专家报告 ｜ 第24期 海上风电项目安全监测技术交流▇∏

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52监测网专家报告分享-第24期

海上风电项目安全监测技术交流

顾龙声 交通运输部天津水运工程科学研究院天津水运工程勘察设计院

目录

一、企业情况

二、监测背景及意义

三、项目概况

四、技术手段

五、云平台及其系统优势

内容简介

一、企业情况

天津水运工程勘察设计院，成立时间：1993年，隶属：交通运输部天津水运工程科学研究院。主要业务：水运工程勘察、设计、监测、检测。参与项目有滨海北区H2#400MW海上风电工程在线监测；江苏响水升压站安装项目就位区域物探调查、导航定位及检测；唐山乐亭菩提岛海上风电场安全监测。

二、监测背景及意义

由于海上复杂的外在环境因素和制造过程中的内在质量因素，海上风电行业升压站和风机基础运行的长期稳定性受到巨大挑战。在30年的全生命周期内，基础结构的可靠性受到业内的高度关注。因此对基础结构进行智能化安全监测势在必行！

风速影响，由于外部环境非常多变，风机承受不同风力影响。

腐蚀影响，腐蚀性比较大，承受力会因为腐蚀而降低。

基础结构影响，海上桩基基础因海况有所不同，会产生沉降、倾斜。

结构体振动，因自身设计的固有频率与运行期间的振动同步而发生共振。

风机运行异常

风机故障常从振动方面体现，因风机自身设计的固有频率与运行期间的振动同步而发生共振，根据振动信号进行监测是目前风力发电维护管理的主要手段。风机运行异常如不及时发现，就会损坏设备，严重影响正常生产。

海洋腐蚀

海上风电处于恶劣的海洋环境，不仅存在高盐度、高湿度等腐蚀问题，还存在物理性的碰撞损伤。海上风电场从基础结构到塔筒，机舱，各类机械零部件都面临着严重的海洋腐蚀问题。尤其是处于潮间带的基础结构由于钢结构表面的干湿交替更为频繁而使腐蚀加剧，所以腐蚀监测异常重要。

三、项目概况

本工程共安装20台风机机组以及1座海上升压站，其中单桩基础风机12台，桶型导管架基础风机8台。

常规监测项：倾斜、不均匀沉降（仅对桶型导管架基础及升压站基础）；

重点监测项：应力应变、冰压力、土压力、孔隙水压力、腐蚀性等（选择4台单桩基础、3台桶型导管架基础及海上升压站基础）;

全部实现监测智能化数据采集。

监测重难点

1、监测内容多，技术难度大

监测内容包括基础倾斜、应力应变、不均匀沉降及腐蚀电位；既有静态监测，又有动态监测；既有陆地安装，又有海上安装，涉及专业领域广。

2、监测数量多，分布广

基础监测数量多，分布广，水上交通时间长，有效工作时间短，对现场工作安全、有序的推进存在较大的管理难度。

3、监测数据多，反馈及时可靠

施工期，所有传感器的安装埋设位置、编号、走向、时间、埋设前后的数据，要及时整理，以免遗漏；运行期，要对所有的数据进行采集、分析，数据量巨大，要分析判别异常传感器，分析趋势，整理成相关报告，反馈必须及时可靠。

关键技术

四、技术手段

1、双向倾角仪

（双向）倾角仪工作原理：在一个系统内部初速度已知，就可以通过积分算出线速度，进而可以计算出直线位移，所以倾角仪其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。

倾角仪技术参数：量程：±10°； 精度：±0.5%F.S；耐水压：0.5MPa；工作温度：-25℃～60℃。

2、钢板应力计

钢板应变计的工作原理：当被测钢结构应力发生变化时，将带动应变计产生变形，变形通过前、后端座传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的频率；电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出钢结构的应变量。同步测量埋设点的温度值。

钢板应变计技术参数：量程：3000με；标距：150mm；耐水压：0.5MPa；分辨力：0.1%F.S； 温度范围：-25～60 ℃。

3、冰、土压力计

冰、土压力计的工作原理：振弦式压力计主要由承压膜、夹弦器、钢弦以及线圈组成，其中钢弦被预加一定张力通过夹弦器固定于承压膜上。根据经典弦原理，当弦长一定时，钢弦固有频率的平方同弦的张力成正比关系。当外界土体（或冰）压力作用于承压膜上使其发生微小变形，从而导致固定于承压膜上的钢弦张力发生变化，钢弦固有频率亦随之改变。通过测量钢弦固有频率的变化，即可得被测土体（或冰）应力。

冰、土压力计技术参数：量程：3.0MPa；精度：±0.5%F.S；耐水压：0.5MPa；工作温度：-25℃～60℃。

4、静力水准仪

静力水准仪的工作原理：压差式变形测量系统由多个压差式变形测量传感器（即静力水准仪）通过一根充满液体的PU 管连接在一起，最后连接到一个储液罐上（如系统连接示意图）。将储液罐及其附近的压差式变形测量传感器视作基点，通过测点压差式变形测量传感器的数据变化直接测得该点的相对沉降。（实际即为连通器原理）

静力水准仪技术参数：量程：150mm；精度：±0.1%FS。

5、渗压计

渗压计的工作原理：根据经典弦原理，钢弦在弦长及受力一定情况下，其固有频率是固定的。当弦长一定时，钢弦固有频率的平方只同弦的张力成正比关系。当外界水压通过透水石作用于渗压计承压膜上使其发生微小变形，从而导致与承压膜相连接的钢弦张力发生变化，其固有频率亦随之改变。钢弦固有频率的平方与膜片上水压力成正比关系，通过测量钢弦频率的变化，即可得知被测孔隙水压大小。

渗压计技术参数：量程：0.7MPa；灵敏度：0.025%FS；温度范围：-25～60 ℃。

五、云平台及其系统优势

系统优势

将结构健康监测与物联网、云计算、大数据等技术紧密结合，建立一套完整的海上构筑物基础在线监测系统

传统人工检测技术与在线监测技术的互补与结合，形成了完整的，实时的，有效的基础设施安全监测系统，很大程度上满足了当前的行业需求。

基本功能

实时监测——对工程结构变形、受力等自动化在线监测，实时掌握结构整体施工/运营的安全状态。

报表推送——监测结果实时发布，定期将监测报表推送给用户。

安全预警——数据异常时，第一时间以短信、邮件等形式通知用户。

紧急预案——就实时监测数据和预警信息，提醒业主采取相应措施

趋势分析——对结构运行期的数据分析与安全评价，可实现结构稳定性趋势分析。

参考依据——监测数据的存储，为今后同类工程设计、施工提供类比依据。

系统预警

信息推送

海上风电项目安全监测技术交流

顾龙声 交通运输部天津水运工程科学研究院天津水运工程勘察设计院

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