“三峡大丰”海上升压站总布置设计与建造方案研究

李书建 李俊林

摘 要：随着我国社会经济和科学技术的不断发展，风电新能源作为环保能源越来越受到国家和社会的重视，而海上风电能源无疑打开了人类探索能源的新思路。本文以“三峡大丰”海上升压站为研究对象，就海上升压站的总布置与建造方案进行了较为全面的讲解。

关键词：三峡大丰；海上升压站；总布置；上部组块；下部组块；建造方案

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.090

1 “三峡大丰”海上风电项目简介

三峡新能源江苏大丰300MW海上風电项目位于大丰市东沙沙洲北侧的小北槽太平沙海域。风电场规划范围呈平行四边形，东西长约10.5km，南北宽约9.2km，规划海域面积97km2，风电场中心离岸距离45km，场址区水深1.4～18m。风电场拟安装54台GW140-3.3风电机组和19台GW171-6.45风电机组，总装机规模300MW。风电场配套建设一座220kV海上升压站、两回220kV海缆送出线路和一座陆上集控中心。

2 “三峡大丰”海上升压站总布置设计

海上升压站将风电场所有集电线路汇集后升压送出，并作为风电场的现场控制中心，同时也作为风电场的应急避难场所。

220kV海上升压站平面轴线尺寸约为36.50m×42.00m，分四层平面布置。

一层层高6.0m，布置事故油罐、水泵房、柴油箱房及避难室等，同时一层也作为电缆层，35kV和220kV海缆通过J型管穿过本层甲板，然后采用电缆桥架敷设。

二层层高5.5m，中间布置主变，两台主变分两个房间布置，散热器室外布置，主变室一侧侧布置GIS室、柴油机房、低压配电室、应急配电室，另一侧布置40.5开关柜室、备品备件间。二层室外布置走道、吊装平台和空调室外机平台，走道宽2.0m。

三层层高5.0m，二层中间为主变上空区域，主变室一侧为GIS室上空区域，并布置暖通用房、柴油机房、蓄电池室、通信继保室等，三层室外布置走道、吊装平台和空调室外机平台，走道宽2.0m。

四层屋顶布置避雷针、5t吊机、设备检修孔、通讯天线设备、直升悬停区域和气象站设备等。

本项目海上升压站由以下两个模块组成：上部组块、下部组块；其中下部组块由基础桩和导管架组成。

3 “三峡大丰”海上升压站上部组块建造方案研究

3.1 上部组块分段划分

整个升压站共4层，根据本项目升压站结构特征、工厂生产条件、建造方案等，为方便工程施工建造，将每层划分断开为A＼B两个分段，上部组块一共划分为8个分段。

3.2 上部组块总体建造方案

升压站上部组块整体建造方案大致可分为：分段建造、车间中组、外场总组、外场大合拢等。

每个分段单独在车间生产制作，分段制作完成后1层A1分段和2层A2分段上下两个分段在车间中组在一起；1层B1和2层B2上下两个分段中组；3层A3和4层A4上下两个分段中组；3层B3和4层B4上下两个分段中组。进入外场合拢场地后，先将1层和2层的两个中组段左右总组成总段；再将3层和4层的两个中组段左右总组成总段；最后在外场将3层和4层的总段与1层和2层的总段大合拢成一个整体，形成上部组块。

3.3 上部组块分段建造

本项目划分为8个分段，最大的分段外形尺寸约有20米*42米，最小的分段外形尺寸约有17米*36米。单个分段有正造和反造两种选择。如何选择合理的分段建造方案，是决定项目能否按时保质保量完工的关键。根据本项目的结构特点，考虑到1层和2层平面都是8mm厚的钢板，3层和4层平面都是6mm厚的钢板，而且分段外形尺寸片体过大，反造的话分段建造完成后需要翻身，一是片体外形尺寸太大不容易翻身；二是分段平面都是6mm或者8mm的薄钢板，翻身容易造成分段整体变形，对后续整个上部组块成型非常不利。

为此，经过反复讨论与研究，最终选择分段正造的建造方案。分段正造，分段制作完成后无需翻身，大大的减少了翻身所需要的临时工装加强等工序，也节省了翻身所需投入的人工和时间，对节约项目工期起到了很大的帮助；另外分段正造时现场施工作业条件好，平面片体框架组装完成后，可以马上进入下道工序，安装平面片体上的舱壁、主柱圆管、立柱和斜撑管等，确保了一道道工序之间的紧密衔接，加快了项目进度，为按期顺利交付产品给客户打下了坚实的基础。

3.4 上部组块车间中组

各层分段在车间制作完成后，分别将一、二层分段A1/A2、B1/B2；三、四层分段A3/A4、B3/B4吊装至既定的车间中组胎位，进行中组作业，形成4个中组组块A1+A2，B1+B2、A3+A4、B3+B4。中组完成后转运至涂装车间冲砂、油漆。

分段中组是基于工厂完备的设施条件和先进的建造工艺，其核心目的是建造工序前移。分段中组后，轮机管系、电气、通风、舾装等施工作业可以大面积展开，这些大舾装专业施工作业提前进行，意味着原本需要到外场大合拢进行的工作提前到工厂内场就可以完成。外场夏天天气炎热，冬天寒冷不已，再加上外场经常风吹雨淋，作业环境非常恶劣。把外场的工作提前到内场施工，施工的作业环境大大改善，既安全又方便，施工质量得到了保障，同时生产效率也大大提高。而工序前移也大大的缩短了外场的合拢周期，大大的节约了整个升压站的交付工期。

3.5 上部组块外场总组

四个中组分段涂装作业完成后，依次转运至外场，将一、二层的两个中组段左右总组，三四层两个中组段左右总组，组成两个总段（1层+2层=C总段、3层+4层=D总段）。

总组阶段，室内设备提前进舱，升压站舱室内部施工作业与室外作业同步进行，舱室内管系、电气、通风、舾装等安装工作同时交叉作业，按照施工工序各专业有条不紊的开展工作。总组的实施进一步缩短了外场的建造周期，生产流程上得到了优化，促进了区域舾装施工工作，真正意义上实现了设计、生产、项目管理的一体化。

3.6 上部组块外场大合拢及发运

总段C＼D总组的同时进行电气、通风、铁舾、内装的同步施工，待二层主变、GIS、柴发等主要设备进仓后，把建造完成的总段D吊装至总段C处进行大合拢，形成上部组块。大合拢后继续进行电气、管系、通风、舾装等剩下作业的施工，最后进行整体涂装，调试完成后吊装上运输工程船，绑扎后发运至海上风电场。

上部组块在装船之前需在码头称重，称重装置额定容量不应小于1.25倍的整体重量。上部组块整体吊装时钢丝绳竖直方向上不能有超过5°的角度，建议使用吊架以保证钢丝绳竖直。运输过程中应在上部组块4个主柱的下端，设置至少4组加速度传感器、4组倾角仪，用于检测和记录运输和安装全过程的竖向和水平向加速度、横向和纵向倾角值。

4 “三峡大丰”海上升压站下部组块建造方案研究

下部组块由导管架和基础桩组成。导管架型升压站平台是由钢管基础桩通过导管架以固定于海底的一类结构物，导管架本身具有足够的刚性，以保证平台结构的整体性，从而提高平台抵抗自然载荷的能力。

基础桩由4个圆管筒体组成，筒体内部设有导向块，制作完成后发运到海上打桩安装。基础桩由于是大直径、高强度材质的圆钢管，市场上一般没有这样的成品管，为此采用高强度钢板圈圆焊接而成。筒体圈圆焊接时，筒体上下纵缝要错开90度以上。对这类重要构件的焊缝，采用全焊透，焊后进行100%UT超声探伤；对卷圆纵缝和横向环缝的交叉点，还有增加局部焊缝100%RT射线探伤，以保证筒体的焊接质量。

导管架是由4根主导管和联接附属件焊接组成的一个导管框架模块，制作完成后发运到海上安装。到达海上风电场指定位置后，先安装导管架，然后基础桩穿过导管架的4根主导管插进去打桩，打桩完成后，最后将导管架通过吊装提起来焊接在基础桩上。

插桩时理论上有两种建造方案：第一，先打4个基础桩，后安装导管架；第二，先安装导管架，后打基础桩。为什么选择第二种方案呢？因为第一种方案4个基礎桩的垂直度难以保证；先打基础桩，四个基础桩的桩心距难以控制，后续再安装导管架很容易套不进去。而第二种方案，只要保持先安装的导管架是水平的，后续基础桩打桩时就基本是垂直的。先安装导管架可以很好的控制基础桩打桩的桩心距，以保证基础桩安装的垂直度。

5 结语

海上升压站可以通俗的理解为陆上变电站经过设计优化，适用于海上环境的“变电站”。

海上升压站作为整个海上风电场的“心脏”，发挥着积极重要的功能。同时海上升压站通常都是短周期建造项目，要快速完美的建造一个具有高集成系统功能的人工“心脏”，选择合适的建造方案是整个海上风电场后续顺利运行的关键。