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海上升压站认证应该这么做

日期:2021-05-17    来源:鉴衡认证  作者:刘兆

国际风力发电网

2021
05/17
10:41
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关键词: 海上风电 海上升压站 海上风电项目选址

1 背景

2019年以来,我国海上风电的发展迅猛,2020年新装海上机组超过3GW,2021年初在建海上项目超过10GW,海上风电场的设计、生产和吊装等环节均进入了紧张的工程期。无论是设计院、风力发电机组供应商、海工厂家、船运和吊装公司,其业务都已经达到饱和状态。在可再生能源政策引导下,海上风电发展趋势将继续保持,鉴于陆上风电大开发阶段由于经验不足曾经出现过各种事故,现在面临风险更大、运维成本更高的海上风场,高速发展状态下的风险控制变得尤为重要,需要引起相关各方的足够重视。

海上升压站是海上风电场重要的组成部分,是整个风场的电力传输和集控的中枢节点,决定着整个海上风电场的成败与运行安全。海上升压站的认证作为风场项目认证中的一个组成部分,可以为业主和相关技术方提供一个完整的设计、制造、运输、安装和运行调试的把关工作,为风电场运行期的运维、再评价、再保险以及后期延寿提供完备的技术资料和文件支撑。

在国外,基于开发商和金融机构的风险把控要求,海上升压站认证已经成为项目开发的基本需求;国内这方面开展较少,2019年起,鉴衡与三峡、粤电等开发商在广东、福建开展了国内首批海上升压站认证的试点项目。

2 海上升压站认证内容

海上升压站认证流程依据国际电工委员会(IEC)执行文件IECRE OD-502,是设计和建设周期的全过程认证:从场址条件测量与勘探到升压站的设计、生产、运输安装最终调试交付,一直伴随进行着审核评估工作,并对关键部件的制造进行制造监督。海上升压站认证模块见下图。

2.1 场址条件评估

场址条件评估包括:风载、水位、波浪、海流、海冰、雪载、地质和地震诸多因素。根据NB、API以及DNV标准要求,海上平台的设计载荷工况重现期至少为100年,设计方一般采用仿真方式外推计算100年一遇的极端情况,同时根据海上升压站的设计寿命,结合实测数据拟合得到疲劳风浪谱,作为整个设计的输入条件,以上内容中的原始数据和数据处理过程是认证公司需要进行评估的。升压站点位位置的地质条件、土层取样和力学性能试验结果以及最终提交设计使用的地质条件报告(包括冲刷情况)同样需要认证方进行详细评估。

2.2 设计准则

目前国内海上升压站多采用NB/T31115-2017 《风电场工程110kV~220kV海上升压变电站设计规范》作为设计准则,其中具体设计计算则参考API或者DNVGL标准进行,下表为海上升压站设计常用参考标准。

表1.海上升压站设计相关标准

2.3设计评估

海上升压站设计评估包含:总体布局评估、结构设计评估、电气部件(一次和二次)评估、通用机械评估、消防系统评估、逃救生评估和防污染评估。

对于海上升压站总体布局,最下层甲板高度、舱室的布置和逃生集合区以及通道的合理性,均为认证机构所关注的问题,在审图和现场制造监督过程中,需进行详细的检查工作。

在结构设计方面,由于海上升压站的功能较为简单,涉及的部件主要为电气部件,多数为无人值守平台,功能可以远程关闭,其事故后果多为经济方面损失,对于人员安全以及环境污染风险较低。因此,根据API或ISO标准,海上升压站暴露等级L3,该等级的平台对于100年一遇的波列并不要求采用最大浪高进行计算,具体浪高累计概率一般由设计院根据自身经验予以确定。

表2.海上平台等级划分

上部组块和支撑结构的结构设计包含多种组合工况的计算,大的工况包含施工工况、在位工况和意外工况。其中施工工况包含陆上起吊、上船、运输和海上安装等工况;在位工况则根据平台等级进行环境载荷的处理与耦合(包括海底冲刷考虑),进行多角度方向的极限强度计算,并根据疲劳波浪谱进行疲劳寿命计算;意外工况至少要包含船撞工况,碰撞船可能为运维船、渔船等特定船只,需要在设计前期进行一定合理的假设。

电气部件评估则对升压站的电气关键设备选型和设计进行评估,包括主变压器、GIS、开关柜、过电压保护、绝缘接地、站用电、应急电源、蓄电池、电缆敷设、继电保护、通讯与监控系统和防雷等设计。

通用机械评估包含暖通、给排水等方面;消防系统评估对防火和灭火设计和设施进行合规性审查;逃救生主要对逃救生设备进行审查,包括救生筏、救生衣和急救设施等;防污染主要关注污油水收集设施、生活污水回收和垃圾存储方面。

2.4 制造监督

认证机构需要对海上升压站的关键部件和结构进行制造监督,根据生产制造方的情况制定制造监督的工作范围。从专业上分,结构方面需要熟悉设计报告中关键限制参数,例如高应力热点位置、无损探伤等级等,制造监督时进行设计图纸到制造蓝图的转化一致性审查,制造方案和工艺的审核以及关键制造和检测验收过程的见证(例如主承载结构的制造和焊缝检测),确保制造完成的产品符合预期设计要求;机械方面主要在舾装过程中进行见证监督,对标识、柴油系统、舱室暖通和防火封堵等方面进行检查,对升压站用吊车进行一致性检查;电气方面着重进行关键电气部件生产的驻场监督,出厂试验和上部组块的联调审核,并对电气接地和防雷进行重点检查。此外还有消防、安全和防污染等专业在最终上部组块运输前进行各自专业的检查监督。

2.5 运输和安装监督

运输和安装工况的计算与方案涉及到设计院、制造厂、船运和吊装公司,同时,由于升压站的制造工期长,吊装和运输方案往往进行迭代修改,需要格外注意。运输和安装监督中需要确保相关负责方严格执行ISO9001体系确保施工质量,见证升压站的海运和安装,确保运输和安装过程与运输安装方案一致(海况限制条件以及吊装后的质量检查)和过程的合规性。

在安装完成后确保进行了相关部件的检查,以发现过程中可能发生的损伤。如有损伤,应进行影响分析和必要的修复,确保妥善处理。

2.6 调试监督

认证机构首先对调试方案进行评估,检查方案的充分性和合理性,并在调试过程进行见证,确保方案内容得到具体实施且最终调试报告真实完整。

海上升压站调试可能存在岸上联调和海上联调两个部分,认证机构均需要进行相关工作和见证。

2.7 最终评估

最终评估是在全部认证工作完成后进行的文档和符合证明梳理工作,确保文档的可追溯性以及偏离标准项得到声明。

3. 海上升压站认证挑战

3.1 海工标准识别

海工行业是一个历史悠久的传统行业,其标准体系已经相当完备且数量巨大,海上升压站的设计标准涉及我国的能源标准NB、我国的石油平台标准SY(等同美国石油协会标准API)、挪威标准NORSOK、挪威船级社标准DNVGL、国际标准化组织标准ISO以及国际防腐协会标准NACE等。庞大的标准体系对于风电机构的能力建设是一个考验,各个标准之间的差异识别以及对比也需要格外注意。

3.2 海工计算能力

海上环境仿真程序主要有荷兰的SWAN、丹麦的MIKE21和美国的WAVEWATCHIII,可以仿真计算波高、波向等波浪场参数,并完成波浪参数推算、不同重现期波浪场模拟分析。海工平台计算程序当前主要有美国的SACS以及SAP2000、DNVGL的SESAM等。以上程序不同于陆上风电常用的仿真软件,需要能力建设以完成设计评估工作。

3.3 信息与信任传递

我国存在庞大的工程勘察和设计的资质体系系统,勘察和设计院内部的项目管理方式(包括项目数据传递、计算过程和文件汇总等工作),对于业主往往是保密和不透明的。认证机构则需要在其中发挥第三方作用,使数据和过程得到审核,并对文件的保存予以确定,在评估报告中向业主方予以澄清说明。

在设计院内部,在上部组块和支撑结构设计涉及到多设计部门的接口数据传递以及后续工况对应组合处理的问题。由于设计存在WSD和LRFD两种方法,如果在方法的选取上部门之间存在不同,数据转换的合理性也需要注意理清。

4. 结语

综上,海上升压站认证是一个帮助业主把控风险的工作,认证的流程与风电标准并无明显差异,而海工领域的专业知识则对认证机构提出了新的挑战。

作为国内最早开展海上风电项目检测认证实践和标准研究的第三方机构之一,鉴衡早在2008年即参与了我国最早的海上风电场——东海大桥项目的认证,为该项目提供了大量的计算和技术服务。经过十余年风电业务以及国际能源署(IEA)合作项目的经验积累,鉴衡已经完成了海工标准识别和能力建设工作,具备了主流海工计算程序的使用以及设计评估经验,并在广东省阳江市成立了国家海上风电装备质量监督检验中心,为后续为海上风电项目提供更好的服务建立了良好的平台。


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