接“歐美大地儀器解析：海上風電施工六大關鍵！（上）”

四、風機基礎施工

海上風機塔架結構基礎具有重心高、承受水平力和彎矩較大等受力特點，且與海床地質結構情況、海上風和浪的荷載以及海流等諸多因素有關，同時海上施工條件復雜，受安裝、施工設備能力的影響很大，設備的使用和調遣費用也非常昂貴。因此，海上風電機組的基礎被認為是造成海上風電成本較高的主要因素之一。合理選擇基礎結構型式對結構安全、施工難易程度及工程造價具有重要影響。

國外海上風機基礎一般有單樁、重力式、導管架、吸力式、漂浮式等基礎型式。國內多采用混凝土高樁承臺基礎、混凝土低樁承臺、導管架及單樁等基礎型式。這幾種基礎形式主要涉及鋼管樁沉樁施工及承臺施工兩部分。

鋼管沉樁施工

鋼管樁在施工過程中，也存在著許多的不確定因素，有可能對施工安全及承載力控制等造成影響。因此，建議在鋼管樁施工過程中，使用高應變設備，對打樁過程進行監控，這樣就可以對施工過程中，樁身的應力，錘擊能量，實時承載力等信息進行監測；另外，如果對同一根樁做過GRLWEAP打樁模擬分析，還可將高應變實測數據與之進行對比，對GRLWEAP模擬分析進行優化，并可指導后續樁基礎的模擬分析。

相比陸地上的高應變測試，海上高應變測試的操作難度更高，不過海上風電多樁基礎沉樁，由于打樁錘的錘擊能量大，錘擊對中好，所以其實海上高應變測試總體效果是非常理想的，來自全球各地的用戶已經充分證明了這一點。另外，海上高應變測試經常會涉及到樁頭位于水面以下的情況，這就會給測試帶來一定的困難，因為在這種情況下，傳感器要位于水下，深度可能會達到幾十米，甚至上百米，這對傳感器的防水性，以及對海水的抗腐蝕性能提出了很高的要求；再者，這種情況下，主電纜的長度往往都超過100米，有時甚至需要兩三百米，這又對由于電纜過長造成的電壓損失補償提出了要求，以保證測試信號的穩定性及可靠性。PDI委托Seacon公司生產的水下傳感器能夠完美勝任這樣的工況，并已經過大量實踐證明其可靠性。只不過，由于水深較深，傳感器無法回收，檢測成本相對會比較大，但考慮高應變測試帶來的巨大作用，還是值得的。

01 高應變打樁分析儀PDA-8G

PDA-8G可用于評估樁身承載力及其完整性。對于現場實測的數據還需使用CAPWAP擬合軟件進一步分析，分析得出的結果與靜載荷試驗有著良好的相關性。

02 水下應變和加速度傳感器

PDI淺水（100米以下）和深水（300米以下，Seacon生產）防水型力傳感器和加速度傳感器與PDA-8G打樁分析儀相配合，能夠實現海上打樁高應變動測。

混凝土承臺基礎施工

承臺起著承上啟下的作用，上接風機塔筒過渡段，下接樁基，風機承受的巨大荷載通過塔筒傳遞給承臺，還需承受臺風期巨大的波浪力，承臺受力復雜且荷載大吊車出租，承臺施工質量直接關系到上部風機的安全。

此外承臺屬于大體積混凝土，容易因水化熱出現溫度裂縫，模板的支立，倉面砼澆筑管理、施工冷縫和溫控裂縫等較難控制，并且砼攪拌船海上施工作業容易受風浪影響。

01 無線混凝土溫度和強度傳感器

SmartRock是一種堅固的、基于移動應用的無線傳感器，可以連續測量并記錄混凝土從新拌到硬化過程中的溫度，預測混凝土的強度。

02 混凝土傳感器

Pt溫度計

FBG溫度計

SOFO混凝土凝固傳感器

SOFO標準變形傳感器

五、機組結構檢測

風機安裝

風機設備海上安裝是風機安裝工作中最為重要的內容，經過對國內外風電場建設的調查了解，根據風機零散設備的預拼裝程度與起吊模式，可將風機吊裝方案分為整體組裝與吊裝模式、分體組裝與吊裝模式。

Horns Rev風電場分體吊裝圖

Beatrice風電場風機整體吊裝圖

風機塔筒及風機葉片是風電機組的重要組成部分，其安裝質量的好壞直接關系著工程的整體質量。

風機塔筒屬于金屬構件，采用的鋼管樁直徑較大，鋼材材質為低合金高強度鋼，鋼材的卷制和焊接施工難度較大吊車，縱向焊縫與環向焊縫又是塔筒的關鍵部位，焊接質量不易控制，因此無論是在生產過程中還是安裝后都需要進行無損探傷檢測。

風機葉片產生缺陷的原因是多方面的，在生產制造過程中，會出現孔隙、分層和夾雜等典型缺陷。此外，葉片在運輸和安裝過程中，由于葉片本身尺寸和自重較大而且具有一定的彈性。因此，一定要做好保護葉片的工作，以防產生內部損傷。

01 Flaw Detector 100超聲波探傷儀

Proceq Flaw Detector 100超聲波探傷儀是一款非常靈活的高科技超聲波檢測儀器。能夠快速測量鍛件、復合材料、塑料及焊接件等組件的厚度、確定材料屬性和缺陷，并且可以廣泛兼容常規探頭以及相控陣探頭。

此外，鋼結構塔架處于海洋大氣環境中，經濟有效的防腐蝕解決方案是采用長壽命防腐涂層體系海上風電多樁基礎沉樁，除對防腐材料有一定要求外，涂層厚度也是關系著風機抗腐蝕能力的關鍵。

02 涂層測厚計

涂層測厚計，快速、無損、精確地測量鐵基和非鐵基材料上的涂層厚度。可廣泛應用于實驗室和現場應用。

電纜敷設

主海纜敷設工藝流程

裝纜運輸 → 施工準備（牽引鋼纜布放、掃海等） → 始端登陸施工 → 海中段電纜敷埋施工 → 終端登升壓平臺施工 → 海纜沖埋、固定 → 終端電氣安裝 → 測試驗收。

海纜敷設施工圖

六、運行安全監測

海上風電工程的安全監測主要包括風機基礎與導管架的受力狀態、變形特征與在環境荷載（臺風、海浪、地震）作用下的動態響應。

根據實際施工方法的不同，監測也存在一定的差異，如TML的漂浮式海上風力發電設施監測方案，BDI無線結構監測系統。

01 TML漂浮式海上風力發電設施監測方案

項目

傳感器

數據采集系統

使用設備

FBG應變計、焊接型應變計AWC、防水加速度傳感器ARH-A

靜態數據測試TDS-540、動態數據測試TMR-300/DC-204R

02 BDI無線結構監測系統

項目

傳感器

節點模塊

數據采集系統

數據監測

使用設備

BDI應變傳感器，BDI加速度傳感器

BDI 4通道節點模塊，16通道節點模塊

BDI STS4監測系統采集儀

BDI STS_NET 和STS_Sync軟件