自升式海上风电施工平台吊机运行故障分析与维护

0引言

随着我国经济快速发展及能源结构转变,风力发电开发正逐步往海上发展,且随着海上风电建设规模越来越大,越来越多海上风电施工平台已投入使用。随着风机规模逐渐往大型化发展,吊机起吊能力和吊高也在往大型化发展。吊机作为海上风电施工平台施工核心装备,其能否正常运转,不但影响风机吊装效率,还影响平台运行安全。良好的吊机运行维护管理和正确的操作方式,能够降低吊机故障发生的频率和次数,延长吊机使用寿命。

1 典型自升式海上风电施工平台吊机组成

自升式海上风电施工平台与传统船舶有较大差别,其通过自升式液压升降系统将平台顶升脱离水面后,通过吊机进行风机吊装作业,其一般组成(图1)如下:平台娓部左舷3号桩腿配备1 000 t主起重机一台,为绕桩式全回转重型起重机,主起重机所有绞车和回转机构采用电力驱动和控制,由平台主电站提供690 V/50 Hz动力电源;在平台艄部右舷2号桩腿附近配备辅起重机一台,为200 t全回转起重机,采用电液驱动;艄部左舷1号桩腿固桩架顶部设置一台5 t/16 m电动液压起重机。平台一般通过主吊机单独吊装,或者与辅吊机配合抬吊进行风机吊装作业。随着风机往深远海发展以及风电机组往大型化发展,吊机起吊能力不断提高,其平台布置也有一定的优化。

2 自升式海上风电施工平台吊机运行故障分析

2.1 自升式海上风电施工平台吊机运行故障及原因分析

根据某自升式海上风电施工平台2021年故障统计,吊机在运行过程中共发生故障86起,平均每月大概7.2起;故障涉及电力系统、控制系统(含电子元器件)、空调制冷系统、钢丝绳及稳货绳、机械结构、润滑油系统、液压系统以及人员技术水平等方面(图2)。受抢装潮影响,吊机连轴施工作业,故障主要集中在施工期间的3月—9月。

造成吊机故障频发的原因是多方面的,主要有以下几点:1)海上风机吊装需要极高的稳定性和精准度,往往要求吊机有更高更好的性能,电力驱动吊机较液压系统驱动吊机具有更加稳定的性能,但随着吊机往智能化、自动化和系统化方向发展,大量电子设备被运用到吊机系统中,故障频率也相应提高;

2)相对于液压系统驱动的吊机,操作使用人员的电力知识相对较薄弱,维护保养和故障处理能力相对欠缺;3)吊机驱动依靠主发电机提供的电能,而系统设定主吊机启动需2台及以上主发电机(4× 1 600 kw),根据电力负荷估算书,吊机作业和待命期间,负荷波动较大,容易造成动力系统频繁报警与故障;4)吊机A字架一端钢丝绳固定在A字架端,而200 t辅助吊机无法够到,人员无法对其进行维护保养,且随着抢装潮的出现,吊机长期处于超负荷运转状态,影响正常的维护保养;5)吊机长期处在潮湿、高盐分的环境中,对吊机钢丝绳、机械结构是一种损害。

2.2 吊机故障与施工情况的关系

海上风电施工平台的施工作业受限于施工海域的风、浪、涌等海况条件。受国内沿海季风、台风等的影响,每年的3月—9月为主要施工窗口期,其中7月—9月为台风多发期;10月至来年的2月受冷空气影响,为非窗口期;在非窗口期,尤其是台风期间,人员撤离平台期间,吊机停机时间较长,系统停电,无法为电子元器件加热除湿,吊机容易在重新启动时出现故障;而在施工作业窗口期,尤其是在抢装潮期间,吊机连续高负荷施工作业,影响吊机正常维护保养,易造成吊机出现故障。

2.3 影响吊机作业的主要故障

从图2可以看出,影响吊机作业次数较多的为控制系统(含电子元器件)故障,导致吊机停机时间最长的为钢丝绳及稳货绳故障。

利用起风期间对主吊机钢丝绳进行全面检查和保养时发现,主吊机臂杆在17O左右时,变幅钢丝绳在1m多范围内存在20多处断丝情况,根据国家标准,如GB/T 5972—2016《起重机 钢丝绳 保养、维护、检验和报废》,钢丝绳临近报废,为确保安全,及时采购新钢丝绳进行更换,导致停工152 h;因稳货绞车绳断裂,稳货系统停用16 h。造成此种情况的主要原因有以下几点:1)钢丝绳在牵引作业及提升工况下其磨损主要存在外部磨损和内部磨损两种形式,外部磨损主要是钢丝绳与滑轮槽、钩头等表面接触产生的磨损,内部磨损主要发生在内、外股接触钢丝绳上,在交变载荷作用下,内、外股之间相对运动会产生钢丝绳之间的微动磨损[1];吊机靠近A字架端钢丝绳固定,且远离200 t辅吊,平时无法保养到位,且受抢装潮影响,吊机使用频率高,影响正常维护保养。

2)在施工期间,钢丝绳长期处于摩擦、潮湿和腐蚀的工作环境和状态下,承受反复拉扯、弯曲和扭转载荷作用,容易出现疲劳磨损。3)吊机在起吊机舱或者塔筒部件时,受潮水或者风向影响,运输船无法太靠近平台,主吊机需要趴杆到较小的角度,且为了避免运输船因涌浪上下颠簸磕碰被吊物,被吊物离开运输船瞬间,吊机需要加速吊起货物,因此出现较大惯性,加重了钢丝绳受力磨损情况。

3 自升式海上风电施工平台吊机运行维护策略

3.1科学合理安排平台运营

为有效改善海上风电施工平台吊机的状态和使用寿命,可对平台的运营进行优化,使其更加科学和合理。如:1)制定更加科学合理的施工方案,密切关注天气情况,减少和避免吊装作业过程中受天气及涌浪影响,造成吊机瞬时过载的情况,且应避免吊机过多使用极限状态;2)结合天气及海况对海上风电施工平台的作业计划进行合理安排,对作业进度进行合理调整[2],分析吊机状况,制定详细施工方案,避免吊机发生状况导致停机。

3.2提高吊机管理人员技能水平

因主吊机纯电驱动,高度自动化,电路集成化,对吊机司机及维护管理人员有较高的要求,需要不断提高吊机管理人员的技术水平、综合素质以及团队合作意识。

3.3 完善吊机维护保养方案

1)平台吊机维护保养还有待进一步完善,主要包括以下几点:(1)吊机维护主要停留在预防阶段,对于突发故障,手足无措,无法找到原因并进行处理。(2)吊机操作规范与保养意识还不够,管理人员经验及技术水平还有待提高。(3)吊机维护保养方案不够完善,执行不够到位,需进一步细化和完善吊机维护保养方案,以确保吊机维护保养质量,达到适应目前吊机状态,保证吊机正常高效运行,延长吊机使用寿命的目的。某平台吊机维护保养计划表如表1所示,通过严格执行既定的维护保养计划,吊机故障率大幅降低。

2)加强人员操作培训,对吊机操作人员进行专业的液压系统知识、电力系统知识培训,使其了解液压系统及电力系统工作原理,常见故障原因及处理方法,并进一步加强相关技能的提升。

3)针对吊机钢丝绳润滑不良,腐蚀的钢丝绳强度和柔韧度降低,易出现断丝的情况,以及海上湿度、风力、温差大等天气特点,选择润滑油的适应温度在-30~60℃ ,这种润滑油有较好的粘附性能[3]。

4)做好备品备件申报、采购计划,做到合理储备,尤其是对影响设备运转操作的易损件或者采购周期较长的备件,应提前做好相关储备;对设备中采用国外进口备件的,做好国产化备用方案,确保故障发生时能快速更换,缩短停机时间,避免设备突发故障时因备品备件原因,导致平台无法正常运转。

5)制定完善的吊机维护保养制度及方案,明确维护周期和内容,覆盖“准备—检查—维护—应急—评估”全流程,涵盖日常、每周、月度、季度、年度维护等,兼顾日常保养与特殊场景应对,重点关注关键部件与核心系统,同时强化人员操作规范与保养意识。通过持续规范的保养,保障吊机安全高效运行,降低故障损失,延长设备使用寿命。

6)制定应急保障措施,配备专业维修人员,确保吊机出现故障时能及时得到维修,排除故障;制定应急联络机制,留存设备厂家售后电话、本地维修服务商联系方式,若出现重大故障,及时联系专业人员现场维修,避免因自行维修不当扩大故障范围。

4 结束语

吊机作为 自升式海上风电施工平台的核心装备,其稳定运行直接决定施工效率、人员安全与财产安全。本文梳理的故障成因与维护策略,为同类平台吊机管理提供了可落地的解决方案,通过技术适配、人员赋能、制度完善,有效降低故障频次,缩短停机时间,延长设备使用寿命。未来,随着风机向深远海、大型化发展,吊机起吊能力与作业环境复杂度将进一步提升,需持续优化吊机设计(如改善难保养部件的维护可达性)与维护体系,推动吊机管理从“被动维修”向“主动预防十智能预警”升级,为海上风电规模化、高质量建设提供更坚实的装备保障。

[参考文献]

[1]客圣俊,王慧,宋宝,等.钢丝绳失效机理研究综述[J].现代制造技术与装备,2018(1):1-4.

[2]孙慧.海上风电安装平台轮机运行故障与维护[J].中国新技术新产品,2020(24):43—45.

[3]逄贵杰.海上石油平台吊机钢丝绳故障分析[J].设备管理与维修,2022(1):68—69.

《机电信息》2025年第23期第16篇