海上升压站建造阶段质量控制

张宝锋，赵 勇，韩 斌

海上升压站建造阶段质量控制

张宝锋，赵 勇，韩 斌

（西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054）

海上升压站的可靠性和安全性是海上风电场安全稳定运行的基础。本文分析了海上升压站建造过程的特点和存在问题，基于已实施的海上风电项目案例，指出海上升压站建造过程结构制作、站内设备和系统安装、调试阶段的关键环节和主要隐患，采用预防控制、过程控制和事后检验相结合的方式，提出针对性的控制措施，形成完整、有效的海上升压站建造质量控制技术。并通过实际项目验证，形成行业内标准规范。本文对确保海上升压站建造整体质量有重要的技术指导意义和参考价值。

海上风电；海上升压站；结构制作；设备安装；系统调试；质量预控；过程控制

随着能源和环境问题日益严峻，海上风电因不占用土地资源、风资源稳定，而且受景观、噪声以及电磁波等问题的限制较少等优点，成为我国风电行业发展的新趋势，也成为工程领域的研究热点。据统计，截至2018年9月30日，我国在建海上风电项目共23个，在建容量6 479.2 MW。根据国家《风电发展“十三五”规划》，到2020年海上风电开工建设规模达到1 000万kW。

海上升压站是海上风电场的“心脏”，其可靠性和安全性尤为重要。其建造过程涉及钢结构制作、站内设备和系统安装及调试试验，比一般单体设备工序复杂、涉及专业多，其综合性和复杂性特点显著，本文针对海上升压站建造过程薄弱环节和主要质量隐患，结合其设计特点及技术要求，研究海上升压站陆上建造过程质量预控技术，为确保海上升压站整体建造以及船运前设备质量提供技术支持。

1 海上升压站建造特点及存在问题

海上升压站陆上建造过程涉及结构、焊接、无损检测、防腐、电气、消防、暖通、给排水、通信等专业[1]，是一个技术密集型的“设备工程”，工作量大、涉及面广，以传统单体设备质量控制方式无法实现预定质量目标。

目前我国海上风电在快速发展的同时，存在以下主要问题：1）标准混杂，暂不统一。海上升压站涉及海洋工程、电力等多个行业，存在行业交汇带来的冲突问题，标准的选用难以统一。如陆上与海上标准的交叉使用，在平台设计上采用陆上钢结构、港口建筑标准，但陆上、港口结构的动态特性与海上存在差异[2-3]。2）设计理念有待改进及完善。如结构焊接及无损检测标准方面，对于焊接及超声波无损检测的选用标准分别为《钢结构焊接规范》（GB 50661—2011）和《焊缝无损检测-超声波》（GB 11345—2013），但导管架结构主要特点是T、K、Y节点多，而当前选用的标准和要求未体现对T、K、Y节点焊接质量的重视。3）建造过程各专业之间交叉并行相互干扰，现场建造客观环境复杂，质量不易控制。4）建造过程管理不严谨，未能充分认识海上升压站的质量隐患，人为导致问题多。

2 海上升压站建造过程质量隐患及预控技术

海上升压站项目通常在陆上建造，整体海上吊装，陆上建造包括上部组块和下部结构制作、站内设备及系统的安装和发运前的调试试验。根据以上特点，提出“预防为先，过程控制，事后抽检”的由点到面、确保整体质量的预控方式。结合已实施项目案例，从3个阶段分析其质量预控技术。

2.1 结构制作质量隐患及预控技术

结构制作是海上升压站整体质量的基础，根据华能如东风力发电有限责任公司（华能如东）300 MW（2座110 kV海上升压站）、华能盐城大丰新能源发电有限责任公司（华能大丰）300 MW（1座220 kV海上升压站）海上风电项目实施统计，结构制作问题占比较大。其中海上升压站建造质量问题统计中，67%为结构制作问题，33%为站内设备、系统安装与调试问题；在结构制作分类质量问题统计中，42%为焊接问题，25%为防腐处理问题，33%为原材料及设计等其他问题。

针对结构制作质量问题，首先，以预防为先。1）主要对生产工艺文件和主要原材料进行核查，包括焊接工艺、焊工资格检查，评判其是否满足焊缝类型；无损检测图纸、无损检测人员资质检查；防腐工艺检查，包括对涂装材料、方法、环境、预涂表面、使用设备、防腐检验、涂装缺陷修补等，核查工艺或指导文件是否有效。2）核实原材料的备料情况，对数量、规格、牌号核查，以免由于准备不足、采购进度延误导致制造停滞、材料代用等问题，原材料包括钢板、焊材、防腐材料（包括牺牲阳极）和外购件如筒体、撑管、H型钢材料、舾装件等主要用材。

其次，实施过程质量控制。基于实施项目的分析和统计，应重点关注5个方面：1）原材料验收及下料核查，如按《承压设备无损检测》（NB/T 47013—2015）标准，对于具有向性能的钢板，逐张进行超声波检测，达到I级标准。2）对焊接全过程的质量控制，如核查焊缝坡口是否按照坡口图设计要求，坡口的表面平整、无熔渣、锈迹，针对T、K、Y等节点处复杂应力，能有效避免节点处应力集中给钢结构带来的金属疲劳，在节点焊接的过程中，需要对焊缝进行打磨处理，确保焊接缝隙 的光洁程度[4]，以免影响后续无损检测和防腐处理。3）尺寸控制，为确保后续海上整体安装，导管架平台的制作过程精度如直线度、位置、角度直接关系与基础桩、上部组块的精密组装[5]，如钢管对 接焊前尺寸检查，应确保直线度和错边量不大于 4 mm[6-7]的要求。在全熔透焊接中，大多采用加衬垫的焊接工艺，导致焊接间隙较大，增加焊接量，也增加了焊接收缩量，需关注焊接过程及焊后控制尺寸，或优化工艺，如采用定位单面焊接工艺。上部组块各层平台的平整度控制有较大的风险点，应确保平台间的支撑设置，控制好平台的四角水平度，使后续其他结构件能够顺利安装，同时布置好平台层间支撑位置、数量，避免整体结构组装过程出现坍塌[8]。上部组件平台铺板平面度须满足要求，避免导致排水不畅而积水，引起金属件腐蚀、甚至设备浸水（图1）。4）无损检测主要针对上部组块与下部结构特点、承载功能以及现有工艺水平而有所区别，如上部组块主体钢结构参照GB 11345—2013执行检测，下部管桩件焊缝参照NB/T 47013—2015标准执行。5）防腐涂层控制，国外研究表明，运维期对海上风电防腐系统进行维修的成本是制造成本的50倍[9]，目前国外海上风电结构防腐涂层系统主要参考海洋石油平台领域的经验[10]。根据不同区域的腐蚀环境要求和体系，进行涂装过程及试验控制，特别应关注预涂装表面状态、涂装材料确认、涂装实施环境的控制检查[11]。

最后，对焊缝质量、防腐涂层质量进行事后抽检，按一定比例（选取1%）进行独立检测。如对于结构形状不规则、不易进行防腐涂层操作、涂装过程不连续等区域进行防腐涂层厚度抽检，以检验整体的质量控制稳定程度。

图1 甲板变形未能有效排水

2.2 安装质量隐患及预控技术

海上升压站陆上安装主要指站内设备及系统的装配。海上升压站属于电力系统范畴，对站内设备的安装目前主要参照相应电力标准以及部分船用标准。

设备和系统主要包括舾装件、电气设备、暖通空调系统、给排水系统、消防系统、火灾报警系统、照明系统、通信控制系统、视频监控系统、救生系统、助航标志和信号设备等[1]。

由于设备系统较多，安装过程作业面大，需要按照设备和系统2个层面分别进行质量控制。

2.2.1主要设备安装质量预控技术

安装前具备有效可用的安装指导文件是质量控制的前提条件。针对具体设备安装要求，依据适用标准，须对安装指导文件完成审查。主要设备具体控制项目见表1。

表1 海上升压站站内主要设备安装项目

Tab.1 Main equipment installation items of the offshore substation

图2 钢格栅与电缆形成闭合磁路

图3 接地连接处螺栓松动、有间隙

2.2.2主要系统装配质量预控技术

系统装配的质量控制一般依据标准规范，基于相应系统的设计要求，主要系统具体装配控制项目见表2。安装质量的事后检验主要体现在设备、系统的试验调试阶段。

表2 海上升压站站内主要系统装配项目

Tab.2 Main system assembling items of the offshore substation

2.3 调试质量隐患及预控技术

试验调试阶段的隐患预防主要基于安装的设备和系统，所以在试验调试前，须确保安装质量问题已按要求完成纠正。试验调试阶段是整体系统验证的过程，对其质量把控主要侧重于试验调试的针对性、有效性、完整性[14]。对调试阶段的质量控制侧重点如下。

1）明确试验调试项目。2017年7月14日，某400 MW海上风电场的海上升压站一层平台35 kV电缆发生爆燃事故，以此为鉴，试验调试阶段应确保进行基于安全的消防系统、防雷接地、电气系统的保护试验验证及应急电源系统试验验证等。主要试验调试项目见表3。

2）试验调试过程实施有效的质量控制，即对具备条件、试验要求及系统设置、测试设备合规等过程实施管控，确保验证的有效性。

表3 海上升压站站内主要试验调试项目（陆上）

Tab.3 Main commissioning items of the offshore substation (onshore)

3 发运验收

基于海上升压站本身的复杂性，结合目前建造的项目实施特点，发运前需要进行完整、有效、可行的验收检查，这是海上升压站整体质量管控的重要节点。

从设备工程角度考虑，针对本体的验收，以结构、电气、安全、海工等分专业开展，从设备和系统2个层面进行，系统、全面地检查其完整性，同时对于结构安全防护、火灾消防、防雷接地、逃救生系统等进行专项检查。发运前需关注箱体、蓄电池、大型设备的固定和防止外物碰撞。

4 总结与展望

本文针对海上升压站建造过程质量隐患及预控技术，对其厂区建造从结构制作、站内设备和系统安装、调试等阶段存在的主要隐患进行全面深入分析，以预防、过程和事后抽检质量控制方式相结合，分析了预控要点，并提出控制措施。华能如东300 MW、华能大丰300 MW海上风电项目依据本技术措施，针对质量隐患点，由点到面、以预防为基础，采用过程控制和独立抽检相结合的方式，及时预防和发现、纠正建造过程质量问题，达到从源头提升设备质量，整体质量控制效果明显，说明这种质量预控技术的可操作性、有效性，最后通过发布相应标准得到行业认可[16]，其对确保海上升压站建造整体质量有重要的技术指导意义和参考价值。

随着海上风电及海上升压站技术的发展，其质量预控方面需进一步开展以下工作：

1）加强对海上升压站新技术、新工艺、新材料的跟踪和研究。设备质量有效性控制取决于对设备本身的设计、制造工艺、安装以及选材的掌握程度，适应海上风电发展的安全和经济需求，需持续跟踪该领域技术发展。

2）进行基于实际运行大数据的设备可靠性评价体系研究。实现对海上风电场关键设备运行数据的收集，利用这些数据指导海上升压站建造质量将成为后续研究工作的重点，及时发现设备质量薄弱点，在设计和建造中进行不断改进和控制预防。

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Quality control of offshore substation construction in construction stage

ZHANG Baofeng, ZHAO Yong, HAN Bin

(Xi’an Thermal Power Research Institute Co., Ltd., Xi’an 710054, China)

The reliability and safety of offshore substation are basis for safe and stable operation of offshore wind farms. The characteristics and existing problems of offshore substation construction are firstly analyzed in this paper. Based on the cases of offshore wind power projects implemented, the main risks and key points are pointed out for structure manufacturing, equipment installation and commissioning stage in construction process of the offshore substation, a targeted quality control method combining prevention with process, after-test is put forward, a complete and effective quality control technology for offshore substation construction has been formed. It is verified through the implementation of the actual project, and the standard is promoted in the industry. It has the important technical guiding significance and reference value for ensuring the construction quality of offshore substations.

offshore wind power, offshore substation, structure manufacturing, equipment installation, system commissioning, quality pre-control, process control

TM614

B

10.19666/j.rlfd.201904089

张宝锋, 赵勇, 韩斌. 海上升压站建造阶段质量控制[J]. 热力发电, 2019, 48(7): 137-141. ZHANG Baofeng, ZHAO Yong, HAN Bin. Quality control of offshore substation construction in construction stage[J]. Thermal Power Generation, 2019, 48(7): 137-141.

2019-04-14

中国华能集团有限公司总部科技项目(HNKJ18-G15-02)

Supported by：Science and Technology Project of China Huaneng Group Co., Ltd. (HNKJ18-G15-02)

张宝锋(1977—)，男，硕士，工程师，主要研究方向为新能源应用及能源设备质量控制技术，zhangbaofeng@tpri.com.cn。

（责任编辑 杜亚勤）