海上风电机组大部件更换快速施工

海上风电机组大部件更换快速施工

陆超伟 舒脊檩

中交路桥华东工程有限公司 上海 201100

摘 要：本文依托中节能阳江南鹏岛海上风电场项目风电机组大部件更换项目工程，针对在该风电场复杂地质海况以及海底电缆敷设已全部完成的条件下，如何高效快速的完成海上风电机组大部件更换施工为本文研究方向。本文从海上风电机组大部件更换快速施工出发，通过细化叶轮整体快速安拆步骤、旧主机整体拆除及升级主机整体安装，降低施工难度及安全风险，加快施工进度，提高施工效率。对如何高效的完成海上风机大部件更换施工进行介绍，为后续相类似海上风电机组大部件更换快速施工提供经验。

关键词：风电机组更换；叶轮整体安拆；海上风机吊装

随着风电装机规模的扩大，风力发电技术也日益成熟可靠，早期投运的老旧风场受限于当时的技术条件及面临风电机组机型老化、设备故障等问题，导致风力发电效果很大程度未达预期。再者，早期建设的风电场拥有最好的区域风力资源优势，对此类风场的风机进行技术改造显得尤为重要。结合国家目前风电发展趋势及海上施工复杂地质海况的影响，风电机组大部件更换施工将成为海上风机技术升级改造和运维的重要方案之一得到广泛应用。

1工程概况

1.1工程简介

中节能阳江南鹏岛海上风电场项目风电机组大部件更换项目位于阳江市阳东县东平镇南侧、南鹏岛南侧海域，场址涉海面积约58，项目规划装机总容量为300MW，布置单机容量为5.5MW的风电机组。工程场址南侧约4.1km为广东省沿海习惯航路，场址东侧为阳江市海域东侧行政界线，场址西侧4km为阳江港大型船舶装卸锚地，场址北侧2km为南鹏列岛海洋保护区及西帆石鱼礁区，北侧9km为头芦排自然保护区，距离北侧的南鹏岛约4.6km，场址中心区距离阳江陆域最近距离约25海里，水深在23~32m之间。本项目完成中节能阳江南鹏岛海上风电场内指定的10台5.5MW风力发电机组优化升级施工，涉及到叶轮拆卸、机舱拆卸、优化升级的新机舱安装和旧叶轮的回装等工作；发电机组叶轮直径155m，自重200t，机舱尺寸10.084m×5.479m×10.578m，自重242t，轮毂中心高度109.3m。

1.2施工环境概况

本工程项目风电场海区潮汐属于不正规半日混合潮型，年最高潮位2.41m (1985 国家高程基面)，年最低潮位-0.94m，年平均高潮位1.36m，年平均低潮位0.04m，最大潮差3.11m。风电场南临广阔的南海海面，四周没有岛屿等遮挡，所处海区受波浪影响显著，尤其是南海频繁的台风浪；根据观测结果，本海区主要受西南季风、热带气旋、东北季风三种天气系统所影响；其中，冬季波高最大，全年最大波高与有效波高的极值分别为785cm与403cm，年平均有效波高与平均波高分别为94.6cm与59.9cm。根据《港口与航道水文规范》(JTJ145-2015)，海流可能最大流速取潮流可能最大流速与风海流可能最大流速的矢量和，计算得50年一遇垂向平均流速为144.0cm/s。风电场海底电缆敷设工作已全部完成，主缆与支缆交错敷设，对施工平台船以及其它施工船舶的锚缆布设具有一定的影响。

2船舶驻位

施工平台船根据海缆路由扫测报告，施工前提前规划好船舶进点抛锚路线，确保避开海缆，避免对已敷设的海缆造成损伤。平台船驻位方向为机位下风侧，平台船纵轴线与本海域主流向保持基本一致或者带有一定角度，在距离机位500m左右范围时开始，先抛下远离机位一侧的锚，待船舶稳定后，锚艇现场辅助配合依次完成剩余锚抛设，抛锚距离350~500m左右，抛设完毕后通过绞锚精确定位，保证船舷距机位中心42m左右距离。运输船驻位与安装船站位方向一致，在锚艇辅助下运输船的船艏靠泊安装船的船艏，互带牵牛缆，进行抛锚。

3叶轮总成拆卸

施工船舶抛锚定位完成后，在进行拆卸工作前需将新主机从运输船上转运到平台船甲板，保证风电机组大部件更换施工能够连续作业；准备好所有的工具、工装、吊具和物料，并确保无损坏、能正常使用，人员通过辅助小吊上风机，将机组停机，使用主机顶部吊机，将拉伸器和电动扳手等工具吊到主机内。

3.1缆风绳、溜尾挂设

挂设叶轮缆风绳，由叶轮对风盘车，确定需要安风绳的两支叶片位置，再继续盘车，当其中一只向上的叶片水平时，启动高速轴制动器锁定叶轮，启动主吊，使用吊篮将维护人员、工具、叶尖风绳套和风绳送到空中，维护人员通过在靠近叶尖处套上叶片牵引套，并绑上风绳，再盘车，安装另一只向上叶片的风绳套和风绳，安装完成缆风绳人员撤下来。叶轮继续偏航，待偏航到位，通过主吊小钩挂吊篮，操作人员站到吊篮里，提升吊篮到轮毂高度，安装溜尾和吊带，溜尾叶片挂点位置为叶片46m 处加强位置，吊带与叶片后缘接触部位用叶片专用护具保护，应尽量拉紧吊带，防止其滑动，同时在吊带上系上揽风绳。

3.2吊座安装、防雷组件及轮毂通讯拆除

继续盘车，将叶轮调整到“Y”型，叶轮吊座安装凸台朝上时，用高速轴制动器锁定叶轮，风轮锁销锁住叶轮，叶轮吊具安装操作人员使用6mm内六角扳手拆卸轮毂叶轮吊具安装凸台上的两个盖板，清理轮毂吊座安装面的密封胶，再用干净无纤维抹布及清洗剂HP769清洗轮毂上的吊座安装面；启动主吊，使用120T×9m吊带先后起吊两个叶轮吊座，用20颗六角头螺钉M48×200（采用全润滑方式）、垫圈48安装固定在轮毂凸台上，保证吊座不会滑落。然后起吊调整座，并用2颗螺栓M24×150（采用半润滑方式）、垫圈24将调整座固定在轮毂安装凸台上。安装完叶轮吊座，进入轮毂，用叶片锁定装置将溜尾的叶片锁定，防止其转动；拆除齿轮箱顶部防雷组件，先去除防雷组件螺栓（M8×20）上的密封胶，再使用内六角扳手将所有螺栓（M8×20）拆卸下来，取下防雷装置，最后断开轮毂通讯。

4叶轮整体快速拆卸

4.1叶轮整体拆卸

溜尾吊具及叶轮吊具挂钩吊带，通过主吊摆臂的方式（严格监控辅吊承重），增大溜尾吊带与叶片的角度。溜尾完成摆臂动作后，主吊点位置进行摆臂，并确认摆臂至最大可承受位置。主吊车慢慢向上，当载重量接近叶轮总重时，保持吊车位置，工作人员进入轮毂内用液压扳手或专用螺栓液压拉伸器拆卸叶轮与主机连接螺栓组，先按预紧力全部打松螺母、垫圈，再按照十字对角方式拆卸，防止在拆卸最后几颗螺栓时出现螺栓卡滞造成损坏螺栓，将拆卸的连接螺栓及其螺母、垫圈保存好后工作人员撤回主机内。拆卸人员指挥吊车水平提升叶轮退出主机，在吊车提升叶轮退出主机过程中地面拉三个叶片揽风绳索人员密切关注叶轮在空中的平稳情况以便采取相应的措施，防止叶轮与主机脱离后在空中失控出现叶片与塔筒碰撞。

4.2叶轮翻身

叶轮退出主机确保一定安全距离后施工平台上施工人员拉好风绳主吊转动大臂，旋转降落至朝下叶片接近甲板5m左右时停止动作，施工人员通过辅助吊车乘吊笼至溜尾部，进行溜尾吊带与辅吊挂钩工作；吊带挂好后人员撤离，撤离完后辅吊提升，提升至合适距离后，主吊缓缓落钩，辅吊也同频提升，两部吊车配合动作缓慢将整个叶轮翻身至水平状态。

4.3叶轮放置

待叶轮翻身至水平后移动叶轮至象腿工装正上方，缓慢下降叶轮至工装上一米处停止，清理叶轮法兰面，清理完成后再缓慢下降叶轮使其与象腿工装对接，待叶轮正位后用连接螺栓组连接固定。

5主机拆卸

5.1主机电缆拆卸及吊具安装

断开塔基辅变690V电源，断开塔基柜、主机柜所有空开，关闭塔基UPS逆变，断开电池柜空开，拆除电缆护套1、2、3、4、6，从中心环2一直向上至偏航平台，电缆分两捆，左桥架一捆，右桥架一捆，绑扎在两侧电缆桥架上，绑扎牢固，确保电缆不会下坠。拆除主机动力柜200W6电缆，对应X15端子1~4、PE，用绝缘胶布包住电缆头，退出至偏航平台并固定，拆除主机信号柜242W1信号电缆，用绝缘胶布包住电缆头，退出至偏航平台并固定。

对主机吊具组装“T”型吊梁上部的吊具使用4根120t×9m双眼防护型圆形吊带，在“T”型吊梁上部吊座上安装4个175t卸扣，再在4个175t卸扣上连接四根120t×9m圆形吊带，并与吊机吊钩可靠连接，并在“T”型吊梁下部安装4个150t卸扣，前部（齿轮箱处）安装2根80T×6.85m圆形吊带，每根吊带环眼处连接一个120t卸扣，后部（主机弯头处）安装2根150T×3.6mm环形吊带，每根吊带连接一个150t卸扣。起吊整个主机吊具，将吊梁前部4个120t卸扣与风轮锁定法兰上的吊装孔相连。安装吊梁前部4个120t卸扣（对于风轮锁定法兰盘吊孔直径为Φ87的机组使用85吨卸扣）和后部的2个150t卸扣。

5.2主机快速拆卸

确认吊具连接正常后，吊机负荷1/3主机重量，拆卸液压站挂梯，按十字对称用终紧力矩的50%拆卸偏航螺栓，主吊调整到主机总重量252t（包含工装10t），然后再以100%力矩十字交叉退出螺栓及螺帽；再启动主吊机将主机平稳缓慢吊下，吊装时拉风绳，待主机下降到离地面1m左右时，将主机与塔筒连接的120颗双头螺柱M45×645拆除；主机与塔筒的连接螺栓拆除后继续降落主机，并放置到主机工装上，用工装螺栓将其与工装进行固定。

6升级主机吊装

6.1吊具安装、连接螺栓预安装

升级主机吊装前,先拆卸齿轮箱锁定装置，安装主机顶部平台测风桅杆和航空灯,然后拆卸主机运输工装，安装吊具。主机吊具安装完成后，使用液压扳手加70mm套筒头以大于2000Nm的力矩值松开主机运输工装与偏航轴承连接双头螺栓M45×450，吊机缓慢起吊，带一部分力，然后使用70mm开口扳手完全拆卸主机运输工装双头螺柱、螺母和垫圈。同时，清理上法兰面，清除锈迹毛刺,并在法兰上表面内外侧涂抹两圈道康宁7097硅酮耐候密封胶，试吊一下主机，确保吊具特别是吊带安全，试吊后将主机起吊至1.5米高度左右，用干净无纺抹布和专用清洗剂清理底部法兰面的杂质和锈迹，再将主机与塔筒连接定位销穿入偏航制动盘的一个孔位，定位销露出偏航制动盘长度190mm左右,用于主机与塔筒对接时定位。然后将主机与塔筒连接双头螺柱M45×615拧入到剩下的119个孔位中，拧紧后保证螺栓露出偏航制动盘法兰距离183mm左右。

6.2新主机安装、吊具拆除

链接螺栓预安装好后，将主机提升，升到超过顶节塔筒的上法兰1m后，按照塔筒平台工作人员的指挥缓慢移动吊机，待主机在塔筒的正上方时，将定位销螺栓对准塔筒的安装孔位后，缓慢下降主机，将主机完全落下，吊机需负载一半的主机重量（约120t），工作人员通过人字梯进入主机搬运工具和物料，然后安装圆螺母。用M45拉伸器将所有双头螺柱交叉、对称先按终紧力的一半（485KN）紧固，此时可以松钩，再按终紧力966KN先后两次紧固。主机安装完成下放主钩，安装人员进入主机顶部拆卸吊框前部吊板和后部吊环吊带，起重指挥通知吊车司机移走吊索具。降下引导绳前，必须保证塔筒附近无人逗留，确保安全。

7叶轮整体快速回装

7.1叶轮整体吊装

将拆卸下来的叶轮吊带和主钩重新挂钩，副钩、风绳保持位置不变。拆除工装的固定螺栓，开始起吊叶轮；当叶轮平稳起吊至一人高度时停稳，清洗剂清理轮毂与齿轮箱安装法兰面及螺纹孔。轮毂吊座上的圆形吊带和挂于下方叶片的扁平吊带同时上升，而下方的叶片上升速度慢于上方的两支叶片，整个过程要保持叶片离开船舶甲板；揽风绳辅助，待叶轮系统吊至竖直位置时，卸掉辅助吊机的吊带。起吊叶轮至主机高度后指挥吊车缓缓移动，引导绳配合吊车，使叶轮慢慢靠近主机，并使定位销先穿入轮毂螺栓孔，然后缓慢小幅度移动叶轮，直到所有双头螺柱都穿入轮毂螺栓孔，且轮毂与齿轮箱止口完全贴合时，吊机停止移动，吊机保持该状态，对称紧固所有螺栓。

7.2叶轮吊具拆除

完成叶轮吊装完成后，拆卸轮毂吊座，然后撤走主吊机，并将吊带和吊座及紧固件集中存放。拆卸吊座过程必须使用安全带和安全绳（带双钩），注意安全。叶轮吊具拆卸完，用6mm内六角扳手将两个螺栓盖板安装到吊具安装面凸台上，每块盖板使用6颗M8x20内六角圆柱头螺钉、6个螺母M6和6个垫圈紧固，参考力矩23Nm；螺钉涂抹螺纹锁固胶乐泰243，盖板安装面螺栓孔周围及距离边缘5mm处涂抹一圈7097平面密封胶；安装完成后，螺栓头和接缝处均匀涂抹硅酮密封胶。

8电气回装

安装主动力电缆，清理塔筒顶法兰表面的各种污物包括油脂、毛刺、凸起物等，法兰面上补涂抹密封胶。电气柜安装风机安装完成后，进行风机内电气安装，主要内容为主机和轮毂内电气安装与接线、电缆敷设与连接、设备与电缆等的接地、电缆线路绝缘摇测、机组内电气交接试验、警示系统安装等。主机和轮毂电气安装将测风仪和高空警示灯按厂家要求固定在安装支架上，并连接相应电缆；按要求连接主机罩接地电缆；按厂家要求完成进行轮毂内电缆接线。电缆敷设和接头制作根据要求，进行主机至塔架内电缆敷设。按要求完成电缆中间接头和终端接头制作。

9结束语

本项目整体安拆叶轮，避免了叶片与轮毂在空中拆除及安装对接，细化叶轮整体安拆步骤，通过旧主机整体拆除及升级主机整体安装，极大的降低了施工难度，提高了施工效率，特别是在施工环境恶劣、施工海域远、水深深，海底地形复杂，施工窗口期短的情况下，施工成效尤为显著。完成单个机位风电机组大部件更换施工最快需要30h，平均单个机位施工耗时35h，将风电机组大部件更换施工时间缩短至40h以内，取得了良好的经济效益，为后续类似海上风电机组大部件更换施工提供借鉴。

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