集装箱式模块化海上升压站的制作方法

本发明涉及海上风力发电技术领域，尤其是涉及一种集装箱式模块化海上升压站。

背景技术：

海上风电场由若干风电机组和具有风电电能汇流功能的升压站组成。海上风力发电项目的升压站极少数设置在海边或岛屿，多数海上风电项目升压站都设置在海上。海上升压站是风电场核心部分，多台风电机组发电汇流的电能通过若干根海底电缆送至海上升压站，经该站内主变压器升压至高压电，由高压海底电缆把风场汇流的电能送至陆上集控中心开关站，集控中心对海上升压站进行远程监控，海上升压站是无人值守的开关站。集控中心开关站与电网公司变电站并网，海上风场电能送至电网公司变电站，由电网进行电力调度。海上升压站是风场的“心脏”，对海上风电场的可靠运行起到非常重要的作用。

目前国内大多数海上升压站是整体式钢结构建造形式。需要将工程材料、电气设备、暖通设备、消防设备、海上救生设备等运输至具有码头的海工基地，甲板逐层建造，完成甲板钢结构和舾装墙壁后，电气设备及其他设备均在其上层甲板施工前，吊装至相应集装箱内，然后进行设备上一层甲板施工。目前大多数国内海上升压站为4层甲板，现有整体式结构海上升压站设备安装与钢结构建造存在多个工种、多个专业(包含钢结构专业、电气专业、舾装专业、暖通专业、消防专业、给排水专业等)交叉施工的问题，造成施工工序复杂，工程质量控制难度较大，复杂的工序给工期管理、安全管理也增加了难度。

现有整体式结构海上升压站施工安装模式存在较多技术缺点。整体式海上升压站集中在海工基地建设，现场人员多、施工效率低、管理界面复杂。整体式海上升压站的建造环境在室外，电气设备所处环境较差，潮湿、盐雾等环境因素都可能造成电气设备的损坏。升压站陆地建造完成后，需进行单机试验和联动试验，试验周期长，专业交叉影响工程进度。

现有整体式结构海上升压站主块重量一般为2800吨至3200多吨，陆上建造完成后需整体吊装或滑移装船，运输至海上风电场，由于整体式结构海上升压站体积大，重量大，大型浮吊船才具备吊装能力，国内符合条件的船舶资源较少，在工程旺季，需排队等待，工程进度控制难度较大，吊装成本一般较高。

现有整体式结构海上升压站的维修非常困难。整体式结构海上升压站设备发生故障，需在海上零件拆除，陆上修复，再返回海上升压站装配，完成试验。若升压站发生严重故障，如因35kv配电间引发火灾造成系统损坏，则需将整个升压站拆除船运陆地返厂修复，维修周期较长，影响发电。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种集装箱式模块化海上升压站，便于灵活调度，可以减少海上安装作业的工作量。

第一方面，本发明提供的集装箱式模块化海上升压站，包括主体承重结构平台、搭载于主体承重结构平台上的集装箱式模块、以及安装在主体结构四周的模块化钢结构走台甲板，集装箱模块包括至少一电气集装箱模块、至少一暖通集装箱模块和至少一消防集装箱模块；电气集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的电气设施；暖通集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的暖通设施；消防集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的消防设施。

进一步的，电气集装箱模块、暖通集装箱模块、消防集装箱模块可拼接形成。

进一步的，集装箱式模块化海上升压站包括布置于主体承重结构平台的底层结构，底层结构包括底层平台；底层平台外围挂装有柴油储油集装箱模块、生活水设备集装箱模块、污水处理设备集装箱模块、救生筏、钢结构楼梯ⅰ和钢结构楼梯ⅱ；底层平台上布置有事故油箱和吊机。

进一步的，钢结构楼梯ⅰ和钢结构楼梯ⅱ均为模块化楼梯。

进一步的，集装箱式模块化海上升压站还包括布置于底层结构之上的一层结构；一层结构包括布置于中部的主变压器室、以及围设于主变压器室四周的控制室集装箱模块、主变室通道、通风机房集装箱模块ⅰ、消防设备集装箱模块、电气配电集装箱模块、低压配电集装箱模块ⅱ、通讯继保集装箱模块、高压设备线路终端平台和ups及直流配电集装箱模块。

进一步的，以主变压器室的四周逆时针方向分别为第一侧、第二侧、第三侧和第四侧；控制室集装箱模块、主变室通道、通风机房集装箱模块ⅰ、消防设备集装箱模块依次布置于第一侧；电气配电集装箱模块包括电气配电集装箱模块ⅰ和电气配电集装箱模块ⅱ，电气配电集装箱模块ⅰ和低压配电集装箱模块ⅱ布置于第二侧，且电气配电集装箱模块ⅰ临近控制室集装箱模块；通讯继保集装箱模块、高压设备线路终端平台、ups及直流配电集装箱模块布置于第三侧，且通讯继保集装箱模块临近低压配电集装箱模块ⅱ；电气配电集装箱模块ⅱ布置于第四侧，且电气配电集装箱模块ⅱ临近ups及直流配电集装箱模块。

进一步的，集装箱式模块化海上升压站还包括布置于一层结构上的二层结构，二层结构包括：布置于第一侧的通风机房集装箱模块、应急发电机集装箱模块和生活集装箱模块；布置于第二侧的主变压器散热器和低压配电集装箱模块ⅰ，主变压器散热器临近应急发电机集装箱模块，低压配电集装箱模块ⅰ位于角部；布置于第三侧的高压设备集装箱模块和蓄电池集装箱模块ⅰ，高压设备集装箱模块临近低压配电集装箱模块ⅰ；布置于第四侧的主变压器散热器，主变压器散热器临近蓄电池集装箱模块ⅰ。

进一步的，二层结构的上部设有三层结构，三层结构包括：接地变兼站用变集装箱模块、接地变集装箱模块、蓄电池集装箱模块ⅱ、蓄电池集装箱模块ⅲ、备件库集装箱模块、工具间集装箱模块、主吊机、主变压器室事故排风机、主变压器室空调外机、卫星天线及主变压器散热器顶油箱。

进一步的，集装箱模块外部设置有线材接口，内部设置有线束集成结构，设备的线材经线束集成结构集成于线材接口。

进一步的，集装箱模块为符合陆运标准的陆运集装箱。

本发明实施方式带来了以下有益效果：采用集装箱式模块化海上升压站包括主体承重结构平台、搭载于主体承重结构平台上的集装箱式模块、以及安装在主体结构四周的模块化钢结构走台甲板，集装箱模块包括至少一电气集装箱模块、至少一暖通集装箱模块和至少一消防集装箱模块，电气集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的电气设施，暖通集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的暖通设施，消防集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的消防设施，集装箱模块在制造厂家完成制造和调试，可极大地提高产品品质，便于灵活调度，可以减少海工基地的工作量，进而降低工程造价。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施方式提供的底层结构的俯视图；

图2为本发明实施方式提供的一层结构的俯视图；

图3为本发明实施方式提供的二层结构的俯视图；

图4为本发明实施方式提供的三层结构的俯视图。

图标：01-高压设备集装箱模块ⅰ；02-高压设备集装箱模块ⅱ；03-主变室ⅰ；04-主变室ⅱ；05-电气配电集装箱模块ⅰ；06-电气配电集装箱模块ⅱ；07-低压配电集装箱模块ⅰ；08-低压配电集装箱模块ⅱ；09-接地变兼站用变集装箱模块ⅰ；10-接地变集装箱模块ⅰ；11-接地变集装箱模块ⅱ；12-接地变兼站用变集装箱模块ⅱ；13-应急发电机集装箱模块ⅰ；14-应急发电机集装箱模块ⅱ；15-柴油储油集装箱模块；16-通讯继保集装箱模块ⅰ；17-通讯继保集装箱模块ⅱ；18-ups及直流配电集装箱模块；19-控制室集装箱模块ⅰ；20-控制室集装箱模块ⅱ；21-蓄电池集装箱模块ⅰ；22-蓄电池集装箱模块ⅱ；23-蓄电池集装箱模块ⅲ；24-通风机房集装箱模块ⅰ-ⅰ；25-通风机房集装箱模块ⅰ-ⅱ；26-通风机房集装箱模块ⅰ-ⅲ；27-通风机房集装箱模块ⅱ-ⅰ；28-通风机房集装箱模块ⅱ-ⅱ；29-通风机房集装箱模块ⅱ-ⅲ；30-消防设备集装箱模块ⅰ；31-消防设备集装箱模块ⅱ；32-消防设备集装箱模块ⅲ；33-生活水设备集装箱模块；34-污水处理设备集装箱模块；35-休息室集装箱模块；36-餐厅集装箱模块；37-卫生间及厨房集装箱模块；38-配件间集装箱模块；39-工具间集装箱模块；40-高压设备线路终端平台ⅰ；41-高压设备线路终端平台ⅱ。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施方式一

如图1、图2、图3和图4所示，本发明实施方式提供的集装箱式模块化海上升压站，包括主体承重结构平台、搭载于主体承重结构平台上的集装箱式模块、以及安装在主体结构四周的模块化钢结构走台甲板，集装箱模块包括至少一电气集装箱模块、至少一暖通集装箱模块和至少一消防集装箱模块；电气集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的电气设施；暖通集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的暖通设施；消防集装箱模块包括集装箱体以及安装于集装箱体内的消防设施。

具体地，集装箱式模块化海上升压站，除两台主变压器、底层平面甲板设备(柴油储油集装箱模块15、生活水设备集装箱模块33和污水处理设备集装箱模块34除外)、塔吊、顶层甲板设备采用钢结构平台方式建造外，其他所有电气、通风、消防等设备均采用厂家厂房内，集装箱模块内安装并完成单机调试的建造模式。

采用集装箱模块实现标准化批量化生产、工厂厂房内制造，制造环境优越；采用车间机械化加工方式，材料利用率高；车间采用专用机械，工艺简单，提高效率，节约成本；采用工厂车间内制造的方式可以保证电气设备、暖通设备、消防设备的产品质量。

集装箱模块安装调试完成后，分体运输至海工基地，分体吊装，与主体承重结构相连接，连接完成后整体运输至安装位置就位。分体建造安装使工期更灵活，提高了施工效率。可分专业同时完成多个集装箱模块内设备的安装工作，增加施工效率且便于管理。集装箱式模块化结构降低了升压站的尺寸和重量，减少对大型船机吊装资源的依赖。

控制室集装箱模块和生活集装箱模块布置远离可能存在危险的高压设备集装箱模块；保障工作人员的安全。

将接地变兼站用变集装箱模块、接地变集装箱模块安装在三层甲板上；节约主要设备层空间，减少电缆跨接，便于运维、检修和更换，节约成本和工期。

将主变压器油箱安装在顶层甲板上；节约空间，利于关键设备的布置。

优化了各集装箱模块的长、宽、高度和室内设备的布置方案，使其高度、宽度统一，以满足道路运输规范、建筑设计规范、电气设计规范的相关要求，同时实现制造标准化，利于安装，减小升压站的体积，提高空间利用率。

在本发明实施方式中，电气集装箱模块、暖通集装箱模块、消防集装箱模块可拼接形成。其中，采用集装箱环绕布局方式，便于将关键设备吊出集装箱，或直接将集装箱吊离升压站，便于后期关键设备的检修和更换。消防、暖通、电气集装箱体的墙壁采用可拆卸结构，设置检修口或检修门，方便后期设备的运维、检修和更换。

如图1所示，集装箱式模块化海上升压站包括布置于主体结构之上的底层结构，底层结构包括底层平台；底层平台外围挂装有柴油储油集装箱模块15、生活水设备集装箱模块33、污水处理设备集装箱模块34、救生筏、钢结构楼梯ⅰ和钢结构楼梯ⅱ；底层平台上布置有事故油箱和吊机。其中，主体结构采用钢架结构，与下部支撑结构连接。主体结构设有钢梁，底层平台连接在钢梁上。钢梁向外侧延伸，以形成钢结构楼梯ⅰ的安装部位和钢结构楼梯ⅱ的安装部位，钢结构楼梯ⅰ和钢结构楼梯ⅱ可分别通过螺栓连接于钢梁。

进一步的，柴油储油集装箱模块与应急发电机集装箱模块上下布置，结构紧凑，输油管线短，节约材料，降低施工成本，便于后期的维护管理。

进一步的，生活水集装箱模块、污水处理设备集装箱模块与生活集装箱模块上下布置，结构紧凑，生活水与污水管线短，节约材料，降低施工成本，便于后期的维护管理。

进一步的，柴油储油集装箱模块与生活水集装箱模块、污水处理设备集装箱模块对称布置，保证升压站钢结构平台的重量均衡，提高平台的力学稳定性。

进一步的，钢结构楼梯ⅰ和钢结构楼梯ⅱ均为模块化楼梯。其中，升压站外人员通道楼梯采用钢制模块化结构，便于制造、后期防腐处理和更换，也便于检修维护，建造期间可节约成本和工期。

如图1和图2所示，集装箱式模块化海上升压站还包括布置于底层结构之上的一层结构；一层结构包括布置于中部的主变压器室、以及围设于主变压器室四周的控制室集装箱模块、主变室通道、第一通风机房集装箱模块、消防设备集装箱模块、电气配电集装箱模块、低压配电集装箱模块ⅱ08、通讯继保集装箱模块、高压设备线路终端平台和ups及直流配电集装箱模块18。其中，主变压器室包括：主变室ⅰ03和主变室ⅱ04，高压设备线路终端平台包括：高压设备线路终端平台ⅰ40和高压设备线路终端平台ⅱ41，高压设备线路终端平台ⅰ40与低压配电集装箱模块ⅱ08临近设置，高压设备线路终端平台ⅱ41与ups及直流配电集装箱模块18临近设置。消防设备集装箱模块包括：消防设备集装箱模块ⅰ30、消防设备集装箱模块ⅱ31和消防设备集装箱模块ⅲ32，一层结构还包括钢结构走台甲板，经钢结构走台甲板可进出电气配电集装箱模块和ups及直流配电集装箱模块18。电气配电集装箱模块包括：电气配电集装箱模块ⅰ05和电气配电集装箱模块ⅱ06，钢结构走台甲板外侧挂设空调外机，空调外机的出风口背离钢结构走台甲板，从而避免空调外机出气吹向钢结构走台甲板上的人员。

具体的，采用环绕主变压器室的布局方式，两主变压器室的外墙即为集装箱体，结构紧凑。实现关键电气设备之间的紧凑连接，优化了电缆的分布，减少了电缆用量，节约了工期和施工成本，采用紧凑布局减小了升压站的体积和重量。

进一步的，以主变压器室的四周逆时针方向分别为第一侧、第二侧、第三侧和第四侧；控制室集装箱模块、主变室通道、第一通风机房集装箱模块、消防设备集装箱模块依次布置于第一侧；电气配电集装箱模块包括电气配电集装箱模块ⅰ05和电气配电集装箱模块ⅱ06，电气配电集装箱模块ⅰ05和低压配电集装箱模块ⅱ08布置于第二侧，且电气配电集装箱模块ⅰ临近控制室集装箱模块；通讯继保集装箱模块、高压设备线路终端平台、ups及直流配电集装箱模块布置于第三侧，且通讯继保集装箱模块临近低压配电集装箱模块ⅱ08；电气配电集装箱模块ⅱ06布置于第四侧，且电气配电集装箱模块ⅱ06临近ups及直流配电集装箱模块18。其中，控制室集装箱模块包括：控制室集装箱模块ⅰ19和控制室集装箱模块ⅱ20，低压配电集装箱模块ⅱ08临近通讯继保集装箱模块，且通讯继保集装箱模块临近高压设备线路终端平台，通讯继保集装箱模块位于主变压器室边侧，包括：通讯继保集装箱模块ⅰ16和通讯继保集装箱模块ⅱ17，如此可以缩短线缆长度。此外，控制室集装箱模块、主变室通道和第一通风机房集装箱模块依次相邻设置，可缩短管路长度。通过最大限度地缩短电缆和管路长度，可以提高系统可靠性，同时减轻海上升压站的重量。

如图1、图2和图3所示，集装箱式模块化海上升压站还包括布置于一层结构上的二层结构，二层结构包括：布置于第一侧的通风机房集装箱模块、应急发电机集装箱模块和生活集装箱模块；布置于第二侧的主变压器散热器和低压配电集装箱模块ⅰ07，主变压器散热器临近应急发电机集装箱模块，低压配电集装箱模块ⅰ07位于角部；布置于第三侧的高压设备集装箱模块和蓄电池集装箱模块ⅰ21，高压设备集装箱模块临近低压配电集装箱模块ⅰ07；布置于第四侧的主变压器散热器，主变压器散热器临近蓄电池集装箱模块ⅰ。其中，生活集装箱模块包括：休息室集装箱模块35、餐厅集装箱模块36和卫生间及厨房集装箱模块37。高压设备集装箱模块包括：高压设备集装箱模块ⅰ01和高压设备集装箱模块ⅱ02，高压设备集装箱模块ⅰ01与高压设备集装箱模块ⅱ02共用同一集装箱箱壁。此外，一层结构和二层结构均设有钢结构走台甲板。

进一步的，一层结构设有第一通风机房集装箱模块，二层结构设有第二通风机房集装箱模块，当第一通风机房集装箱模块和第二通风机房集装箱模块中的任一出现故障时，可使另一连接备用管路，以确保各集装箱通风。其中，第一通风机房集装箱模块包括：通风机房集装箱模块ⅰ-ⅰ24、通风机房集装箱模块ⅰ-ⅱ25和通风机房集装箱模块ⅰ-ⅲ26，第二通风机房集装箱模块包括：通风机房集装箱模块ⅱ-ⅰ27、通风机房集装箱模块ⅱ-ⅱ28和通风机房集装箱模块ⅱ-ⅲ29，第二通风机房集装箱模块位于第一通风机房集装箱模块的上方，从而能够缩短备用管路的长度。应急发电机集装箱模块包括：应急发电机集装箱模块ⅰ13和应急发电机集装箱模块ⅱ14，应急发电机集装箱模块设置在边角处，应急发电机集装箱模块具有进气端面和排气端面，且进气端面垂直于排气端面，从而可以避免柴油发电机吸入自身排放的废气。休息室集装箱模块35临近救生艇，以便在紧急撤离时人员能够快速登上救生艇。高压设备集装箱模块临近低压配电集装箱模块ⅰ07，可以缩短线路长度，进而减轻海上升压站的整体重量。

如图1、图2、图3和图4所示，二层结构的上部设有三层结构，三层结构包括：接地变兼站用变集装箱模块、接地变集装箱模块、蓄电池集装箱模块ⅱ22、蓄电池集装箱模块ⅲ23、配件间集装箱模块38、工具间集装箱模块39、主吊机、主变压器室事故排风机、主变压器室空调外机、卫星天线及主变压器散热器顶油箱。其中，接地变兼站用变集装箱模块、接地变集装箱模块、蓄电池集装箱模块ⅱ22、蓄电池集装箱模块ⅲ23、配件间集装箱模块38和工具间集装箱模块均采用集装箱模块。蓄电池集装箱模块ⅱ22位于蓄电池集装箱模块ⅰ21的上方，蓄电池集装箱模块ⅲ23位于低压配电集装箱模块ⅰ07上方，且配件间集装箱模块38与蓄电池集装箱模块ⅲ23临近设置，工具间集装箱模块39与蓄电池集装箱模块ⅱ22临近设置。接地变集装箱模块包括接地变集装箱模块ⅰ10和接地变集装箱模块ⅱ11，接地变兼站用变集装箱模块包括接地变兼站用变集装箱模块ⅰ09和接地变兼站用变集装箱模块ⅱ12，接地变兼站用变集装箱模块ⅰ09与接地变集装箱模块ⅰ10临近设置，接地变集装箱模块ⅱ11与接地变兼站用变集装箱模块ⅱ12临近设置。三层结构设有可开启的盖板，通过开启盖板，可以将主变压器室和高压设备集装箱模块的顶部开启，在主变压器和高压设备发生故障时，通过主吊机将设备吊出维修。由于接地变压器承受较大电流冲击，易产生故障，为便于接地变压器维修，将接地变兼站用变集装箱模块、接地变集装箱模块设置在顶层，从而便于对变压器进行海上维修，如果出现严重故障，便于拆卸、返厂、更换。此外，三层结构设有钢结构走台甲板，且钢结构走台甲板沿三层结构边侧延伸。

进一步的，集装箱模块外部设置有线材接口，内部设置有线束集成结构，设备的线材经线束集成结构集成于线材接口。其中，模块化钢结构走台甲板下面布置电缆桥架、管线、风管，便于同层安装检修和跨层安装检修。主变室四角的主立柱旁设有电缆井及管道井；优化电缆和管路布局方式，使线路、管线、风管便于安装和维修。

在海上升压站的建造时，海上升压站除了主变外所有的电气设备和消防设备、给排水设备、通风空调设备均设置在特制的集装箱内。在集装箱厂内，除了完成箱体结构、防腐、门、舾装保温防火墙壁施工外，消防管线和火灾报警及联动，照明、广播对讲、视频监控、车间制造调试完成后，运到设备厂家进行设备安装和调试。然后集装箱陆上运输至海工建造基地，与钢结构主体进行组对和固定安装，集装箱内的风管、消防水管、电缆与外部电缆连接和联动调试后，吊运海上运输船，减少海工基地建造多工种交叉作业面，电气、消防、暖通、给排水、照明、防腐、舾装的工作分别在各自专业厂家的厂房内安装和试验，减少室外作业的工序，容易控制质量、进度控制简单、便于管理，可加快工程进度。集装箱装配式升压站比整体式升压站重量轻，海运和海上施工装备选择范围大，便于灵活调度，缩短海上施工工期。

最后应说明的是：以上各实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施方式对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施方式技术方案的范围。