮套管進行吹縮,過程中熱縮套管應受熱均勻并防止中間形成氣泡。電纜布置應整齊、牢固、美觀,避免出現(xiàn)絞接和交叉現(xiàn)象,電纜綁扎需選用適合長度的扎帶[9]。電纜在過銳邊時,應設置膠皮、邊緣保護條等彈性材料制成的襯墊。電纜穿過孔洞時,應采用合適的防火封堵材料設置阻火封堵、阻火隔層。所有電纜接線應當按照海上風電機組整機接線表進行接線。在接線之前必須核實確認電纜相序與接線銅排各相位對應一致。電纜端子連接螺栓緊固力矩按照螺紋規(guī)格進行取值,完成緊固后做防松力矩標記線。安裝接地電纜或銅帶時,若接地安裝面或邊緣存在防腐涂層,需對其進行打磨處理直至漏出金屬層,連接牢固后再對打磨位置進行防腐處理[10]。

3.結論

海上風電機組安裝前的驗收準備工作和風電機組的安裝過程是保障海上風電機組整體安裝質量的兩個重要階段。本文通過梳理風電機組兩階段的質量控制要素,歸納出海上風電機組安裝質量的主要控制措施：（1）風電機組進場驗收時,應重點關注各部件防雨設施的完整性,塔筒及葉片的整體變形程度及局部損傷。（2）電氣設備進場驗收時,其各項性能參數(shù)應滿足電氣交接試驗標準要求,避免后期因質量問題引起設備更換。（3）機組設備進行機械安裝時,安裝工藝應嚴格遵守技術文件相關要求,安裝過程要加強質量把控。（4）電氣安裝質量是影響風電機組整體調試的重要因素,應從其制線、布線及接線環(huán)節(jié)加以控制,保證整個電路系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]胡丹梅,曾理,紀勝強.我國海上風電機組的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].上海電力大學學報,2022,38(05):471-477.

[2]宋世斌,郝莉麗.海上風電設備監(jiān)理質量控制[J].設備監(jiān)理,2019(10):10-13.

[3]譚亮,張才盛,王海蛟.風電機組中高強度螺栓的使用要求[J].風能,2010(01):62-65.

[4]風電機組塔架用高強度螺栓連接副:NB/T31082-2016[S].北京:中國電力出版社,2016.

[5]楊永.海上風電機組安裝工藝與質量控制研究[J].中國水運(下半月),2022,22(01):42-44+78.

[6]黃國良,沈志春,烏建中,等.大型風電機組葉片吊裝工藝及專用吊具[J].中國港灣建設,2017,37(07):94-98.

作者:劉紅志 張顯雄 單位:保利長大工程有限公司