CN114645532A - 一种无板托盘式海上变电站上部组块 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无板托盘式海上变电站上部组块，包括两层框架式钢结构，所述框架式钢结构由梁、柱和斜撑所形成，上下两层梁之间设置主柱、结构柱以及斜撑；所述框架式钢结构的梁或柱上连接预制舱或者室外设备，构成整体的海上变电站上部组块；所述框架式钢结构以梁系作为无板托盘结构型式的骨架，无板托盘结构型式海上变电站上部组块仅在两层托盘上的通道区、设备检修区和登乘集合区设置格栅通道区，所有区域均不设肋条和钢铺板。本发明采用二层钢结构布置型式，取消了原有三层和四层的梁、柱、肋条、板等，同时取消了一层和二层的肋条、钢铺板等，可减少钢材的用量约50%~60%，减轻上部组块重量，进而使得施工船机设备的选择余地增多。
Description
技术领域
本发明属于海上风力发电技术领域，尤其是涉及一种无板托盘式海上变电站上部组块。
背景技术
海上风电作为可再生能源的重要新生力量，是调整能源结构、打造低碳生产方式、促进可持续发展的重要实现途径。海上变电站作为海上风电场电能汇集、升压、配电和控制中心，成为海上风电场重要的配套设施，是优化设计时重点考虑的因素。
与常规海洋平台类似，海上变电站由上部组块和下部基础组成。传统的上部组块通常为四层甲板的钢结构平台，主要电气设备有主变压器、GIS、开关柜、配电装置、通信继保、柴油发电机、蓄电池等，主要暖通设备有除湿机、空调、风机等，主要给排水设备有消防水泵等，各专业主要设备均采用室内布置，四周由钢围壁围成封闭空间。
综合国内海上变电站的发展概况，主要布置形式有整体式和模块式两种。整体式海上变电站根据设备的需要，一般结构为四层钢结构框架型式，由梁、柱、撑作为支撑，钢铺板、舱壁作为结构分隔，舾装材料做防火绝缘和装饰美观，构成带有若干个房间的整体组块，在陆上完成整个上部组块的制造、安装、调试，然后将上部组块整体运输至现场，整体吊装。但整体式海上变电站缺点是上部组块整体重量大、工程用料较多，需要采用大型的运输和安装船舶，对现场的水深要求高。
目前，国内模块式海上变电站，主要是将升压站的上部组块分为若干个模块，根据布置型式可分为两类：
1）、第一种：设备仍全部采用室内布置，按照功能分为主变模块、中压模块、高压模块、控制模块、辅助模块等，在陆上完成模块内的制造、安装、调试，然后将各个模块运输至现场，逐个模块吊装；
2）、第二种：部分设备采用室外布置、其余设备采用独立模块的方案（参照专利CN113250167A一种轻量化模块集成式的海上升压站），该方案采用两层传统的甲板结构，即甲板由肋条和钢铺板构成。
然而，上述两种模块式海上变电站均存在局限性，第一种方案的舱壁等结构用钢量会加倍，模块之间的连接和整体调试需要在海上完成，海上作业时间长，施工费用高；第二种方案未对模块的预制舱结构做具体设计，两层传统的甲板结构用钢量大，未考虑室外设备之间的防火墙等结构。
综上可知，目前海上变电站上部组块存在重量大、建造周期长、吊装船机选择少、开发成本高等问题。随着海上风电大容量、深水化趋势的发展，以及平价时代降本的要求，对海上变电站上部组块进行方案优化显得十分必要和关键。海上变电站上部组块中结构重量大约占整个上部组块重量的50%~60%，对于上部组块的优化起了至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种无板托盘式海上变电站上部组块。
为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：
一种无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述无板托盘式海上变电站上部组块包括两层框架式钢结构，所述框架式钢结构由梁、柱和斜撑所形成，上下两层梁之间设置主柱、结构柱以及斜撑；
所述框架式钢结构的梁或柱上连接预制舱或者室外设备，构成整体的海上变电站上部组块；
所述框架式钢结构以梁系作为无板托盘结构型式的骨架，无板托盘结构型式海上变电站上部组块仅在两层托盘上的通道区、设备检修区和登乘集合区设置格栅通道区，所有区域均不设肋条和钢铺板。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
作为本发明的优选技术方案：所述格栅通道区包括钢格栅和双侧栏杆，所述双侧栏杆设置在钢格栅的两侧，所述钢格栅铺设在结构梁上。
作为本发明的优选技术方案：所述主柱的上端设置吊耳以方便吊装。
作为本发明的优选技术方案：所述室外设备之间设置防火钢板墙进行分隔。
作为本发明的优选技术方案：所述框架式钢结构在室外设备底部的梁上预埋设备基础，所述预埋设备基础用作支撑结构，同时考虑设备底板的防火分隔。
作为本发明的优选技术方案：两层框架式钢结构的梁系之间设置两个对称的爬梯，所述爬梯用于满足逃生和运维需求。
作为本发明的优选技术方案：所述预制舱包括钢围壁、结构柱、圈梁、顶板和底板组成；
所述结构柱和圈梁形成预制舱的框架，所述钢围壁、顶板和底板形成对预制舱框架的包绕。
作为本发明的优选技术方案：所述框架式钢结构的梁柱交汇处设置板式节点，所述板式节点布置在梁上，所述板式节点与结构柱、斜撑之间经板式节点上的焊接面焊接连接。
本发明提供一种无板托盘式海上变电站上部组块，具有如下有益效果：
1）、常规的海上变电站上部组块采用四层甲板的结构型式，本发明的海上变电站上部组块仅采用二层钢结构布置型式，取消了原有三层和四层的梁、柱、肋条、板等，同时取消了一层和二层的肋条、钢铺板等，可减少钢材的用量约50%~60%，减轻上部组块重量，进而使得施工船机设备的选择余地增多；同样，二层无钢铺板的结构型式可使建造更加快速和便捷，极大的节省了陆上建造时间和成本。
2）、区别于常规海上变电站，取消了常规的钢结构房间，原有的舱壁、舾装、屋面结构相应取消；室内设备采用成品预制舱型式；外露设备之间采用钢结构防火墙进行分割，既满足防火要求，又能布置紧凑；进一步减轻了变电站上部组块重量。同时，成品预制舱由设备厂商整套提供，可多作业面施工提高工厂内建造速度。
3）、区别于常规海上变电站，成品预制舱的布置几乎不受结构型式的影响，布置灵活性大，预制舱采用支座和变电站上部组块连接，可取消框架不必要的结构，进一步减少钢材量。
4）、本发明海上变电站上部采用空间桁架结构，一层和二层甲板柱之间设置斜撑，增加整体刚度，减小变形，满足在位运行和吊装的要求。
5）、设置四根贯通主柱，主柱下部与变电站下部结构相连，主柱上部设置吊耳，上部组块通过四根主柱传力。较重的电气设备，如主变等布置与主柱之间，较轻的设备布置在主柱外侧，重心居中，通过梁、斜撑、柱等传力至主柱，受力明确、结构合理，可减少钢材截面尺寸，减少钢材的用量。两层托盘之间，结构杆系交汇处设置板式节点，杆件与节点间采取焊接的方式进行连接。
6）、基于托盘式结构型式，主要设备和预制舱布置于二层结构梁，在运维检修期间，可快速、便捷地实现设备或成品预制舱的拆除和更换。同时如有需要，两层托盘间也可通过爆焊或切割的方式拆卸。
7）、基于本发明的无板托盘式上部组块型式的基本框架和思路，可根据风电场的容量灵活的进行结构扩展，适当增减梁、柱、斜撑等结构或调整结构跨度、截面，可形成适用于不同容量规模的海上变电站上部组块。
附图说明
图1为本发明所提供的无板托盘式海上变电站上部组块内的框架式钢结构的图示。
图2为本发明所提供的无板托盘式海上变电站上部组块的总装图示。
图3a为一层框架式钢结构内梁、柱以及斜撑的连接关系图。
图3b为二层框架式钢结构内梁、柱以及斜撑的连接关系图。
图4为格栅通道的图示。
图5为设备及预制舱更换/拆除示意图。
具体实施方式
区别于通常海上变电站做法，本发明提供无板托盘式海上变电站上部组块，仅采用两层钢结构框架即可完成整个变电站上部组块的布置，并实现其功能，本发明所提供的结构型式易拓展，可适用于不同容量的上部组块。采用该结构型式的变电站重量更轻、建造更快、造价更省。
具体地，本发明提供无板托盘式海上变电站上部组块，包括柱、斜撑、梁、钢格栅通道、防火墙等，类似直接以梁系作为骨架的“无板托盘”结构型式。
1）、本发明提供无板托盘式海上变电站上部组块为二层布置，通过梁、柱、斜撑形成整体框架结构，设置两层梁结构，两层梁之间设置柱和斜撑；设置四根主柱，主柱下端与下部结构相连，主柱上端设置吊耳；在竖直面上，在柱子之间设置斜撑，在平面上，柱或者斜撑之间设置梁。
2）、成品预制舱和外露设备通过底座等与结构连接，结构和相关设备构成整体的海上变电站上部组块。预制舱根据设置需求可布置单层或者双层。
3）、每层布置分为预制舱区、室外设备区和格栅通道区，预制舱区根据预制舱的支座要求，在框架结构上增设必要的支撑梁，或者直接利用框架结构梁。室外设备区根据设备荷载分配要求，在结构梁上预埋设备基础，作为支撑结构，同时考虑设备底板防火分隔。格栅通道区根据逃救生通道的规划原则，考虑设备检修区和登乘集合区等因素，仅在上述通道覆盖区结构梁上设置钢格栅和双侧栏杆，所有区域均不设肋条和钢铺板。
4）、为满足防火间距的要求，外露设备之间采用防火钢板墙进行分割。
5）、较重的设备或预制舱布置在四根主柱之间，较轻的设备或预制舱布置在四根主柱外侧。根据设备的重量，对称布置设备，控制重心尽量在四根主柱中间，通过斜撑形成整体框架，将所有的荷载传递至主柱。
6）、四根主柱上端设置有吊耳，本发明的上部组块可通过吊装或者平移安装的方式进行海上安装。
7）、两层甲板间设置两个基本对称的爬梯，可满足逃生和运维需求；设置爬梯或者直梯可达预制舱顶部，满足检修的要求。
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1~4所示，一种无板托盘式海上变电站上部组块，整体结构为双层框架钢结构型式，两层“托盘”上按功能不同放置了若干成品预制舱和室外设备，仅在两层“托盘”上的通道区、设备检修区和登乘集合区等区域铺设钢格栅，所有区域均不设肋条和钢铺板，室外设备之间设置防火墙，实现了结构轻量、布置紧凑、建造快速、运维便捷等优点。
如图1所示，本实施例上部组块采用二层钢结构框架型式，一层“托盘”由梁系1作为骨架，二层“托盘”由梁系2作为骨架，两层“托盘”之间设置主柱3、结构柱4、斜撑5，构成整体框架受力体系；
如图2所示，本实施例上部组块整体采用分层分片式加工方式，两层钢结构和成品预制舱单独加工，自下而上进行装配，装配顺序依次为一层钢结构（一层框架式钢结构包括梁1、主柱3、结构柱4、斜撑5）、一层格栅通道6、一层设备舱（包括蓄电池舱11、暖通机舱12、柴油机舱13、柴油罐舱14）、二层钢结构梁2、二层格栅通道7、二层室外设备或设备舱（包括室外主变压器27、室外电阻柜28、220kV GIS舱21、应急配电舱22、低压配电舱23、气瓶舱24、66kV GIS舱25、二次设备舱26）、二层室外防火墙29、爬梯15和爬梯16，可实现多作业面同时施工，快速装配。如图3a-3b所示，两层托盘之间，梁柱交汇处设置板式节点（101和201），一层梁1与结构柱4、斜撑5之间焊接面102连接，二层梁2与结构柱4、斜撑5之间通过焊接面202连接。
如图4所示，本实施例上部组块室外仅设置格栅通道区，在钢梁系31上通道区、设备检修区和登乘集合区等区域设置钢格栅32，格栅通道区两侧设置栏杆33，其余区域均不设肋条和钢铺板结构，减轻结构重量和焊接工作量；
如图5所示，本实施例上部组块主要设备预制舱，在运维期出现问题需更换时，预制舱（预制舱由钢围壁41、结构柱42、顶圈梁43和顶板44组成）及所含设备可通过吊绳45和吊装框架46进行吊装拆卸、更换，十分便捷。
以上实施例仅为本发明的一种较优技术方案，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的原理和本质情况下可以对实施例中的技术方案或参数进行修改或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述无板托盘式海上变电站上部组块包括两层框架式钢结构，所述框架式钢结构由梁、柱和斜撑所形成，上下两层梁之间设置主柱、结构柱以及斜撑；
所述框架式钢结构的梁或柱上连接预制舱或者室外设备，构成整体的海上变电站上部组块；
所述框架式钢结构以梁系作为无板托盘结构型式的骨架，无板托盘结构型式海上变电站上部组块仅在两层托盘上的通道区、设备检修区和登乘集合区设置格栅通道区，所有区域均不设肋条和钢铺板。
2.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述格栅通道区包括钢格栅和双侧栏杆，所述双侧栏杆设置在钢格栅的两侧，所述钢格栅铺设在结构梁上。
3.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述主柱的上端设置吊耳以方便吊装。
4.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述室外设备之间设置防火钢板墙进行分隔。
5.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述框架式钢结构在室外设备底部的梁上预埋设备基础，所述预埋设备基础用作支撑结构，同时考虑设备底板的防火分隔。
6.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：两层框架式钢结构的梁系之间设置两个对称的爬梯，所述爬梯用于满足逃生和运维需求。
7.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述预制舱包括钢围壁、结构柱、圈梁、顶板和底板组成；
所述结构柱和圈梁形成预制舱的框架，所述钢围壁、顶板和底板形成对预制舱框架的包绕。
8.根据权利要求1所述的无板托盘式海上变电站上部组块，其特征在于：所述框架式钢结构的梁柱交汇处设置板式节点，所述板式节点布置在梁上，所述板式节点与结构柱、斜撑之间经板式节点上的焊接面焊接连接。
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