張登科

中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司 廣東 廣州 510663

引言

中國能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計研究院有限公司（以下統(tǒng)稱廣東院）高度重視海上風(fēng)電項目安全生產(chǎn)工作，著力聚焦“十二個到位”、“十五條硬措施”和“六個必須”剛性落實，為進(jìn)一步防范化解海上風(fēng)電項目安全生產(chǎn)風(fēng)險，成立了海上風(fēng)電安全管理工作專班、明確了主要工作任務(wù)，制定了安全技術(shù)專項行動實施方案，深入推進(jìn)海上風(fēng)電安全生產(chǎn)技術(shù)管理及應(yīng)用工作。

1 設(shè)計方面

海上風(fēng)電是我國新能源發(fā)展的重大戰(zhàn)略舉措和必然趨勢，亦是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的最佳途徑。然而，海上風(fēng)電場所處環(huán)境異常復(fù)雜，臺風(fēng)災(zāi)害問題突出，海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)的安全受到嚴(yán)重威脅。風(fēng)機基礎(chǔ)作為支撐海上風(fēng)機的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，一直是海上風(fēng)電設(shè)計中的難點和熱點，準(zhǔn)確預(yù)測和有效保障臺風(fēng)多發(fā)區(qū)海上風(fēng)機基礎(chǔ)的安全和穩(wěn)定性，已成為海上風(fēng)電規(guī)模化發(fā)展的一項重大現(xiàn)實需求和關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，備受社會各界關(guān)注[1]。

1.1 基礎(chǔ)設(shè)計

廣東院聚焦于臺風(fēng)多發(fā)區(qū)海上風(fēng)電固定式基礎(chǔ)設(shè)計領(lǐng)域中的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)難題，系統(tǒng)開展了極端臺風(fēng)條件下多荷載耦合模擬、交變載荷下結(jié)構(gòu)樁-土相互作用變形機理、復(fù)雜地質(zhì)下的新型固定式基礎(chǔ)研發(fā)及工程應(yīng)用。圍繞產(chǎn)學(xué)研思路，自主研發(fā)了國內(nèi)首個吸力桶基礎(chǔ)、大直徑導(dǎo)管架基礎(chǔ)、芯柱/植入嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ)、超大直徑單樁基礎(chǔ)等多種新型固定式基礎(chǔ)，實現(xiàn)了不同水深、地質(zhì)、風(fēng)況和海況環(huán)境的應(yīng)用，解決了大容量機組基礎(chǔ)設(shè)計、淺覆蓋層嵌巖及深厚軟土層大直徑單樁應(yīng)用的難題，實現(xiàn)了海上風(fēng)電下部支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計研發(fā)領(lǐng)域的跨越性突破，推動了海上風(fēng)電的規(guī)模化發(fā)展。

臺風(fēng)多發(fā)區(qū)海上風(fēng)電固定式基礎(chǔ)設(shè)計研究成果已成功應(yīng)用于三峽新能源陽江沙扒 300MW 海上風(fēng)電場工程（國內(nèi)首個吸力桶導(dǎo)管架基礎(chǔ)）、三峽沙扒二期海上風(fēng)電場項目（國內(nèi)首臺芯柱嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ)、國內(nèi)首臺植入嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ)、國內(nèi)首臺大直徑非嵌巖導(dǎo)管架基礎(chǔ)）等20余個大型海上風(fēng)電場項目，目前均已并網(wǎng)發(fā)電，完成了工程竣工驗收[2]。對于其他超過40m水深的近海深水場址，在粵西(陽江為主)和粵東規(guī)劃的深水區(qū)海上風(fēng)電場址中，目前也有大批項目正在采用新型固定式基礎(chǔ)進(jìn)行研究和設(shè)計。

1.2 在線監(jiān)測

每臺風(fēng)機配置風(fēng)機振動在線狀態(tài)監(jiān)測與分析系統(tǒng)（CMS），形成風(fēng)機-塔架振動監(jiān)測；對每臺風(fēng)機的塔筒進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測和垂直度監(jiān)測。可對風(fēng)力發(fā)電機組的機械的健康狀態(tài)運行狀態(tài)進(jìn)行有效的在線監(jiān)測，并對設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)做出評估(屬于正常還是異常) ，當(dāng)機組處于異常狀態(tài)時，系統(tǒng)發(fā)出警告或報警，并可對報警部位進(jìn)行進(jìn)一步的故障分析和處理。加裝一套在線全自動的絕緣電阻監(jiān)測裝置，可方便的安裝于發(fā)電機控制柜內(nèi)?？稍诎l(fā)電機停運狀態(tài)下自動檢測其繞組及線圈的整體絕緣水平，并在絕緣不良時觸發(fā)閉鎖或遠(yuǎn)程報警信號，避免運行人員將存在絕緣缺陷的發(fā)電機投入運行，導(dǎo)致啟動故障。檢修維護(hù)人員可以提早做好檢修計劃，防止意外事故的發(fā)生并避免非必要的停機和支出昂貴的發(fā)電機維修費用。

1.3 通信聯(lián)絡(luò)

為提高調(diào)度的可靠性，適應(yīng)繼電保護(hù)、電力系統(tǒng)自動化和數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊?，廣東院采用光纖通信方案，通過光纖信號將海上升壓站各系統(tǒng)業(yè)務(wù)信息傳送至陸上集控中心、廠外主站系統(tǒng)，并配置應(yīng)急通信系統(tǒng)設(shè)備，保障施工作業(yè)通信及風(fēng)電場投運后的應(yīng)急通信。主要措施如下：通過在海上升壓站和陸上集控中心建立運營商基站，實現(xiàn)海域的手機信號全覆蓋，有效保障海上風(fēng)電場運行期間的通信；為保證海纜故障時，仍能對海上升壓站進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控，設(shè)置一套微波通信設(shè)備，作為后備通信方式，海上升壓站設(shè)置放射點，陸上集控中心內(nèi)設(shè)置接收端；在直升機平臺設(shè)置直升機導(dǎo)航系統(tǒng)NDB無線信標(biāo)機和直升機HMS系統(tǒng)，用以引導(dǎo)直升機準(zhǔn)確地找到直升機平臺的具體方位和檢測平臺狀態(tài)及環(huán)境狀態(tài)，為直升機降落提供完整準(zhǔn)確的信息數(shù)據(jù)；設(shè)計海上升壓站平臺海事通信及航警接收系統(tǒng)，承擔(dān)海上升壓站平臺內(nèi)部通訊、平臺與周圍附近工作船只之間的通訊、平臺處于緊急情況下提供緊急通訊，航警接收系統(tǒng)用于自動接收航行警告、氣象警告和搜救行動等海上安全信息[3]。

2 施工方面

海上風(fēng)電場建設(shè)施工作業(yè)主要有海上吊樁、穩(wěn)樁、錘擊和導(dǎo)管架基礎(chǔ)等基礎(chǔ)工程施工，以及風(fēng)機、海上升壓站和海底電纜等設(shè)備設(shè)施安裝；施工設(shè)備主要有打樁錘、起重船、敷設(shè)船、交通船、駁船、錨艇、拖船和海上風(fēng)電施工平臺，存在的安全風(fēng)險主要有淹溺、溜樁、觸電、起重傷害、高處墜落、物體打擊和樁靴穿刺，主要采取如下安全生產(chǎn)技術(shù)措施。

2.1 基礎(chǔ)施工

2.1.1 導(dǎo)管架基礎(chǔ)施工階段，導(dǎo)管架吊裝定位時，待施工船舶/平臺插樁穩(wěn)定后或低平潮涌浪較小鉤頭不晃動時作業(yè)；在起吊前用專用繩索將鋼絲繩捆綁系掛在吊點上，防止鋼絲繩在起吊未受力時滑脫；起吊導(dǎo)管架前對兩側(cè)鋼絲繩捆綁狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)；做好警戒隔離，起重工作區(qū)域無關(guān)人員不得停留或通過；定期檢查導(dǎo)管架吊點無腐蝕和裂紋，確保吊點符合強度要求；定期進(jìn)行探傷檢測；導(dǎo)管架安裝穩(wěn)固，力矩限制器無鉤頭重量顯示方可松鉤。

2.1.2 筒型基礎(chǔ)施工階段，施工前應(yīng)當(dāng)檢查各個操作人員位置狀態(tài)及相關(guān)儀器設(shè)備，并根據(jù)筒型基礎(chǔ)安裝角度預(yù)先設(shè)定船舶停放位置，浮運平臺距離指定安裝位置約1km處停止航行觀測潮位，等待到高潮位前1～2h安裝船駛向指定安裝位置并調(diào)整船舶角度；下沉前通過向筒型基礎(chǔ)艙內(nèi)充氣穩(wěn)定各吊鉤受力，下沉過程中實時觀測吊鉤受力，到達(dá)設(shè)計數(shù)值后停止放氣下沉，放松纜繩，調(diào)整吊鉤受力，多次操作，防止吊鉤突然受力損壞；完成基礎(chǔ)下沉安裝后，應(yīng)當(dāng)利用拋錨/拖輪保持浮運平臺位置穩(wěn)定、盡量遠(yuǎn)離筒型基礎(chǔ)，避免發(fā)生碰撞。

2.2 風(fēng)機安裝

2.2.1 風(fēng)機安裝平臺駐位前，做好施工場區(qū)前期地勘及成果資料分析、前期掃海和平臺站位選擇，嚴(yán)格按照操作手冊做好樁腿插樁、保壓等技術(shù)操作，施工過程派專人關(guān)注樁腿壓力變化，提前準(zhǔn)備應(yīng)急預(yù)案。

2.2.2 根據(jù)設(shè)備的種類、形狀和重量，應(yīng)選配適宜的起重船機設(shè)備、繩扣及吊索具，設(shè)備上的雜物應(yīng)清理干凈；設(shè)備吊裝時，風(fēng)速不應(yīng)高于相關(guān)規(guī)定。

2.2.3 風(fēng)機采取分體吊裝時，安裝塔架穿入法蘭螺栓過程必須盡可能緩慢，防止施工人員的腳、手被擠壓；底部塔架安裝完成后必須立即接地，風(fēng)機及其塔架安裝就位后必須立即連接引雷導(dǎo)線；機艙及葉輪吊裝時，采用船舶牽帶纜風(fēng)繩時，船舶必須拋錨；設(shè)備固定連接螺栓達(dá)到技術(shù)要求的緊固力矩后，方可松開吊鉤、移除吊具。

2.3 海上升壓站上部組塊安裝

2.3.1 海上升壓站運輸、吊裝專項施工方案編制人員應(yīng)熟悉作業(yè)區(qū)域的地質(zhì)條件、海況、航道、水深等情況，并組織專家進(jìn)行評審，經(jīng)審核通過后方可實施。

2.3.2 海上升壓站海綁和運輸前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)船運裝載方式及綁扎方案，通過有限元分析軟件，建立運輸方案的有限元模型，規(guī)劃航線，確認(rèn)海纜路由，模擬運輸船在給定的航行條件中的航行，分析船舶在多種荷載工況下的鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力及變形，保證結(jié)構(gòu)在運輸過程中的安全，保證運輸過程中船舶和貨物的安全。

2.3.3 海上升壓站整體吊裝前，應(yīng)檢查確認(rèn)所用吊裝索具的完好性、可靠性，并按照有關(guān)專項施工方案內(nèi)容要求試吊；應(yīng)當(dāng)采用重力加速度測量儀，對吊裝時水平和豎向加速度實時監(jiān)測，確保滿足海上升壓站吊裝有關(guān)技術(shù)文件要求。

2.4 海纜敷設(shè)

2.4.1 海纜敷設(shè)船舶應(yīng)當(dāng)進(jìn)行運輸穩(wěn)性計算、坐底強度計算、系泊計算等，確保船機性能、狀態(tài)參數(shù)滿足安全要求。

2.4.2 施工前，應(yīng)對設(shè)計海纜路由區(qū)域進(jìn)行掃海預(yù)調(diào)查并繪制路由路徑區(qū)域詳細(xì)地貌圖；必須針對船舶拋錨、起錨作業(yè)制訂安全技術(shù)措施，船舶錨泊期間，應(yīng)嚴(yán)格管理，防止船舶因走錨危及海纜安全。

2.4.3 在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格監(jiān)控海纜牽拉拉力和速度等數(shù)據(jù)，通過海纜敷設(shè)系統(tǒng)中的牽引機拉力檢測系統(tǒng)實時檢測海纜張力情況，適時調(diào)整絞錨速度以及牽引機放纜速度來調(diào)整海纜的張力，確保在規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計范圍內(nèi)安全施工。

2.5 防臺風(fēng)方面

海上風(fēng)電場建設(shè)涉及的船舶種類和數(shù)量多，防臺風(fēng)工作要根據(jù)風(fēng)場海域位置實行“一船一預(yù)案”，特別是南海生成的“土臺風(fēng)”，臺風(fēng)一旦生成命名，再進(jìn)行船舶疏散和人員撤離，時間是十分緊張的，而且疏散和撤離風(fēng)險是極大的，很容易陷入被動局面。因此，在臺風(fēng)季節(jié)，需要加強關(guān)注熱帶擾動，并預(yù)判熱帶擾動未來的生成過程和移動趨勢，提前確定施工暫停、船舶疏散和人員撤離節(jié)點。

3 信息化建設(shè)方面

廣東院以正在執(zhí)行的青洲一、二海上風(fēng)電項目和揭陽神泉二海上風(fēng)電項目為依托，以安全生產(chǎn)技術(shù)管理及應(yīng)用為出發(fā)點，自主開發(fā)了海上風(fēng)電項目安全生產(chǎn)智慧系統(tǒng)，主要包括海上人員多維動態(tài)管控、遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、海上風(fēng)電建設(shè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字管理、海上風(fēng)電建設(shè)過程數(shù)字孿生指揮調(diào)度系統(tǒng)等多個方面。

3.1 海上人員多維動態(tài)管控

結(jié)合登離船一體機、智慧安全帽、AIS人員落水示位標(biāo)實現(xiàn)多手段融合的方式實現(xiàn)人員出海狀態(tài)、防疫信息、人員實時定位、落水營救的綜合管控，并通過可視化方式實現(xiàn)人員的分類管控和動態(tài)管理。

3.2 遠(yuǎn)距離海上風(fēng)電建設(shè)綜合通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

搭建一套滿足海上風(fēng)電建設(shè)實時通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案：將基于海上風(fēng)電場船載微波通信技術(shù)，融合AIS系統(tǒng)、VHF海事電臺等多種設(shè)備相融合的方式實現(xiàn)海上風(fēng)電建設(shè)過程中的多維通信網(wǎng)絡(luò)布設(shè)。滿足海上施工作業(yè)現(xiàn)場視頻實時回傳、人員即時通訊和辦公的需要的同時，保障現(xiàn)場船舶通訊的穩(wěn)定性和可靠性。通過船載微波通信技術(shù)，最遠(yuǎn)通訊距離達(dá)110kM時仍能夠穩(wěn)定回傳船載視頻信號。滿足深海、遠(yuǎn)海情景下的安全技術(shù)管控需求。

3.3 海上風(fēng)電建設(shè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字管理

立足現(xiàn)有的電力企業(yè)安全生產(chǎn)一級標(biāo)準(zhǔn)化的管理理念，融合海上風(fēng)電項目建設(shè)過程中的安全生產(chǎn)目標(biāo)管理需求，并結(jié)合建設(shè)方、監(jiān)理方和現(xiàn)場施工管理的需求定制化配置安全生產(chǎn)管理流程，形成了一套具有廣東院總承包項目管理特色的海上風(fēng)電場建設(shè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化及數(shù)字化管理技術(shù)。

3.4 海上風(fēng)電建設(shè)過程數(shù)字孿生指揮調(diào)度系統(tǒng)

搭建了一套基于B/S+M/S的海上風(fēng)電建設(shè)過程數(shù)字孿生指揮調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)，立足地理信息技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實現(xiàn)了海上風(fēng)電場廠址范圍內(nèi)的氣象及海底地質(zhì)三維可視化，真實還原了風(fēng)電場廠址范圍內(nèi)的氣象及海底地質(zhì)情況，實現(xiàn)利用AIS通訊進(jìn)行船舶狀態(tài)監(jiān)控，綜合人員動態(tài)管控、船舶管理、綜合通信網(wǎng)絡(luò)，并集成海上風(fēng)電建設(shè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化管理流程，為海上風(fēng)電場建設(shè)提供應(yīng)急指揮和調(diào)度功能，為船舶和人員安全提供可靠保障。

4 結(jié)束語

綜上所述，海上風(fēng)電場建設(shè)應(yīng)充分運用安全生產(chǎn)技術(shù)手段全過程管控風(fēng)險，在項目設(shè)計階段，充分考慮項目實施的風(fēng)險性，進(jìn)而確定安全技術(shù)方案，從設(shè)計角度為項目的實施及運行安全盡可能降低安全風(fēng)險；在項目實施過程中，組織技術(shù)力量從安全生產(chǎn)技術(shù)角度梳理作業(yè)過程每一環(huán)節(jié)的風(fēng)險，形成風(fēng)險分級管控資源庫，不斷推廣應(yīng)用先進(jìn)安全生產(chǎn)技術(shù)，促進(jìn)“安全是技術(shù)”理念深入人心。