常凌凌

（中國石油集團(tuán)海洋工程有限公司，山東青島266000）

1 引言

海上升壓站作為風(fēng)力發(fā)電海上風(fēng)電場(chǎng)的中樞，是匯集海上風(fēng)電場(chǎng)電能將其升壓后送至陸上電網(wǎng)的海上平臺(tái)變配電設(shè)施。氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備（Gas Insulated metal-enclosed Switchgear，GIS），具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、運(yùn)行可靠、不受污染和風(fēng)雨鹽霧等惡劣環(huán)境影響的優(yōu)點(diǎn)[1]。因此，GIS 成為海上升壓站中電力設(shè)備的重要組成部分。GIS 安裝是海上升壓站建造安裝的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

由于海上升壓站近些年才在國內(nèi)出現(xiàn)，運(yùn)用時(shí)間較短，目前國內(nèi)海上升壓站電氣設(shè)備安裝大多參照傳統(tǒng)的陸地升壓站安裝技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，但海上升壓站的一體化建造模式?jīng)Q定了傳統(tǒng)GIS 安裝方法并不完全適用于海洋平臺(tái)。本文基于前期相關(guān)項(xiàng)目的積累，對(duì)傳統(tǒng)GIS 安裝方法的缺點(diǎn)進(jìn)行分析研究，提出優(yōu)化改進(jìn)的海上升壓站GIS 安裝深度預(yù)制施工技術(shù)，與傳統(tǒng)安裝方法相比具有明顯優(yōu)勢(shì)。

2 傳統(tǒng)GIS 安裝方法缺點(diǎn)

GIS 具有設(shè)備單元多、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大等固有結(jié)構(gòu)特征[2]。為方便運(yùn)輸，均采用散件形式運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)組件式安裝，它對(duì)安裝工藝和安裝環(huán)境有嚴(yán)格的要求。目前國內(nèi)廣泛采用在平臺(tái)上順序建造的傳統(tǒng)安裝方法，在平臺(tái)上對(duì)GIS設(shè)備散件進(jìn)行搭積木式的組合裝配，但這種安裝方法存在以下缺點(diǎn)。

2.1 受各專業(yè)施工制約

海上升壓站采用分片預(yù)制、空間組對(duì)一體化建造總裝的方法，要求所有較大的設(shè)備，在平臺(tái)封艙前吊裝到位。在工程實(shí)踐中，采用傳統(tǒng)建造安裝方法，需要在平臺(tái)上完成GIS 大型電氣設(shè)備的組裝，由于平臺(tái)空間狹小，電氣、暖通、消防、機(jī)管、結(jié)構(gòu)、舾裝等專業(yè)交叉施工作業(yè)多，嚴(yán)重降低設(shè)備組裝的效率，影響安裝進(jìn)度和工期，嚴(yán)重影響平臺(tái)總裝工期。

2.2 受安裝環(huán)境制約

GIS 在安裝過程中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的要求較高，要求防塵級(jí)別達(dá)到百萬級(jí)，相對(duì)濕度不大于80%[3]。如果在組裝時(shí)有塵埃、水分進(jìn)入開關(guān)設(shè)備內(nèi)部，形成的污染沉積在支持件的表面，將大大降低絕緣體表面的閃絡(luò)電壓，造成GIS 安裝質(zhì)量事故。采用傳統(tǒng)GIS 安裝方法，GIS 設(shè)備按傳統(tǒng)順序安裝時(shí)，總裝區(qū)處于露天狀態(tài)，采取塑料布搭建臨時(shí)防塵室等措施，既增加施工成本又較難達(dá)到安裝環(huán)境要求。為控制揚(yáng)塵，GIS 安裝時(shí)其他結(jié)構(gòu)、暖通、消防、舾裝等專業(yè)作業(yè)將被迫停止，因此，其安裝受現(xiàn)場(chǎng)焊接、打磨、噴漆作業(yè)、天氣等環(huán)境因素影響較大。

2.3 受吊裝設(shè)備制約

密封性是GIS 絕緣的關(guān)鍵，SF6氣體泄漏會(huì)造成GIS 設(shè)備的致命故障。GIS 設(shè)備組裝均采用硬連接，裝配附件單體質(zhì)量較大，密封效果主要取決于安裝調(diào)整精度，裝配技術(shù)難度較大，需要吊裝設(shè)備精密配合以完成安裝。采用傳統(tǒng)GIS安裝方法，使用地面吊車進(jìn)行高空作業(yè)，因空間距離遠(yuǎn)，被舾裝板遮擋，吊車操作人員存在視角盲區(qū)，與設(shè)備裝配人員通過對(duì)講機(jī)溝通作業(yè)，吊車精密配合難度大，GIS 安裝密封性較難控制，同時(shí)，安全風(fēng)險(xiǎn)大，安裝效率低，使用吊車臺(tái)班多，成本高。

3 優(yōu)化改進(jìn)的GIS 安裝施工技術(shù)

為消除傳統(tǒng)GIS 安裝方法的缺點(diǎn)，契合平臺(tái)一體化建造要求，對(duì)其工藝及吊裝設(shè)備的合理使用進(jìn)行分析研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)情，對(duì)傳統(tǒng)GIS 安裝方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用組件式GIS深度預(yù)制施工的技術(shù)，采用地面車間深度預(yù)組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝、平臺(tái)整體安裝的方法完成GIS 的安裝，有效解決了傳統(tǒng)安裝方法存在的問題。下面以江蘇如東某海上升壓站GIS 安裝為例，闡述該技術(shù)的運(yùn)用。

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

江蘇如東某海上升壓站為220 kV 升壓站，采用上部組塊和下部導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)的布置模式。上部組塊共4 層甲板，平面尺寸為56.0 m×50.3 m（包含樓梯和外露平臺(tái)），高17.63 m（一層甲板至屋頂層頂），GIS 設(shè)計(jì)在二層甲板GIS 室內(nèi)，層高5.5 m，設(shè)備共7 個(gè)間隔。

4.2 組件式GIS 深度預(yù)制施工技術(shù)流程

現(xiàn)場(chǎng)勘察選定預(yù)組裝場(chǎng)地→設(shè)備到貨檢查驗(yàn)收→編制設(shè)備組件預(yù)組裝方案→設(shè)備組件預(yù)組裝→預(yù)組裝件加固→預(yù)組裝件轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝至平臺(tái)→平臺(tái)上GIS 設(shè)備整體拼裝→電纜敷設(shè)及接線（同時(shí)抽真空充SF6氣體）→GIS 設(shè)備試驗(yàn)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)勘察選定預(yù)組裝場(chǎng)地

預(yù)組裝場(chǎng)地要滿足GIS 安裝條件，具備完好門窗和通風(fēng)設(shè)備，防塵級(jí)別達(dá)到百萬級(jí)（粒徑0.5 μm 以上的塵埃數(shù)量≤3.5×107個(gè)/m3)，溫度適宜（25 ℃±8 ℃），相對(duì)濕度不大于80%，照度值大于300 lx，有20 t 以上的室內(nèi)行吊。經(jīng)勘察檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)組塊配套車間符合要求，選定為預(yù)組裝場(chǎng)地，并用于安裝臨時(shí)貨架、工作臺(tái)和移動(dòng)腳手架，配備合格、足量的安全設(shè)施和消防設(shè)施。

4.4 設(shè)備到貨檢查驗(yàn)收

GIS 設(shè)備開箱檢查驗(yàn)收，驗(yàn)收后根據(jù)廠家發(fā)貨清單編制GIS 設(shè)備組件模塊清單（見表1），清單要詳細(xì)列出組件模塊名稱，模塊單元編號(hào)，長、寬、高和質(zhì)量。為保證預(yù)組裝準(zhǔn)確、有序進(jìn)行，避免在預(yù)組裝時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)裝、漏裝等現(xiàn)象，單元編號(hào)要與生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品編號(hào)、三維軟件建模安裝件的編號(hào)保持一致。

表1 GIS 設(shè)備組件模塊清單（僅作示例）

4.5 編制設(shè)備組件預(yù)組裝方案

審核設(shè)計(jì)圖與出廠圖的一致性，審查無誤后，根據(jù)GIS 設(shè)備組件模塊清單里的組件體積和重量，結(jié)合三維圖、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)輸車輛和吊車能力合理劃分預(yù)組裝件（預(yù)組裝模塊），編制預(yù)組裝方案表（見表2），該項(xiàng)目分成了7 組預(yù)組裝件。

表2 GIS 設(shè)備預(yù)組裝方案表（僅作示例）

4.6 設(shè)備組件預(yù)組裝

預(yù)組裝前用吸塵器徹底清潔除塵組裝區(qū)域，按預(yù)組裝方案表、制造廠裝配圖及安裝說明進(jìn)行設(shè)備預(yù)組裝。在每一氣隔安裝完成后，應(yīng)立即加裝吸附劑并開始抽真空，當(dāng)真空度小于133 Pa 時(shí)繼續(xù)抽真空30 min[4]，真空檢漏通過后，注氣到微正壓。

4.7 預(yù)組裝件加固

GIS 設(shè)備組件固定在廠家鋼結(jié)構(gòu)支架上，為了保證吊裝時(shí)預(yù)組裝件的整體強(qiáng)度，防止鋼結(jié)構(gòu)支架變形破壞GIS 法蘭連接密封面，采用型鋼制作框架底座和支撐，對(duì)預(yù)組裝件支架整體進(jìn)行臨時(shí)輔助加固。為防止預(yù)組裝件吊裝過程中節(jié)點(diǎn)受力不滿足要求，吊裝前采用3D 3S 軟件對(duì)預(yù)組裝件進(jìn)行有限元分析，檢查吊裝時(shí)各節(jié)點(diǎn)的受力和變形情況，使受力和變形符合要求。

4.8 預(yù)組裝件轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝

GIS 預(yù)組裝件轉(zhuǎn)運(yùn)吊裝時(shí)間選擇在升壓站上部組塊總裝期間，GIS 設(shè)備層甲板片安裝后，上層甲板片扣片前。預(yù)組裝件在運(yùn)輸裝卸過程中應(yīng)防止碰撞和劇烈振動(dòng)，以免內(nèi)部部件損壞，將預(yù)組裝件按照?qǐng)D紙順序整體吊裝至平臺(tái)。

4.9 GIS 設(shè)備整體拼裝

平臺(tái)上進(jìn)行GIS 預(yù)組裝件拼裝時(shí)，將設(shè)備與基板對(duì)齊，調(diào)整平衡性并固定，依次裝配，現(xiàn)場(chǎng)做好防護(hù)措施，作業(yè)過程中周邊不得有焊接、噴砂除銹打磨等易造成環(huán)境污染的施工作業(yè)，避免揚(yáng)塵、海風(fēng)等不利影響，嚴(yán)格控制GIS 部件的露空時(shí)間，防止灰塵和潮氣進(jìn)入GIS 內(nèi)部，拼裝完成后拆除臨時(shí)加固底座和支撐，并做好GIS 設(shè)備保護(hù)。

5 實(shí)施效果分析

5.1 降低安全風(fēng)險(xiǎn)

將平臺(tái)高空作業(yè)轉(zhuǎn)成地面作業(yè)，使約70%的安裝工作在地面車間內(nèi)完成，減少平臺(tái)交叉作業(yè)面和高空腳手架的搭設(shè)，有效降低高空作業(yè)、交叉作業(yè)、腳手架作業(yè)、吊裝作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 提高安裝質(zhì)量

深度預(yù)制使GIS 平臺(tái)上的拼裝連接面減少約75%，能大幅度減少平臺(tái)戶外組裝作業(yè)環(huán)境下GIS 內(nèi)部暴露的時(shí)間，滿足GIS 對(duì)裝配環(huán)境的要求。使用車間行吊進(jìn)行GIS 裝配，實(shí)現(xiàn)了吊機(jī)操作手與GIS 裝配人員的密切配合，能及時(shí)調(diào)整吊機(jī)狀態(tài)，保證設(shè)備吊裝的平穩(wěn)性，提高安裝精準(zhǔn)度，滿足GIS 對(duì)安裝密封性的要求，有效提高GIS 安裝質(zhì)量[5]。

5.3 縮短建造工期

深度預(yù)制可以充分利用現(xiàn)場(chǎng)車間優(yōu)勢(shì)，變傳統(tǒng)順序建造為并行建造，突破場(chǎng)地限制，縮短關(guān)鍵路徑，將大量平臺(tái)安裝工作前移到車間預(yù)組裝工作中，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)工廠化裝配，大幅降低總裝工作量，避免了施工過于集中的高峰期，受天氣和其他專業(yè)施工影響小，建造工期縮短約40%。

5.4 節(jié)約建造成本

原來需要用履帶吊的工作轉(zhuǎn)到車間內(nèi)，使用車間行吊，甚至很多組件的安裝因?yàn)榻ㄔ旄叨鹊慕档投恍枰踯嚨呐浜希瑴p少工機(jī)具及人員的投入，較傳統(tǒng)安裝方法能減少人工投入約25%，提高施工效率約30%，大噸位吊車使用率降低了約40%，同時(shí)節(jié)省防護(hù)工裝費(fèi)用、腳手架費(fèi)用、安全防護(hù)費(fèi)用，有效節(jié)約了建造成本。

6 結(jié)語

采用優(yōu)化改進(jìn)的技術(shù)方法對(duì)GIS 進(jìn)行安裝，使降本增效取得了良好的實(shí)施效果，同時(shí)也使得各專業(yè)施工銜接緊湊、有序，布局管控科學(xué)合理。本方法拓展了以往項(xiàng)目建造方法，與傳統(tǒng)安裝方法相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，為類似工程提供了思路和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)今后海上風(fēng)電項(xiàng)目GIS 的安裝有一定的參考意義。