摘要：目前国内对海上升压站的相关技术的研究尚处于起步阶段。海上升压站在风电场的日常运行中占有十分重要的作用。它的选择与风电场装机规模、受力特点、海床的地质结构情况、海上风浪载荷以及海流、冰荷载等诸多因素有关。本文围绕海上升压站的结构和桩型，对各结构进行分析比较，选择经济合理适用的结构型式，给海上升压站的设计及施工提供很好的指导意义。
关键词：海上风电；海上升压站；基础型式；设计因素
1海上升压站特点
近海风电场的升压变电站设置可以考虑三种形式：陆上升压站形式、海上升压站-陆上集控中心形式及海上升压站-海上综合平台形式。由于风电场离岸距离越来越远，若采用陆上升压站形式，则增加了35kV场内海缆的长度，压降大、损耗高、占用海域大，投资费用加大；海上升压站-海上综合平台形式由于海上生活平台上有工作人员常驻，能够节省设备维修时间，提高工作效率，但是海上住宿环境恶劣，生活用水、食物补给等不方便，平台上人员住宿生活的舒适性难以保障，且风电场升压站一般均按无人值班少人值守设计，因此，采用海上升压站-陆上集控中心形式较为理想，海上升压站可根据需要设置相应的工作人员临时休息和避难场所，陆上集控中心用于工作人员监控风电场运行和工作人员生活与办公。
从风电场集电线路角度考虑，升压站需布置在风电场中央地带以及靠近陆地地带，这样整个场区集电线路长度最短、线损最小。综合考虑场区集电线路、电能线损并尽可能减短到220kV海底电缆长度，因此升压站需布置在风电场中间，此外应充分考虑水深、地质条件以及打桩船施工方便等因素。
参考港口工程、海洋工程和国外风电场海上升压站设计经验，海上升压站结构型式可以采用单桩、重力式、导管架结构形式、高桩承台结构型式和吸力式结构型式等。
2常见基础形式分析及施工工艺
2.1单桩式海上升压站
单桩式结构包含单桩基础和钢结构上部组块。其单桩基础是将一根几十米长的钢管桩，利用液压锤将其打入海床，钢管桩的连接段与塔筒进行相接。在连接段与塔筒连接好后进行灌浆，其中连接段起到很好的调平作用。
就目前世界上已建成的海上升压站看，单桩式海上升压站的使用相对最多，特别适合我国潮间带和近海海上风电场。单桩式基础拥有易施工，成本低的优点，但若使用该型式基础需考虑上部结构不大的情况。国内风电场升压站由于容量较大、电压等级较高，上部组块较大，不宜采用单桩式海上升压站。
2.2重力式海上升压站
重力式海上升压站包含预制混凝土基础基础和钢结构上部组块。重力式基础基本在陆上使用混凝土预制，在预制完成后，通过船舶运至海上现场，利用大型起吊船的将基础吊装至设计位置。在吊装重力式基础前，需先将海底冲刷平整，在安装就位后，通过对基础内部进行抛石来增加基础自重。
2.3导管架式海上升压站
重导管式海上升压站包含导管架桩基础和钢结构上部组块。导管架式通常为四桩导管架基础，各钢管桩间利用导管架相连，导管架与海上升压站上部结构支腿之间相连。导管架基础适用性加强，适合与各种水深与地质条件，同时该种基础型式海上升压站与石油平台类似，工程经验较多。根据地质情况，本工程可以采用导管架式海上升压站。
2.4高桩承台式海上升压站
高桩承台式海上升压站包含钢管桩、现浇混凝土平台和上部组块。高桩承台结构在港工码头设计中较常用，需施打桩数较多，几根到几百根不等，承台采用现浇钢筋混凝土。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆高桩承台结构施工难度小，施工工艺与高桩码头相似，对船机设备要求较小，但高桩承台结构的桩与桩之间没有相互连接，桩的悬臂长度过长，结构侧向刚度小，因此高桩承台结构一般适用于离岸近、水深浅、表层土地质条件好、地震烈度不大的区域。对于海上升压站这种上部组块面积大、高度高、自重大的结构，高桩承台结构在地震作用下桩身内力过大、变形过大，并且高桩承台结构海上施工周期长，施工费用高，本项目海上升压站附近水深19m、表层土为淤泥质土、地震烈度为7度，不宜采用高桩承台式海上升压站。
3海上升压站基础的选型和适用性分析
海上升压站是海上风电的一个重要环节，对海上的电力传输起到至关重要的作用。海上升压站基础相对于风机基础要求更为严苛，因此选择合适的升压站基础结构，无论是对安全还是施工成本都十分重要。
目前我国沿海各省都在建设规划了海上风电，但各省沿海的海况均各不相同，特别是海床土壤结构不同。
3.1主变压器容量选择
根据国内海上风电的规划，单个风场容量在200~400MW之间占85%左右，考虑场内35kV海缆的投，资，并与目前国内220kV海缆的制造水平和输送容量相匹配，国内单座海上升压平台的容量-般宜选择在200~400MW之间。海上升压平台主变发生故障时维修时间很长，为尽可能减少故障时的发电损失，一般宜装设2台主变压器增加可靠性。考虑到当一台主变故障时所带风机电能可尽可能多的通过其它主变的送出，主变总容量大于风电场装机总容量，单台变压器容量一般宜选择为120一240MVA，宜采用低损耗、双绕组或双分裂有载调压升压电力变压器。
3.2主变压器本体设计
对于用于海上升压平台的变压器的设计，从主变本体技术参数及冷却系统设计均有更高的要求，主要有过负荷能力、空载损耗控制、紧凑型结构、安全可靠性、减少维护周期、特殊冷却系统等。海上变电站变压器设计，应充分考虑到风电出力随机性强、间歇性明显，出力波动大，波动频率也无规律性，在极端情况下存在一定程度的超发工况等特点，因此过负荷能力的提高是确保海上变电站安全可靠性的前提条件之一。由于风电出力随机性强、间歇性明显，出力波动大，年发电利用小时数低，主变大部分时间处于低负荷运行状态。根据国内已建风电场运行经验，变压器空载损耗在整个风场的电能损耗中占相当大的比例，因此降低空载损耗甚至比减低负载损耗意义更大。海上变电站变压器设计，还应充分考虑到主变尺寸问题，主变的紧凑化设计必须考虑，一方面需要优化主变本体的内部结构，另一方面需要采取合适的出线方式，采用电缆或GIS油气套管出线以减小主变室占地面积。目前大容量变压器均采用油绝缘，决定海上升压平台主变压器选择的关键因素是散热方式。考虑海上恶劣的运行环境和有效散热，主变采用分体式布置，将主变本体封闭在主变室内，有效阻隔海上环境的高湿度和重盐雾的腐蚀侵害；冷却器或散热器布置在户外，便于通风散热和运行维护。散热方式可考虑采用自冷方式或强迫油循环冷却。
结语
海上升压站由于其特殊的位置环境，相对于陆上升压站，需要考虑的因素很多，主要包含的因素有：海底土壤和海床，水深，环境载荷，建设方法，安装，成本及动力特性要求等。
同时，海上升压站的载荷特性也远复杂于路上升压站，作用的载荷十分复杂.除常规的风荷载，地震荷载外，还有海上独有的波浪荷载和海流荷载。
（1）在项目开工前，应加强对海底地质勘探工作。
（2）在选择升压站基础方案时，应充分综合各因素对各类型进行比较，可通过多级模糊优选法选出最合适的基础型式，
（3）各海域各风场的海上升压站结构各不相同，所对应的施工工艺设计工艺也存在很大差异。在海上升压站基础的实际施工中，存在很多技术难题需要我们去攻克。
参考文献：
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[2]张宝峰.国内外风电场海上升压站布置型式标准概述[J].中国标准化，2017（24）：222-223.
论文作者:梅春
论文发表刊物:《基层建设》2019年第10期
论文发表时间:2019/7/24
标签：海上论文; 结构论文; 基础论文; 导管论文; 风电场论文; 型式论文; 变压器论文; 《基层建设》2019年第10期论文;