浙江华东工程安全技术有限公司
摘要：当今时代，电力能源在经济发展中必不可少，人们对其的依赖性越来越强。对天然能源最有效的利用方式是将这些能源首先转化为电能，将电力能源供应给个人或者企业用户之后，再根据具体使用需要将其转变成动能、热能以及光能等形式。因此能量的转换技术是现代人类社会生产和生活中应用的最关键的技术之一，而发电技术是其中影响最深远的一种。
关键词：海上风电；结构监测技术；应用
引言
我国风力资源储量十分丰富。近年来，我国陆地风电产业发展十分迅速，但是存在建设用地、电网条件以及环保等问题，极大地制约了陆地风电的发展。同时，我国的海岸线较长，风能资源十分丰富。有关调查表明，海上的风速要比陆地高出20%以上，单位面积可增加70%以上的发电量。
1海上风电技术概述
与传统能源的开采利用相比，扑捉和利用海上风力资源面临空前的技术难题。这些技术问题涵盖了能量转换设备的设计研发、发电设备的安装施工、海上风电电能的传输和供电网络的建设以及海上风力电场的运维管理等方面。因此尽管早在二十世纪的七十年代就有人提出了利用海上风电的设想，但是全面的科学研究和实践应用到上个世纪末才真正的全面展开。这由于与陆地风电技术的研究相比，海上风电面临的复杂施工地质环境缺乏成熟和可借鉴的工程技术做为基础，针对海水的波浪冲击、海冰影响、海水腐蚀以及海上风力和风向变化也没有系统的荷载计算和分析标准。另一方面因为特殊的工程环境和施工、运输以及运维技术需要等因素，造成海上风电场建设缺少足够的成熟经验做为参考，导致建设海上风电场的投资规模和回报率具有很多不确定性，因而海上风力发的商用推广近十年才随着相关技术的日渐成熟真正展开。
2海上风电工程结构监测技术的应用
比如在几个海上风电工程安装埋设了一定数量的电测传感器，获取了风机基础及上部结构的变形、振动、倾斜成果，并对部分实测数据进行了分析研究。
2.1差异沉降监测观测时，以测点1为基准点，观测其他3个监测点的相对于测点1的高差，后续工况所观测高差与初始高差之差即为测点1、2、3相对测点的差异沉降。如图1所示，风机自吊装完成后，各测点的差异沉降量较小，基本在±2.0mm之内；从测值过程线上看，未发现不均匀沉降量在某一方向有持续增大的趋势。
图1差异沉降测值过程线
2.2风机倾斜及振动监测
通过8～11月期间的倾斜度监测数据诊断风机塔筒在该月是否存在较大的倾斜变化。当日倾斜度为记录的24h平均值，当月倾斜度变化值为月末日倾斜度与月初倾斜度之差值。见表1，风机塔筒在2015年8～11月期间的永久倾斜值累计值，最大为0.055°。
为分析日常工作状态下各风机塔的振动强度，统计了2015年8～11月期间的最大加速度幅值、有效值、振动烈度、报警次数等参量情况，统计结果见表2。
图2典型风机塔筒振动烈度趋势图
2.3结构应力、应变监测
某多桩承台风机在钢管桩、钢管桩填芯混凝土、承台内钢筋及混凝土、过渡段塔筒等位置均设置了监测点，分类说明监测成果。
（1）钢管桩桩身纵向应变
顺主风向的6#及8#钢管桩上分层设置了桩身纵向应变监测点，自桩基施工初期开始。受风机塔筒、机舱及叶片吊装等上部荷载作用，桩身压应变逐渐增长，至桩身位移相对周侧土体位移为零后，桩身压应变基本稳定；6#桩因施工船插腿施工桩周产生一定的负摩阻力，－15.10m高程处压应变有明显减小，后期测值相对平稳；末期两根桩桩身应变计测值过程线平缓。
（2）钢管桩填芯混凝土应变
6#与8#顺主风向，2#垂直于主风向，3根钢管桩的应变监测成果基本较为合理，全部表现为受压状态，末期2#桩填芯混凝土应变大部分在－100～－200με左右，6#桩填芯混凝土应变大部分在－90～－175με左右；8#桩填芯混凝土应变大部分在－120～－160με左右；各钢管桩内混凝土应变表现出测值随季节变化（气温）而变化的趋势；综合风机振动成果可以看出，填芯混凝土钢管桩具有较大的刚度，在强风荷载作用下混凝土并未表现出拉应变，说明填芯混凝土钢管桩抗拔效果较好，桩基础在风荷载作用下较为稳定。应变计的安装条件要求较为苛刻，填芯混凝土内的应变计变形受钢管桩及钢筋笼的约束较大；另外填芯混凝土内的应变计受温度、湿度及自生体积变形等非构造荷载的影响也较大，由于无法成功安装应力计，导致非构造荷载影响产生的应变量受安装条件制约不能进行剔除。
（3）承台底面混凝土应力、应变监测受上部塔筒、风机及风叶荷载影响，承台混凝土底面钢筋应力初期表现为较小的拉应力，后随上部荷载增长而增长，过程中出现的拉应力最大值约为21.1MPa；当桩身位移基本完成后，桩顶对承台底部形成一定约束，承台底部钢筋应力逐渐减小，达到平衡后逐渐稳定，末期测值基本在零值附近。应变计所测压应变较前期有所增长；监测后期，非构造荷载出现的应变数值不大，最大值约为－100με。
将无应力计自动化监测到的数据进行应变-温度拟合，得到混凝土的温度线膨胀系数为8.14×10－6/℃，对所测承台混凝土底面钢筋应力进行了修正，扣除了非外部荷载应变对钢筋应力测值影响。
（4）承台顶面混凝土应力应变监测
风机吊装前，承台顶面水平向钢筋拉应力不大，测值大部分在15.6MPa
以下，该工况承台钢筋应力主要受外部温度影响，浇筑时环境温度高，随着温度减低表现出混凝土收缩产生的拉应力，1#CR3-3曾经出现的最大拉应力约为31.5MPa，测值不合理，可能与埋设工艺不当有关；后续钢筋拉应力减小且趋于平稳，末期测值基本在－10～10MPa之间；顶面竖向应变计测值继续增大，末期最大压应变约为400με；水平向应变出现减小趋势，末期压应变约为100με。
（5）承台结构混凝土内管桩外壁及旁侧混凝土应力应变监测
钢管桩外壁和旁侧混凝土初期受压，主要由自重荷载作用所致，后续压应变的变化表现出季节特性，冬季收缩压应变增大，夏季膨胀压应变减小，自重荷载的压应变大致在－100～－200με之间，其余部位为温度应变。钢管桩外壁和旁侧的混凝土应变相差不大，变形基本协调，末期环境温度降低，压应变处于增长状态。
结语
随着海上风电场建设和管理经验的不断丰富，安全监测系统应逐渐成为风电场建设时的标配，使之成为风电场运维人员不可或缺的助手，为风电场的高效及智能化管理提供重要支撑。
参考文献
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论文作者:王博特
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/28
标签：应变论文; 混凝土论文; 应力论文; 海上论文; 荷载论文; 风电论文; 风机论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;