海上风电监测检测技术详解-精课件.pptx

1、2 海上风电安全监测2.1 监测监测目的及意义目的及意义 1）基础结构长期处于风荷载、波浪荷载、潮流、海水腐蚀等作用，目前结构监测是评估风机基础结构安全状态唯一手段。2）掌握风机基础与塔筒结构的状态变化，及时发现不正常迹象，分析原因并采取相应的措施，以确保风机安全稳定运行。3）通过对各项监测数据的整理、分析和研究，真实反映出风机基础与塔筒结构在风机运行过程中的性态变化规律，及时预报和预警结构性态异常；验证设计参数为以下阶段设计优化提供数据支撑；检验施工质量，对施工工艺和技术优越性进行评估和判断。2.2 相关规范规定相关规范规定2 海上风电安全监测2 海上风电安全监测2.3 基础结构形式基础结构

2、形式为承受海上强风载荷、海水腐蚀、海浪冲击等，海上风力机组基础为承受海上强风载荷、海水腐蚀、海浪冲击等，海上风力机组基础结构建设远比陆上复杂，技术难度高，耗费成本高达总成本的结构建设远比陆上复杂，技术难度高，耗费成本高达总成本的15%25%。根据不同的海床条件、水深、风机和环境情况，海上风场的基础。根据不同的海床条件、水深、风机和环境情况，海上风场的基础结构主要以下结构主要以下5种主要形式：种主要形式：(1)(1)重力式：成本低、稳定性高；体积和重量大，不便于运输重力式：成本低、稳定性高；体积和重量大，不便于运输(2)(2)桩式：结构简单、安装方便桩式：结构简单、安装方便(3)(3)吸力式：可

3、克服海床底部安装基础结构受水深限制的缺点吸力式：可克服海床底部安装基础结构受水深限制的缺点(4)(4)行架式：刚度和强度，适合于深海水域行架式：刚度和强度，适合于深海水域(5)(5)浮体式：可克服在海床底部安装基础结构受水深影响的缺点浮体式：可克服在海床底部安装基础结构受水深影响的缺点 塔架水平面桩基础下部结构海底海床叶片监测叶片监测垂直度、振动、倾斜倾斜、振动、应力应变、不均匀沉降等绕屈、应力应变等冲刷、应力应变、腐蚀扥监测空隙压力、土压力、应力应变等 结构监测：腐蚀、应力、不均均沉降、温度、振动、倾斜及冲刷等监测项目。2 海上风电安全监测 监测内容(1)(1)基础结构应力监测基础结构应力监

4、测 监测目的：监测目的：了解基础结构在风机运行过程中的应力变化情况。监测仪器：监测仪器：采用钢板应力计、钢筋计、应变计、土压力计等钢板应力计、钢筋计、应变计、土压力计等。布置位置：布置位置：单桩一般布置在泥面附近泥面附近、变径段及基变径段及基础顶法兰下部；导管架础顶法兰下部；导管架基础多布置在斜基础多布置在斜撑杆与主筒体及撑杆与主筒体及套管连接套管连接处、水平撑杆与主筒体及套管连处、水平撑杆与主筒体及套管连接处接处。注注：1 1）单桩单桩一般按照一般按照主主风向沿环向对称风向沿环向对称布置；布置；2 2）对于）对于钢管桩与桩套管之间采用灌浆连接的，灌浆料的性能对风机基础的整体安钢管桩与桩套管之

5、间采用灌浆连接的，灌浆料的性能对风机基础的整体安全和结构稳定至关重要，因此需要对灌浆材料的应力应变进行监测，一般采用单向应变全和结构稳定至关重要，因此需要对灌浆材料的应力应变进行监测，一般采用单向应变计和无应力计进行观测（类似于水电工程的混凝土应力应变观测）。计和无应力计进行观测（类似于水电工程的混凝土应力应变观测）。2 监测内容 基础结构监测 高桩承台基础的监测内容与单桩基础基本一致，仅基础结构应力监测的内容及测点布置位置有所不同：关注重点：、承台混凝土应力：在承台混凝土内布置应变计、无应力计监测混凝土的应力应变情况；、承台钢筋应力：在承台受力主筋上布置钢筋应力计；、承台连接钢梁受力情况：在

6、承台连接钢梁上布置钢板应力计。2 监测内容 基础结构监测 (2)(2)不均均沉降及倾斜不均均沉降及倾斜监测监测 监测目的监测目的：基础倾斜及不均匀沉降设计及相应规范都有一定的要求，风机在运行过程中均不应超过该倾斜度 监测仪器：监测仪器：采用动态倾角动态倾角仪、静力水准等仪、静力水准等进行监测。布置位置：布置位置：布置在基础顶法兰附近，基础顶法兰附近，根据主风向布置。2 监测内容 基础结构监测 备注：备注：GBT20319-2017GBT20319-2017风力发电机组验收规范对塔架不均均沉降提出了对风力发电机组验收规范对塔架不均均沉降提出了对应的要求（塔架倾斜应不大于应的要求（塔架倾斜应不大于

7、8mm/m,8mm/m,由于基础不均匀沉降导致的塔架倾斜由于基础不均匀沉降导致的塔架倾斜应不大于应不大于3 mm/m3 mm/m；其他原因造成的倾斜不应大于；其他原因造成的倾斜不应大于5 mm/m5 mm/m）(3)(3)振动监测振动监测 监测目的：监测目的：风机运行过程中的结构振动频率应在一定的设计范围内，否则有可能出现共振的隐患，因此需要掌握风机基础的振动频率和振动幅值。监测仪器：监测仪器：采用振动加速度计振动加速度计进行监测。布置位置：布置位置：布置在法兰附近，法兰附近，根据主风向布置双向振动加速度计。(4)(4)基础腐蚀监测基础腐蚀监测 监测目的：监测目的：掌握基础阳极块的消耗及基础钢

8、结构保护电位情况。监测仪器：监测仪器：采用参比电极参比电极进行监测（腐蚀电位）。布置位置：布置位置：泥面和极端低潮位之间、极端低潮位和设计低潮位之间、设计低潮位和设计高潮位之间，根据需要布置参比电极。2 监测内容 基础结构监测 加速度计加速度计倾角计倾角计2 监测内容 基础结构监测 腐蚀测点安装附件制作腐蚀测点安装附件制作腐蚀测点（参比电极）安装腐蚀测点（参比电极）安装2 监测内容 基础结构监测 无应力计安装无应力计安装应变计安装应变计安装2 监测内容 基础结构监测 基础环钢板应变计安装基础环钢板应变计安装基础钢筋应力计安装基础钢筋应力计安装2 监测内容 基础结构监测 对于风机塔筒主要监测振动

9、、倾斜振动、倾斜。一般沿主风向在塔筒各段连接部位、塔筒顶部布置双向振动加速度计和双向倾角仪，以监测塔筒的振动频率、振幅以及倾斜等。2 监测内容 塔筒结构监测 塔筒部位仪器安装底座塔筒部位仪器安装底座塔筒部位仪器塔筒部位仪器塔筒顶部倾角仪塔筒顶部倾角仪2 监测内容 塔筒结构监测 塔筒部位仪器安装及电缆牵引塔筒部位仪器安装及电缆牵引2 监测内容 塔筒结构监测 (1)(1)结构应力结构应力 监测仪器：一般采用钢板应力计钢板应力计进行监测。布置位置：布置在导管架节点、升压站立柱上以及立柱与斜撑的节点上。(2)(2)结构倾斜结构倾斜 监测仪器：一般采用倾角仪倾角仪进行监测。布置位置：一般布置在升压站立柱

10、上。(3)(3)结构振动结构振动 监测仪器：一般采用振动加速度计振动加速度计进行监测。布置位置：一般布置在升压站立柱上。(4)(4)其他监测其他监测 不均均沉降、腐蚀等类似基础监测。2 监测内容 海上升压站 2 监测内容 海上升压站 浙江海上风浙江海上风电电项目项目海上升压站控制机柜海上升压站控制机柜江苏海上风电项目江苏海上风电项目海上升压海上升压站服务器机柜站服务器机柜2 监测内容 海上升压站 2 监测内容 冲刷监测 分析海底地形、地貌和海底障碍物的三维特征识别海底沉积物类型、底质确定海底冲刷沟的位置、规模、深度及冲沟发育情况判断防冲刷保护有效性2022年8月4日星期四冲冲刷刷监监测测目目的

11、的 自身持续演变基础改变流态周期变化多样最终表现形态流、涌、浪作用下，遇到强风、大浪更严重；基础改变海底局部海流流态，在其周围产生较高强度的水流紊动 和漩涡体系，对风机基础周边海床面产生冲刷作用。几天/几周/几个月/更长主要表现为形成各种形态的冲刷沟、槽。2 监测内容 冲刷原理 当流速较小时，冲刷坑形状为马蹄形；当流速增大时，冲刷坑形状近似圆形；而当流速再次增大时，冲刷坑形状似梨形。2 监测内容 冲刷监测 2 监测内容 冲刷监测 2 监测内容 冲刷监测 多桩冲刷情况整体较轻,风机基础周边最大冲刷坑深度约1.15m。2 监测内容 冲刷监测 2 监测内容 冲刷监测 2 监测内容 冲刷监测 电缆埋深

12、范围为-2.04m0.07m。路由电缆埋设情况2 监测内容 冲刷监测 3 检测 高应变检测 目的：1）确定钢管桩初打时具有的单桩竖向抗压极限承载力、检测桩身缺陷及其位置检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性完整性类别、分析初打时桩侧和桩端土阻力。2）复打测试，确定地基土经过休止，土体强度恢复后钢管桩所具有的桩竖向抗压极限承抗压极限承载力载力及桩侧和桩端土阻力分布，分析时间效应系数分析时间效应系数。高应变动力法检测布置图 高应变动力法检测典型成果图3 检测 高应变检测 冲击回波法检测冲击回波法检测 冲击回波法检测是利用应力波的垂直反射原理。钢管表面在冲击作用下产生多阶谐波信号，一部分应力波沿钢管表

13、面扩散传播，另一部分能量穿透钢管向混凝土传播，在钢管与混凝土界面，或钢管与海水界面，应力波将产生不同强度的多次反射波，多次反射波的相互叠加，使质点的振动能量有所改变，故波动能量的差异反映了钢管桩的结构差异及是否存在不密实等缺陷。通常波动能量越大，则钢管与混凝土的胶结越差，接触面存在不密实缺陷冲击回波法检测原理和测线布置见右图。混凝土钢管测线方向偏移距及点距接收换能器震源冲击回波法检测工作原理示意图冲击回波法测线（点）布置示意图3 检测 灌浆效果检测 测点典型能量时间曲线测线典型波列图测线冲击回波能量分布曲线图3 检测 灌浆效果检测 超声横波成像检测超声横波成像检测 超声横波反射成像利用超声横波

14、在混凝土内部传播时遇到波阻抗变化会产生反射的原理，对混凝土结构进行检测；类似于医学上的B型超声波。当超声波信号发出后，接受到信号的会被控制器进行处理，然后转移到电脑用合适的软件进行处理。超声横波反射成像采用合成孔径聚焦超声成像技术，通过将阵列小探头接收的超声信号合成处理而得到与较大孔径探头等效的声学图像，对接收到的信号作适当的声时延迟或相位延迟后再合成得到的被成像物体的逐点聚焦的声学图像。超声横波检测原理示意图3 检测 灌浆效果检测 超声横波成像检测利用单向脉冲反射技术反演钢管桩横向结构，并在计算机上通过专业软件将数据还原成钢管桩横向断面图像，通过断面图像判别钢管桩灌浆情况等，典型成果图如下。

15、超声横波成像检测成果图不密实区域3 检测 灌浆效果检测 3 检测 试桩试验 海上试桩海上试桩目的目的1）获取试桩桩在轴向荷载或水平荷载作用下的荷载荷载位移关系、荷载位移关系、荷载应变关系曲线应变关系曲线，检验单桩轴向极限抗压极限抗压、抗拔承载力抗拔承载力和水平临界承载力水平临界承载力、极限承载力极限承载力和地基土水平抗水平抗力系数力系数的比例系数m值等；2）通过内力测试了解在抗压、抗拔静载试验过程中的侧壁摩阻力、端阻力变化侧壁摩阻力、端阻力变化情况；3）通过内力测试了解水平静载试验过程中的弯矩变化弯矩变化情况；4）根据静载试验结果确定修正参数修正参数，为后续工程桩高应变检测提供修正参数。单桩竖

16、向抗压静载试验布置平面示意图抗压静载试验装置立面示意图海上试桩主要内容：抗压静载试验、抗拔静载试验、水平静载试验、内力测试。3 检测 试桩试验 现场照片3 检测 试桩试验 分布式光纤实测曲线3 检测 试桩试验 摩阻力成果图桩身弯矩成果图3 检测 试桩试验 海上风电结构安全监测管理系统数据管理统计分析系统管理项目管理监测数据图形管理报表逐步回归数据整编仪器配置测点配置相关设置已建模型分析数据维护历史数据查询在线监测报表查看创建报表过程线创建定制分布图极值判断误差判断相关图数据插值逐步回归分析分析配置权限管理用户管理仪器类型系统信息仪器名称仪器信息计算公式仪器厂家极限值监测分类监测项目监测信息联合公式坝段信息水库信息倾斜应力应变相关分析逐步回归已建模型分析逐步回归分析分析配置特征统计专业分析塔筒刚度圆振动频谱图极值统计变幅趋势分析报警腐蚀海上水文气象监测振动图形可视化成果发布信息订阅巡视检查偏航状态4 信息化 安全监测系统 4 信息化 结构监测系统 4 信息化 结构监测系统4 信息化 防腐蚀保护系统4 信息化 防腐蚀保护系统4 信息化 机组在线振动监测系统 海底光电复合缆在线监测子系统4 信息化 海缆在线监测系统4 信息化 海缆在线监测系统4 信息化 海缆在线监测系统4 信息化 叶片监测系统4 信息化 叶片监测系统