海上升压站雾笛及助航灯系统一体化方案研究

0引言

为落实“双碳”目标,同时带动经济社会的高质量发展,国家和政府积极引导海上风电产业规划布局。随着国家政策的引导,我国海上风电正向着深远海、集群化、环境友好型等方向全面发展[1—2]。

海上升压站作为海上风电场工程的心脏,承担着将风力发电机产生的电能转换并输送到陆地电网的关键角色,因此海上升压站的运行安全性十分重要。作为海上升压站助航系统的重要组成部分[3],雾笛及助航灯系统是海上升压站安全运行,避免海上升压站与过往船只及飞行器发生碰撞事故的重要保障,其可靠性直接关系到海上风电场的安全与经济效益。

目前已有雾笛及助航灯系统在海上石油平台应用的相关研究[4—6],但缺少针对海上风电场海上升压站平台雾笛及助航灯系统相关应用的研究。因此,亟需研究一种适用于海上升压站的结构精简、布置方案紧凑、可靠性高、操作简便的雾笛及助航灯系统。

某典型海上风电场装机容量500 MW,风电场中心离岸距离约40 km,设置一座220 kv海上升压站。海上升压站采用三层布置方案,主变压器布置在二层甲板,通信继保室和蓄电池室布置在三层甲板,天线布置在顶层甲板。本文依托该典型海上风电场工程,研究了适用于海上升压站的雾笛及助航灯系统一体化方案。

1 雾笛及助航灯系统常规方案

海上升压站的助航灯包括航标灯及障碍灯。常规方案中海上升压站的雾笛、航标灯及障碍灯为三套互相独立的系统。

1.1 雾笛系统

常规方案的雾笛系统组成如图1所示。雾笛系统包括雾探仪、雾笛控制器、主雾笛、副雾笛。

雾探仪负责检测环境雾气浓度,当能见度低于2n mile时发出信号至雾笛控制器。主雾笛、副雾笛互为备用,在能见度低或大雾天气的情况下,根据雾笛控制器信号发出安全警示音响信号。主雾笛听程范围不低于2 n mile,工作频率900 Hz,警示海上升压站周围过往船只。当控制系统检测到主雾笛发生故障时,自动将副雾笛投入工作。副雾笛听程范围不低于0.5 n mile,工作频率900 Hz。主雾笛和副雾笛为两套独立设备,分别落地布置,主雾笛和副雾笛的外形如图2所示。雾笛控制器采用一路交流应急电源供电。

1.2 航标灯系统

常规方案的航标灯系统组成如图3所示。航标灯系统包括光控开关、航标灯控制器、航标灯。

光控开关负责检测环境光照度信息,当光照强度低于设定值时发出信号。航标灯在能见度低或夜晚的情况下,发出安全警示灯光信号,采用白色LED 光源,发光强度不低于1 400 cd,警示海上升压站周围过往船只。航标灯控制器采用一路交流应急电源供电。

1.3 障碍灯系统

常规方案的障碍灯系统组成如图4所示。障碍灯系统包括光控开关、障碍灯控制器、障碍灯。

光控开关负责检测环境光照度信息,当光照强度低于设定值时发出信号。障碍灯在能见度低或夜晚的情况下,发出安全警示灯光信号,采用红色LED 光源,发光强度不低于200 cd,警示海上升压站周围过往飞行器。障碍灯控制器采用一路交流应急电源供电。

1.4 常规方案的不足

通过以上分析可得海上升压站雾笛及助航灯系 统常规方案主要存在以下三点不足:

1)雾笛系统、航标灯系统、障碍灯系统为三套独立的系统,分别设置一套控制器,系统分散,操作及控制不便,系统可靠性较低;

2)主雾笛和副雾笛为两套独立设备,分别落地布置,设备占地面积大;

3)电源系统采用一路交流应急电源供电,供电可靠性有待提高。

2雾笛及助航灯系统一体化方案

针对海上升压站雾笛及助航灯系统常规方案中 存在的不足,本文提出了一种海上升压站一体化雾笛及助航灯系统,系统组成如图5所示。

雾笛及助航灯系统合并设置一套控制器,接收来自环境监测传感器及海上升压站监测报警系统的信号,通过预设的控制程序逻辑,在夜间或能见度低的情况下,自动或手动控制雾笛、航标灯及障碍灯发出特定的音响信号及灯光信号,对海上升压站周边的过往船舶和飞行器等起到安全警示的作用。与常规方案相比,一体化方案通过设置集中控制器,减少了控制器的数量,提高了雾笛及助航灯控制系统的集成度,操作简便,可靠性高。

系统采用主副一体式雾笛,将主雾笛和副雾笛一体化布置,副雾笛布置在主雾笛的上方,共用一套设备支架。主副一体式雾笛外形如图6所示。与常规方案相比,主副一体式雾笛方案减小了雾笛设备的占地面积,有利于海上升压站的紧凑型、轻量化布置。

系统电源采用交流电源和直流电源双电源供电的方案。交流电源采用一路220V交流应急电源,经整流器整流为直流24 V电源,为系统提供工作电源。直流电源采用一组24 V雾笛蓄电池供电。在工作电源退出时,直流电源为系统提供备用电源,可以满足系统96 h的连续供电需求。与常规方案相比,一体化方案通过设置一组专用直流蓄电池,采用交直流双电源互为备用的供电方式,提高了系统供电的可靠性。

3雾笛及助航灯系统一体化布置方案

依托典型海上风电场工程,本文研究并提出了适用于海上升压站的雾笛及助航灯系统一体化布置方案。雾笛及助航灯系统设备布置在海上升压站的三层和顶层,三层设备布置如图7所示,顶层设备布置如图8所示。

雾笛及助航灯系统控制器采用壁挂式电控箱,布置在海上升压站三层通信继保室,室内具有良好的运行环境,可保障控制器的运行稳定性。

雾笛蓄电池布置在海上升压站三层蓄电池室,与海上升压站220 V动力蓄电池及48 V通信蓄电池相邻布置。通过设置专用蓄电池室,雾笛蓄电池组具备了稳定的运行环境。蓄电池室与通信继保室相邻布置,减小了蓄电池组与雾笛及助航灯系统控制器间的电缆长度。

主副一体式雾笛布置在海上升压站顶层,位于三层通信继保室的上方,控制箱至雾笛的电缆通道较短,减小了雾笛与系统控制器间的电缆长度。

助航灯系统包含4盏航标灯和4盏障碍灯。4盏航 标灯布置在海上升压站三层的四个角落,#1航标灯布置在海上升压站西北角,#2航标灯布置在海上升压站东北角,#3航标灯布置在海上升压站西南角,#4航标灯布置在海上升压站东南角,灯光朝向远处的海面,保证海上升压站周围过往船只均能观察到航标灯。4盏障碍灯布置在海上升压站顶层的四个角落,#1障碍灯布置在海上升压站西北角,#2障碍灯布置在海上升压站东北角,#3障碍灯布置在海上升压站西南角,#4障碍灯布置在海上升压站东南角,灯光朝向远处,保证海上升压站周围过往飞行器均能观察到障碍灯。

雾探仪和光控开关安装在海上升压站顶层北侧栏杆上,安装时避免障碍物遮挡传感器,减少外界环境对雾探仪和光控开关工作的影响,提高环境监测结果的精确性。

4 结论

本文依托典型海上风电场工程,针对海上升压站雾笛及助航灯系统常规方案中存在的不足,研究并提出了适用于海上升压站的雾笛及助航灯系统一体化方案,主要结论如下:

1)将雾笛、航标灯及障碍灯系统合并设置,使得海上升压站雾笛及助航灯系统一体化方案结构精简、布置科学合理,具有高度的可靠性与简便的操作性,实现了对海上升压站雾笛和助航灯的集成控制,具有良好的安全效益。

2)系统采用主副一体式雾笛,减小了雾笛设备的占地面积,有利于海上升压站的紧凑型、轻量化布置。

3)雾笛及助航灯系统一体化方案采用交流电源和直流电源两路电源供电,在应急工作电源退出时,雾笛蓄电池为系统提供备用电源,可以满足系统96 h的连续供电需求,供电系统可靠性更高。

4)海上升压站一体化雾笛及助航灯系统通过稳定可靠地发出声光安全警示信号,可有效预防海上升压站与过往船舶及飞行器的碰撞事故,从而避免海洋环境污染、海上升压站设备损坏,并确保海上升压站运维人员的安全与健康,提升海上升压站的运行安全性。

[参考文献]

[1] 吴磊.海上风电技术发展综述[J].机械制造,2024,62(10):1-15.

[2]王立忠,王立林,洪义,等.海上风电技术发展趋势[J].能源工程,2024,44(6):3-12.

[3] 中国船级社.海上升压站平台指南2019:GD 11—2019[S].

[4] 吕凯.基于海上石油平台环境自适应智慧雾笛导航系统的研究[J].模具制造,2023,23(5):70-72.

[5]祁江峰,张春峰,卢俊奇,等.海洋平台声光标示系统设计、应用及优化[J].中国海洋平台,2021,36(2):66-70.

[6]李伯群.网络雾笛在海上平台的应用探索[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2019(1):81-82.

《机电信息》2025年第12期第19篇