海上(shàng)風(fēng)電基礎沉(chén)降自動(dòng)化監(jiān)測係統

服務範圍

海上風電基礎(chǔ)沉(chén)降自動(dòng)化(huà)監(jiān)測係統主(zhǔ)要(yào)針(zhēn)對海上(shàng)風電場(cháng)的各(gè)類基礎結構(gòu)(如(rú)單(dān)樁，導管(guǎn)架，重力式基(jī)礎等(děng))進行(háng)實(shí)時，長(cháng)期的(dí)沉降監(jiān)測。服務(wù)範(fàn)圍涵(hán)蓋從風電場建設(shè)初期(qī)的(dí)基礎施工監測(cè)，到運營期間(jiān)的(dí)長期(qī)安(ān)全監測，以(yǐ)及後期(qī)的維(wéi)護評估。監(jiān)測係(xì)統(tǒng)能(néng)夠(gòu)實現對(duì)基礎沉降(jiàng)量，傾斜度(dù)，水(shuǐ)平(píng)位移(yí)等(děng)關鍵(jiàn)參數(shù)的連(lián)續采集和分析，為風(fēng)電場(cháng)的(dí)安全運營(yíng)，結(jié)構維(wéi)護(hù)和合規(guī)性評(píng)估提(tí)供(gōng)數據支(zhī)持。

技術(shù)方(fāng)法

監測原理(lǐ)

該(gāi)係統(tǒng)采(cǎi)用多(duō)種先(xiān)jin技術(shù)相結合(hé)的(dí)方(fāng)法，實(shí)現對海上風(fēng)電(diàn)基礎沉(chén)降(jiàng)的高精度監測。主要技術包(bāo)括(kuò)：

全qiu導航衛星係(xì)統(tǒng)（GNSS）：通(tōng)過在(zài)風電基礎(chǔ)頂部安裝高精度GNSS接收機(jī)，實(shí)時(shí)接(jiē)收(shōu)衛星信(xìn)號(hào)，計算基(jī)礎的三維坐(zuò)標(biāo)變(biàn)化，從(cóng)而獲取(qǔ)沉降和水(shuǐ)平位移(yí)數據。GNSS技(jì)術具(jù)有(yǒu)全(quán)天候，高(gāo)精度(dù)的(dí)特點，能夠(gòu)滿(mǎn)足海上復雜環(huán)境下的監測(cè)需(xū)求。

傾角(jiǎo)傳(chuán)感器：在(zài)風(fēng)電基礎的(dí)不同(tóng)高(gāo)度安(ān)裝(zhuāng)傾(qīng)角(jiǎo)傳感器(qì)，測量基(jī)礎的傾斜角度變化(huà)。通(tōng)過(guò)傾(qīng)斜(xié)角(jiǎo)度和(hé)基礎高(gāo)度(dù)，可以計算出(chū)基(jī)礎頂(dǐng)部的(dí)水(shuǐ)平(píng)位(wèi)移和(hé)沉降量(liáng)。傾角(jiǎo)傳(chuán)感器具(jù)有(yǒu)安(ān)裝方便，成(chéng)本低，響(xiǎng)應快(kuài)等(děng)優(yōu)點(diǎn)。

光(guāng)纖傳(chuán)感(gǎn)技(jì)術(shù)：利(lì)用(yòng)光(guāng)纖光柵(zhà)傳感(gǎn)器(qì)(FBG)或(huò)分布式光(guāng)纖傳感技術(DTS/DSS)，對風(fēng)電(diàn)基(jī)礎的應變(biàn)和溫(wēn)度進行(háng)監(jiān)測。通過應(yīng)變分析可以(yǐ)反演(yǎn)基(jī)礎的(dí)沉降(jiàng)和變形情(qíng)況(kuàng)。光纖(xiān)傳感技術具有抗(kàng)電(diàn)磁(cí)幹(gān)擾，耐(nài)腐(fǔ)蝕(shí)，長(cháng)期穩(wěn)定性(xìng)好(hǎo)等特點，適(shì)用於海上惡劣環境。

水準測(cè)量：作(zuò)為傳(chuán)統的高精度測(cè)量方法，水準(zhǔn)測(cè)量(liáng)在(zài)係統校(xiào)準和定(dìng)期(qī)核(hé)查(chá)中發揮(huī)重要作用。通(tōng)過(guò)與自動(dòng)化(huà)監測數(shù)據進(jìn)行對(duì)比(bǐ)，可(kě)以確(què)保監測係統的準(zhǔn)確(què)性。

數據(jù)采集與(yǔ)傳(chuán)輸(shū)

監測係(xì)統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集(jí)采用分布(bù)式(shì)采集(jí)模(mó)式，在(zài)每(měi)個風電(diàn)基礎上安裝(zhuāng)數據采(cǎi)集(jí)終端，實時采(cǎi)集(jí)各類傳感器(qì)的數(shù)據。數(shù)據傳(chuán)輸(shū)通過無綫(xiàn)通信(如(rú)4G/5G，衛星(xīng)通信(xìn))或有綫通信(如(rú)海(hǎi)底光(guāng)纜(lǎn))方式發送(sòng)至陸上(shàng)數據中(zhōng)心(xīn)。為確(què)保(bǎo)數據的(dí)可靠(kào)性和(hé)連續性(xìng)，係(xì)統采用(yòng)多路徑備(bèi)份(fèn)傳(chuán)輸和數(shù)據(jù)加密(mì)技術。

數(shù)據處理與(yǔ)分(fēn)析

數據中(zhōng)心(xīn)接(jiē)收到監測數據(jù)後，進行以(yǐ)下(xià)處理和(hé)分(fēn)析：

數(shù)據預處理：對(duì)原始數(shù)據(jù)進行濾(lǜ)波(bō)，降(jiàng)噪(zào)，異常(cháng)值(zhí)剔(tī)除(chú)等處理(lǐ)，確(què)保數(shù)據(jù)質(zhì)量。

坐標轉(zhuǎn)換(huàn)與基準統(tǒng)一：將GNSS數據(jù)轉換(huàn)到(dào)統(tǒng)一(yī)的坐標(biāo)係統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不(bù)同(tóng)基(jī)礎之間(jiān)的沉降對(duì)比。

沉(chén)降量計算：根據(jù)傳(chuán)感器(qì)數(shù)據計(jì)算基(jī)礎(chǔ)的沉(chén)降量(liáng)，傾(qīng)斜度和(hé)水(shuǐ)平(píng)位移(yí)。

趨勢分析(xī)與預(yù)測(cè)：采用時(shí)間(jiān)序(xù)列分(fēn)析(xī)，回(huí)歸分(fēn)析(xī)等方(fāng)法，對(duì)沉降數據進(jìn)行趨(qū)勢(shì)預(yù)測，及時發現異常(cháng)沉(chén)降趨勢(shì)。

預警(jǐng)與(yǔ)報(bào)警(jǐng)：當沉(chén)降(jiàng)量(liáng)或(huò)沉(chén)降(jiàng)速率超(chāo)過(guò)設定(dìng)閾(yù)值(zhí)時，係(xì)統自動發出(chū)預警(jǐng)信息(xī)，通(tōng)知運維(wéi)人員(yuán)采取(qǔ)措施。

執(zhí)行(háng)標(biāo)準

海(hǎi)上風(fēng)電基礎沉降自(zì)動(dòng)化(huà)監(jiān)測係統的設計(jì)，施(shī)工(gōng)和運(yùn)行(háng)遵循以(yǐ)下標準(zhǔn)和(hé)規範：

國(guó)際(jì)標準：

ISO 17123 係列標(biāo)準(光(guāng)學和光(guāng)電測量(liáng)儀器(qì)的(dí)標(biāo)準)

IEC 61400 係列標準(zhǔn)(風力發電機組標(biāo)準)

ITU-R M.1371(海上移動通信(xìn)標(biāo)準(zhǔn))

國家(jiā)標準：

GB 50026-2020《工(gōng)程測(cè)量標準》

GB/T 28588-2012《全qiu導航衛星(xīng)係(xì)統(tǒng)(GNSS)測量規範(fàn)》

GB 50493-2019《石油化工工(gōng)程(chéng)可(kě)燃(rán)氣體和有毒氣(qì)體檢測報警設(shè)計(jì)標(biāo)準》(適用(yòng)於傳(chuán)感器安(ān)裝和(hé)報警(jǐng)設置)

行業標(biāo)準：

NB/T 31047-2013《海上風電場(cháng)工程(chéng)勘測規範(fàn)》

JGJ 8-2016《建(jiàn)築變(biàn)形測量規範》

DL/T 5445-2010《電(diàn)力工(gōng)程地(dì)基(jī)處理(lǐ)技(jì)術(shù)規程(chéng)》

數據(jù)精(jīng)度(dù)

係統(tǒng)的(dí)主要(yào)數據精度指(zhǐ)標如下：

GNSS 定位精度：平麵精(jīng)度±5mm + 1ppm，高程精度±10mm + 1ppm(靜態(tài)測量);實時動(dòng)態(tài)(RTK)模式下平(píng)麵精度(dù)±10mm，高程(chéng)精度±20mm。

傾角(jiǎo)傳感(gǎn)器精(jīng)度：±0.01°(測(cè)量範(fàn)圍±5°)。

光纖傳感器(qì)精(jīng)度(dù)：應變測量精(jīng)度(dù)±1με，溫度測量精度±0.5℃。

數(shù)據(jù)采(cǎi)樣頻(pín)率(shuài)：可根(gēn)據需(xū)求(qiú)設(shè)置，常(cháng)規采(cǎi)樣頻(pín)率為1Hz，特(tè)殊(shū)情(qíng)況(kuàng)下可提高(gāo)至10Hz。

係統響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間：從(cóng)數(shù)據(jù)采(cǎi)集到中(zhōng)心(xīn)處理(lǐ)完(wán)成的時間≤1分鐘。

行(háng)業應用價(jià)值

工(gōng)程安全保(bǎo)障

海(hǎi)上風(fēng)電(diàn)基(jī)礎(chǔ)的(dí)沉(chén)降直(zhí)接關(guān)係到風電場的(dí)安(ān)全(quán)運營。通過自(zì)動化監(jiān)測係統(tǒng)，能夠(gòu)實(shí)時掌(zhǎng)握基(jī)礎(chǔ)的沉降(jiàng)情(qíng)況，及時(shí)發現(xiàn)異常(cháng)變(biàn)形，避(bì)免因基礎失穩(wěn)導(dǎo)致(zhì)的風電機(jī)組(zǔ)倒塌(tā)等嚴(yán)重事(shì)故。例(lì)如(rú)，在某海(hǎi)上風(fēng)電場項(xiàng)目中，監(jiān)測係(xì)統發現(xiàn)一(yī)台風機基(jī)礎(chǔ)出現異常沉降(jiàng)，運(yùn)維(wéi)人員(yuán)及時(shí)采取加固(gù)措(cuò)施，避免了重大經(jīng)濟損失(shī)和安(ān)全風(fēng)險。

環境(jìng)保護

海(hǎi)上風電(diàn)基礎的沉降(jiàng)可(kě)能導(dǎo)致海(hǎi)底(dǐ)土(tǔ)壤(rǎng)擾(rǎo)動(dòng)，海洋生(shēng)態破壞等(děng)環境問(wèn)題。監測(cè)係統(tǒng)能夠(gòu)通(tōng)過分(fēn)析沉降(jiàng)數據(jù)，評(píng)估基(jī)礎變形對(duì)周(zhōu)邊海(hǎi)洋(yáng)環境(jìng)的影響，為環境保護措施(shī)的製定(dìng)提供依據。同時，精確的沉降(jiàng)數(shù)據可以優(yōu)化(huà)基(jī)礎設計，減少(shǎo)對(duì)海洋地(dì)質環境的幹(gān)擾。

合規性評(píng)估(gū)

根據(jù)《海上風(fēng)電開發(fā)建(jiàn)設(shè)管理暫(zàn)行辦(bàn)法》等法規(guī)要(yào)求(qiú)，海(hǎi)上(shàng)風電場運(yùn)營期(qī)間需(xū)要(yào)定期進行安(ān)全(quán)和環境(jìng)評估(gū)。自動(dòng)化監測(cè)係統提供的(dí)長期(qī)，連續(xù)的沉(chén)降(jiàng)數據(jù)，能夠滿(mǎn)足(zú)法規要(yào)求，為(wéi)風電場的(dí)合(hé)規性評估(gū)提供有(yǒu)力支持。此(cǐ)外(wài)，監(jiān)測數據還可用於(yú)工(gōng)程竣工驗收，資(zī)產折舊評估等(děng)工(gōng)作。

運維優化

通過(guò)對監(jiān)測數(shù)據的分(fēn)析，可以(yǐ)了(liǎo)解風(fēng)電(diàn)基(jī)礎的變(biàn)形(xíng)規律(lǜ)和(hé)趨勢(shì)，為(wéi)運維計劃(huá)的製定提供數據支持。例(lì)如，根據(jù)沉(chén)降速率可(kě)以預測(cè)基(jī)礎(chǔ)的(dí)維護周期(qī)，合理(lǐ)安(ān)排維(wéi)護(hù)資(zī)源，降低運(yùn)維(wéi)成本(běn)。同(tóng)時(shí)，監(jiān)測係(xì)統(tǒng)還可以(yǐ)與風電場的(dí)SCADA係(xì)統集(jí)成，實現運(yùn)維(wéi)的智能化和自動(dòng)化。

應用案例(lì)

案(àn)例(lì)一：某近海風電項(xiàng)目(mù)

該項(xiàng)目(mù)位(wèi)於(yú)我(wǒ)國東(dōng)部(bù)沿海(hǎi)，安(ān)裝了30台(tái)3MW風(fēng)電(diàn)機組，基礎類(lèi)型(xíng)為單(dān)樁(zhuāng)基礎。監(jiān)測(cè)係統采(cǎi)用GNSS + 傾角傳(chuán)感(gǎn)器(qì)的(dí)組合方案，在(zài)每個(gè)單(dān)樁基礎頂部(bù)安(ān)裝(zhuāng)GNSS接收(shōu)機(jī)和雙軸(zhóu)傾(qīng)角傳(chuán)感器(qì)。係統自2018年投運以(yǐ)來(lái)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，數(shù)據完(wán)整(zhěng)率達(dá)到(dào)99%以上(shàng)。通(tōng)過(guò)監測(cè)發(fā)現(xiàn)，該風電場(cháng)的(dí)基(jī)礎(chǔ)沉(chén)降(jiàng)量普遍(biàn)較(jiào)小，年(nián)均沉(chén)降(jiàng)量在5mm以(yǐ)內，滿足設計(jì)要(yào)求。其中(zhōng)一台風機基礎(chǔ)在(zài)2020年出現異常沉(chén)降，最(zuì)da沉降量達(dá)到(dào)12mm/月，係統(tǒng)及時發(fā)出預(yù)警(jǐng)，運(yùn)維人員通過地(dì)質勘(kān)察(chá)發(fā)現該區域存在(zài)局部軟弱土層，采(cǎi)取注漿(jiāng)加(jiā)固(gù)措(cuò)施後(hòu)，沉(chén)降得(dé)到有效(xiào)控製(zhì)。

案(àn)例二(èr)：某(mǒu)深遠海風電項目

該項(xiàng)目(mù)位於(yú)距岸80km的海(hǎi)域，水(shuǐ)深35m，采(cǎi)用(yòng)導管架(jià)基(jī)礎。監測係統(tǒng)采用GNSS + 光纖(xiān)傳感技術(shù)，在導管架的關(guān)鍵部位(wèi)安裝(zhuāng)了FBG應變(biàn)傳感器和(hé)DTS溫(wēn)度傳感(gǎn)器。由於(yú)該(gāi)海域環(huán)境惡(è)劣，風浪較(jiào)大，係(xì)統采用了抗台(tái)風(fēng)設計(jì)和(hé)冗餘(yú)通(tōng)信方案。監(jiān)測數(shù)據顯示，導管架基(jī)礎(chǔ)的沉降主(zhǔ)要(yào)發(fā)生(shēng)在施工(gōng)期間，運營(yíng)期(qī)間(jiān)沉(chén)降趨(qū)於穩定。通過對光(guāng)纖傳(chuán)感數(shù)據的分析，發(fā)現導管(guǎn)架的應(yīng)力分(fēn)布(bù)與設計(jì)模型基本一致，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設計的合(hé)理性(xìng)。同時，係(xì)統(tǒng)還監(jiān)測到基(jī)礎在極(jí)duan海況下(xià)的動態響應，為風(fēng)電場(cháng)的(dí)安全運(yùn)行(háng)提供了重要數據(jù)。

技(jì)術優(yōu)勢(shì)

高精度與(yǔ)高可(kě)靠性(xìng)：采(cǎi)用(yòng)多種先jin技術(shù)相結合(hé)的方法，確保監測數據(jù)的高精(jīng)度(dù)和(hé)長(cháng)期(qī)可靠性(xìng)。係(xì)統經(jīng)過(guò)嚴(yán)格(gé)的環(huán)境適(shì)應(yīng)性測試，能夠(gòu)在(zài)高(gāo)溫(wēn)，高濕，鹽霧，強電磁幹擾(rǎo)等惡(è)劣(liè)環境(jìng)下(xià)穩(wěn)定工(gōng)作。

自(zì)動(dòng)化(huà)與(yǔ)智(zhì)能化(huà)：實現(xiàn)數據采集，傳輸(shū)，處理(lǐ)和(hé)分析的(dí)全(quán)自動化(huà)，減少(shǎo)人(rén)工(gōng)幹預(yù)，提高監(jiān)測效率。係統具(jù)備(bèi)智(zhì)能預警(jǐng)功(gōng)能，能(néng)夠(gòu)根據(jù)預(yù)設(shè)閾值自動發出報(bào)警信息，及時(shí)通知相關人(rén)員。

遠(yuǎn)程(chéng)監(jiān)控與管(guǎn)理：通過互聯(lián)網技術(shù)，用戶(hù)可(kě)以在遠(yuǎn)程終(zhōng)端(如電(diàn)腦(nǎo)，手(shǒu)機)實(shí)時查看監測(cè)數(shù)據和係統(tǒng)狀(zhuàng)態，實現(xiàn)對風電(diàn)場的集(jí)中監控和(hé)管(guǎn)理。

模塊化設(shè)計(jì)：係(xì)統(tǒng)采用(yòng)模塊化(huà)設(shè)計，可根據(jù)不(bù)同(tóng)的(dí)風電(diàn)場規(guī)模和基礎(chǔ)類型(xíng)靈(líng)活配置傳感器(qì)和數(shù)據采(cǎi)集設備(bèi)，降(jiàng)低(dī)係(xì)統(tǒng)建(jiàn)設成本(běn)和維護(hù)難(nán)度。

數(shù)據(jù)共(gòng)享(xiǎng)與集成：監測係統(tǒng)能夠與風電(diàn)場(cháng)的其他管理(lǐ)係(xì)統(如SCADA，ERP)進(jìn)行數(shù)據共(gòng)享(xiǎng)和(hé)集成(chéng)，為風電場(cháng)的智(zhì)能化運(yùn)營提(tí)供數據支(zhī)持。

綜(zōng)上(shàng)所(suǒ)述，海(hǎi)上(shàng)風電基(jī)礎(chǔ)沉降自動(dòng)化監測係統通過(guò)先(xiān)jin的(dí)技(jì)術手段和科(kē)學的數據(jù)分析(xī)方法(fǎ)，為(wéi)海上風(fēng)電場(cháng)的安全運營(yíng)，環境保(bǎo)護和合(hé)規性評(píng)估(gū)提供(gōng)了(liǎo)有(yǒu)力保障，具(jù)有重(zhòng)要的(dí)行業應用(yòng)價值(zhí)。隨(suí)著海(hǎi)上(shàng)風(fēng)電(diàn)行業的(dí)不(bù)斷發展(zhǎn)，該(gāi)係統將(jiāng)在提(tí)高風電(diàn)場的可靠(kào)性，降(jiàng)低運(yùn)維成本(běn)，促進(jìn)可持(chí)續發展等(děng)方麵(miàn)發揮(huī)越來越(yuè)重要(yào)的作用。