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多罗星电气GULF介绍海上风机支撑结构的监测
作者: 发布日期:2020-07-31

  海上风机现在是一个比较收到关注的产品。海上风机可以非常有效的利用海上的风能,从而保证风能的利用效率。可能很多人奇怪海上风机是怎么在海上运行的,其实这涉及到海上风机的支撑结构。在这里多罗星电气GULF将为大家介绍海上风机支撑结构的监测。

  1 引言

  海上风机支撑结构包括风机基础及塔筒,属于重要性基础设施,是海上风力发电机组的支撑构件。近海风机结构所处环境十分恶劣,它不仅要承受海风、海浪、海流、潮汐、海冰、地震等多重作用,而且环境腐蚀、海生物附着、船只碰撞、材料老化、构件缺陷、机械损伤、基础冲刷、腐蚀疲劳和裂纹扩展的损伤积累等会进一步影响整个基础结构的工作性能,诸多不利因素都会导致近海风机基础结构的失效。因此,对近海风机结构进行从建造安装阶段到投入使用以后的全寿命期内的安全性监测,精确掌握各风机基础的服役状态,对于风机建设过程中基础设计的验证和优化,风机运行过程中基础安全性判定、损伤确定、寿命估计以及维修都具有重要意义。

  海上风机支撑结构具体的监测项目与监测比例通常结合风电场实际情况而定,如地基类型、基础结构形式、水深、土壤条件等。对海上风电场所有风机支撑结构进行监测是最理想的方式。然而受成本等条件因素限制,通常难以实现海上风机基础的“全量”监测。尽管如此,为了尽量准确掌握海上风机支撑结构状态信息,所监测的数量应不低于全场风机数量的10%,并根据实际情况覆盖最不利状况,增加监测数量与专项监测项目以获得额外的结构信息。

  海上风电机组支撑结构监测系统由传感器、数据采集器、服务器及软件、通信网络等组成,应具备采集、存储、分析、统计等功能。

  2 总体要求

  海上风机支撑结构监测方案的确定与业主具体需求紧密联系,要明确哪些监测项目是必须要做的,哪些是业主需要的监测数据,以确保为业主提供最佳的解决方案。此外,由于海上作业成本高,应尽可能在陆上进行安装工作,采用冗余设计,设备安装前在岸上进行全面的运行模拟;海上安装方便快捷,减少作业时间,降低出错率;保障数据安全,应用统一程序对各监测子系统进行集中监控。

  3 监测项目

  通常海上风机支撑结构需要重点关注的监测内容包括:

  · 冲刷监测;

  · 振动监测;

  · 位移与变形监测;

  · 应力/应变监测;

  · 腐蚀监测;

  · 环境因素监测等。

  3.1 冲刷监测

  在波浪和潮流的联合作用下,风机桩基础可能产生冲刷现象,会影响风机基础的稳定性与结构可靠性。风机基础冲刷涉及水动力、地质条件、桩径等因素,形成机理十分复杂,必需对海床水平、局部冲刷和侵蚀防护情况进行监测,采用防冲刷保护措施的风电场应对防冲刷设施进行维护。

  3.2 振动监测

  海上风机系统具有高度非线性,其动态特性随波浪与风力的变化而迅速变化。风力发电机组由于高度高,机械结构具有一定的柔性,且结构容易发生振动,对基础和塔架的振动特性进行监测分析,可判定其动力运行特性,主要监测内容包括振动加速度、振动速度、振动位移等。

  3.3 位移与变形监测

  海上风电支撑结构在复杂多变的风、浪条件联合作用下,所受载荷剧烈变化,特别是在强风、暴风或风机发电系统启动阶段,风机支撑结构剧烈运动,甚至会影响风机总体的使用寿命。海上风机支撑结构的位移与变形监测包括水平位移、垂向位移、不均匀沉降、倾斜、变形、裂缝、裂纹等。

  3.4 应力/应变监测

  海上风力发电机组基础应力应变监测可参考成熟的水利水电工程及海洋油气工程应力应变监测方案及经验。当应力应变监测变化规律正常,测值在经验值、规范、设计、试验规定的允许值内,可认为风电机组支撑结构应力应变安全状态正常。监测内容包括结构应力、土压力、环境载荷、船舶载荷等监测项目

  3.5腐蚀监测

  腐蚀是一种局部变化的现象,可能会发生不同种类的腐蚀,主要腐蚀的类型包括:化学腐蚀、电化学腐蚀、机械腐蚀、微生物腐蚀等。按具体的环境区域来划分,包括:海洋大气区腐蚀、浪溅区腐蚀、水位变动区腐蚀、水下腐蚀、泥下区腐蚀。在大多数项目中,只能测量总体平均腐蚀速率。确定和检测特定的腐蚀十分困难。

  腐蚀监测内容应包含阴极保护电位、外加电流、牺牲阳极外形尺寸、牺牲阳极的输出电流、钢筋混凝土腐蚀等。

  3.6 环境因素监测

  海上风电场生产运维作业过程受风、浪、流、潮汐等环境因素的影响,应根据风电场运维管理、结构安全评估等的需要,设计环境因素监测项方案。环境量素测,包括波浪要素、风速、风向、气温、水温等监测项目。

  4、结束语

  海上风机基础所处环境极其恶劣,实施风机支撑结构监测,有助于精确掌握海上风机支撑结构服役状态,实时掌握风机支撑结构状态的各种数据,对可能发生的结构破坏进行某种程度上的预警,及时反馈信息,避免造成风机主体结构的破坏或产生影响风机正常运行而造成的巨大经济损失,保证风机的正常使用寿命和安全性,并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的参数。

  然而,海上风机支撑结构安全监测未来需要做的工作还很多,监测系统的寿命究竟有多长,极限荷载条件下能否有效反映风机支撑结构状态还有待进一步验证。

  综上所述,通过多罗星电气GULF的介绍,海上风机的支撑结构显得更加明晰和容易理解。我们对于海上风机的了解也加深了不少。海上风机的支撑结构保证了海上风机能在海上发挥作用,所以定时而科学的监测手段是很有必要的。

 

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