一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法
【专利摘要】本发明提供一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法，属于海洋工程结构阴极保护检测领域，该装置包括阴极保护监测主机、测试电缆、液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器、测试桩，测试桩与安装在其上的液位传感器、浮动式电位传感器和固定式电位传感器构成测试组件。阴极保护监测主机对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机经测试电缆连接于测试组件和每个海上风电基础。本发明通过浮动式电位传感器和液位传感器，可实时准确获取潮位变动区的阴极保护电位数据，有效提高风电基础阴极保护效果评估的准确度，具有结构简单、操作简便、通用性强等特点，适用于各类海洋工程结构物的阴极保护效果监测。
【专利说明】
一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法
技术领域
[0001]本发明涉及海洋工程结构阴极保护检测技术领域，具体地说是一种用于海上风电固定式基础结构阴极保护状态原位实时监测的远程监测装置及其监测方法。
【背景技术】
[0002]海上风能是一种安全、清洁、稳定的可再生能源，是缓解当前能源短缺、解决环境污染问题的战略选择，已成为各国新能源开发的重要组成部分。海上风电机组作为海上风能开发和利用的重要设施，长期处于苛刻的腐蚀性海洋环境中，其可靠性和耐久性受到广泛关注。风电基础结构是海上风电机组的重要组成部分，在复杂多变的海洋环境中，承受着诸如机组重力、风、浪、流、冰、地震、水位变化、冲刷淘蚀、海生物附着等力学和环境荷载的作用，在服役过程中不可避免的产生腐蚀问题。目前，近海风场的风电基础结构主要以固定式结构为主，该类结构跨越海洋大气区、浪花飞溅区、海水潮差区、海水全浸区及海底泥下区五个区带，腐蚀环境差异较大，金属材料在不同区带的腐蚀特征和腐蚀速率各不相同。为控制风电基础结构的腐蚀，通常采用防腐涂层和阴极保护联合的防腐措施，其保护效果可通过保护电位等参数进行评价。早期的阴极保护检测只是采用人工方式对保护电位进行测量，存在很大的局限性。随着自动化和信息化技术的发展，阴极保护在线监测技术不断发展成熟，并逐步应用于一些海洋工程结构的阴极保护状态监测。专利CN201220653244.6和CN201320291556.1分别公布了一种海上风电基础结构阴极保护监测装置和海上风电基础阴极保护监测用参比电极，实现了风电基础阴极保护电位的远程自动化检测。但固定式风电基础结构在潮汐的作用下，高潮位和低潮位时的阴极保护面积差别较大，阴极保护电位存在较大差异，可达10mV以上，在风电基础的潮位变动区，高低潮位随潮汐日夜变化，阴极保护电位实时监测困难，而且仅通过几个固定点电位的检测无法对风电基础的保护效果进行准确评价，甚至产生较大的误判，因此需对阴极保护监测装置进行改进，实现风电基础潮位变动区阴极保护电位的准确检测和整体保护效果的准确评估。
【发明内容】
[0003]本发明的技术任务是针对现有海上风机固定式基础结构在潮位变动区进行阴极保护电位原位实时监测的技术难题，提供一种海上风电基础阻极保护远程监测装置及其监测方法。该装置阴极保护监测主机通过测试电缆与多个浮动式和固定式电位传感器、液位传感器相连，实现风电基础结构阴极保护电位和潮位高度数据的自动采集、转换、存储和远程传输。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]1、本发明提供一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，包括阴极保护监测主机、测试电缆、液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器和测试粧，测试粧固定在海床或海上风电基础上，测试粧与安装在其上的液位传感器、浮动式电位传感器和固定式电位传感器构成一个测试组件，其中:
[0006]阴极保护监测主机对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机与上位机相通讯，阴极保护监测主机通过测试电缆分别连接于所述测试组件和每个海上风电基础上，测试组件的数量至少为一个，并分布在每个海上风电基础的周围；
[0007]液位传感器位于测试粧的一端，用于对海平面的潮位高度进行测量；
[0008]浮动式电位传感器滑动设在测试粧上，其靠自身浮力浮于海平面，并随潮位变化沿测试粧上下移动，用于测量潮位变动区的阴极保护电位数据；
[0009]固定式电位传感器位于测试粧的底部或位于海床中，用于测量海底泥下区的阴极保护电位数据。
[0010]具体的，所述液位传感器安装于测试粧的顶端或底端。
[0011]具体的，所述浮动式电位传感器包括浮力壳体，浮力壳体内由隔板分隔成浮力腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室，浮力腔内填充浮力材料，半电池腔室开口端由多孔隔膜密封，半电池腔室内置参比电极，参比电极由密封材料封装于浮力壳体内，并引出引线连接至所述测试电缆。
[0012]其中，浮力材料可以为聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫、空心玻璃微珠等中的至少一种，浮力壳体可以为玻璃钢、ABS、PVC等中的至少一种。
[0013]具体的，所述固定式电位传感器包括配重壳体，配重壳体内由隔板分隔成配重腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室，配重腔内填充配重材料，半电池腔室开口端由多孔隔膜密封，半电池腔室内置参比电极，参比电极由密封材料封装于配重壳体内，并引出引线连接至所述测试电缆。
[0014]具体的，所述浮力壳体为球形或椭球形。
[0015]具体的，所述浮力壳体具有中孔结构，浮动式电位传感器通过中孔结构滑动嵌装在测试粧上。
[0016]具体的，所述参比电极选自高纯锌或银/卤化银中的至少一种，参比电极可以为同种材料或异种材料。
[0017]具体的，所述阴极保护监测主机包括防护箱体，防护箱体内置数据采集控制模块、多通道I/O模块、测试电缆接线端、显示模块、通讯模块、存储模块和电源模块:
[0018]数据采集控制模块通过控制多通道I/O模块，对连接于测试电缆接线端的液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器进行控制及数据采集和转换，并通过存储模块、显示模块和通讯模块实现数据的本地存储、显示和远程传输；
[0019]电源模块用于对防护箱体内各功能模块提供电力。
[0020]具体的，所述测试组件安装位置距离海上风电基础表面的水平距离小于2米。
[0021]2、本发明另提供一种海上风电基础阴极保护远程监测方法，包括如下步骤:
[0022]S1、将阴极保护监测主机对应安装在每个风机塔筒上，多个阴极保护监测主机分别由上位机连接控制；
[0023]S2、在每个海上风电基础上均配置一个或均布多个测试组件，阴极保护监测主机通过测试电缆接线端与液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器的测试电缆相连接，由数据采集控制模块通过控制多通道I/O模块，对连接于测试电缆接线端的液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器进行控制和数据采集和转换，并通过存储模块、显示模块和通讯模块实现数据的本地存储、显示和远程传输；
[0024]S3、上位机远程接收阴极保护监测主机的运行状态，为海上风电基础潮位变动区阴极保护电位的检测和整体保护效果提供参考。
[0025]本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法与现有技术相比所产生的有益效果是:
[0026]1、本发明的I个测试粧与安装的I个液位传感器、I个浮动式电位传感器、I个固定式电位传感器构成测试组件，测试组件安装在海上风电基础周围，位置与海上风电基础表面的水平距离应小于2米，每个海上风电基础布置I个测试组件或均布多个测试组件；
[0027]2、本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，包括阴极保护监测主机、测试电缆、液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器、测试粧，阴极保护监测主机对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机通过测试电缆分别连接于测试组件和每个海上风电基础，该装置通过浮动式电位传感器和液位传感器可实时准确获取潮位变动区的阴极保护电位数据，实现海上风电基础阴极保护电位和潮位高度数据的自动采集、转换、存储和远程传输；
[0028]3、本发明的阴极保护监测主机设有多通道I/O模块、测试电缆接线端可与多个液位传感器、多个浮动式电位传感器、多个固定式电位传感器及其不同的组合方式的测试电缆相连接；
[0029]本发明装置通过浮动式电位传感器和液位传感器，可实时准确获取潮位变动区的阴极保护电位数据，解决固定式风电基础结构在潮位变动区阴极保护电位难以实时监测的问题，有效提高风电基础阴极保护效果评估的准确度;其具有结构简单、操作简便、通用性强等特点，适用于海洋工程领域桥梁、码头、平台等固定结构物潮位变动区的阴极保护原位实时监测。
【附图说明】
[0030]附图1是本发明一种海上风电基础阴极保护远程监测装置的结构示意图；
[0031]附图2是本发明所涉及的阴极保护监测主机的结构示意图；
[0032]附图3是本发明所涉及的浮动式电位传感器的内剖结构示意图；
[0033]附图4是本发明所涉及的浮动式电位传感器与测试粧的安装结构示意图；
[0034]附图5是本发明所涉及的固定式电位传感器的内剖结构示意图。
[0035]图中，1、阴极保护监测主机，2、测试电缆，3、液位传感器，4、浮动式电位传感器，5、固定式电位传感器，6、测试粧，7、海床，8、海平面，9、海上风电基础，10、数据采集控制模块，
11、多通道I/O模块，12、测试电缆接线端，13、显示模块，14、通讯模块，15、存储模块，16、电源模块，17、防护箱体，18、多孔隔膜，19、参比电极，20、密封材料，21、中孔结构，22、隔板，23、浮力壳体，24、浮力材料，25、半电池腔室，26、配重壳体，27、配重材料，28、安装孔。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图1-5，对本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置及其监测方法作以下详细说明。
[0037]实施例一
[0038]如附图1、2所示，本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，包括阴极保护监测主机1、测试电缆2、液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5和测试粧6，测试粧6固定在海床7上，为液位传感器3、浮动式电位传感器4和固定式电位传感器5提供支撑，测试粧6与安装在其上的液位传感器3、浮动式电位传感器4和固定式电位传感器5构成一个测试组件。其中:
[0039]阴极保护监测主机I对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机I与上位机相通讯，阴极保护监测主机I通过测试电缆2分别连接于所述测试组件和每个海上风电基础9上，其中，测试组件的数量为一个，并分布在每个海上风电基础9的周围，其安装位置距离海上风电基础9表面的水平距离为2米。
[0040]阴极保护监测主机I包括防护箱体17，防护箱体17内置数据采集控制模块10、多通道I/0模块11、测试电缆接线端12、显示模块13、通讯模块14、存储模块15和电源模块16。防护箱体17用于为其内的各功能模块进行保护;数据采集控制模块10通过控制多通道I/O模块11，对连接于测试电缆接线端12的液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5进行控制及数据采集和转换，并通过存储模块15、显示模块13和通讯模块14实现数据的本地存储、显示和远程传输;电源模块16用于对防护箱体17内各功能模块提供电力。
[0041]液位传感器3安装于测试粧6的顶端，用于对海平面8的潮位高度进行测量。当然，所涉及的液位传感器3也可以安装在测试粧6的底端。
[0042]如附图1、3、4所示，浮动式电位传感器4滑动设在测试粧6上，其靠自身浮力浮于海平面8，并随潮位变化沿测试粧6上下移动，用于测量潮位变动区的阴极保护电位数据。具体的，该浮动式电位传感器4包括浮力壳体23，浮力壳体23呈椭球形并具有中孔结构21，浮动式电位传感器4通过中孔结构21滑动嵌装在测试粧6上。浮力壳体23内由隔板22分隔成浮力腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室25，浮力腔内填充浮力材料24，半电池腔室25开口端由多孔隔膜18密封，半电池腔室25内置参比电极19，参比电极19为一支高纯锌，参比电极19由密封材料20封装于浮力壳体23内，并引出引线连接至所述测试电缆2。
[0043]如附图1、5所示，固定式电位传感器5通过安装孔28安装于测试粧6的底部，用于测量海底泥下区的阴极保护电位数据。具体的，固定式电位传感器5包括配重壳体26，配重壳体26内由隔板22分隔成配重腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室25，配重腔内填充配重材料27，半电池腔室25开口端由多孔隔膜18密封，半电池腔室25内置参比电极19，参比电极19为一支高纯锌，参比电极19由密封材料20封装于配重壳体26内，并引出引线连接至所述测试电缆2。
[0044]需要说明的是，本发明中所涉及的测试粧6不限于固定在海床7上，也可以固定在海上风电基础9上。所涉及的固定式电位传感器5不限于安装于测试粧6的底部，也可以固定在海床7中。所涉及的浮力壳体23可以为玻璃钢、ABS、PVC等中的至少一种，浮力壳体23不限于椭球形，也可以为球形。所涉及的浮力材料24可以为聚氨酯泡沫、环氧树脂泡沫、空心玻璃微珠等中的至少一种。所涉及的密封材料20为环氧树脂或橡胶中的至少一种。
[0045]本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测方法，包括如下步骤:
[0046]S1、将阴极保护监测主机I对应安装在每个风机塔筒上，多个阴极保护监测主机I分别由上位机连接控制；
[0047]S2、在每个海上风电基础9上均配置一个测试组件，阴极保护监测主机I通过测试电缆接线端12与一个液位传感器3、一个浮动式电位传感器4、一个固定式电位传感器5的测试电缆2相连接，由数据采集控制模块10通过控制多通道I/O模块11，对连接于测试电缆接线端12的液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5进行控制和数据采集和转换，并通过存储模块15、显示模块13和通讯模块14实现数据的本地存储、显示和远程传输；
[0048]S3、上位机远程接收阴极保护监测主机I的运行状态，为海上风电基础9潮位变动区阴极保护电位的检测和整体保护效果提供参考。
[0049]实施例二
[0050]如附图1、2所示，本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，包括阴极保护监测主机1、测试电缆2、液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5和测试粧6，测试粧6固定在海床7上，为液位传感器3、浮动式电位传感器4和固定式电位传感器5提供支撑，且四者构成一个测试组件。其中:
[0051]阴极保护监测主机I对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机I与上位机相通讯，阴极保护监测主机I通过测试电缆2分别连接于所述测试组件和每个海上风电基础9上，其中，测试组件的数量为八个，并均布在每个海上风电基础9的周围，其安装位置距离海上风电基础9表面的水平距离为0.3米。
[0052]阴极保护监测主机I包括防护箱体17，防护箱体17内置数据采集控制模块10、多通道I/0模块11、测试电缆接线端12、显示模块13、通讯模块14、存储模块15和电源模块16。防护箱体17用于为其内的各功能模块进行保护;数据采集控制模块10通过控制多通道I/O模块11，对连接于测试电缆接线端12的液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5进行控制及数据采集和转换，并通过存储模块15、显示模块13和通讯模块14实现数据的本地存储、显示和远程传输;电源模块16用于对防护箱体17内各功能模块提供电力。
[0053]液位传感器3安装于测试粧6的顶端，用于对海平面8的潮位高度进行测量。当然，所涉及的液位传感器3也可以安装在测试粧6的底端。
[0054]如附图3、4所示，浮动式电位传感器4滑动设在测试粧6上，其靠自身浮力浮于海平面8，并随潮位变化沿测试粧6上下移动，用于测量潮位变动区的阴极保护电位数据。具体的，该浮动式电位传感器4包括浮力壳体23，浮力壳体23呈椭球形并具有中孔结构21，浮动式电位传感器4通过中孔结构21滑动嵌装在测试粧6上。浮力壳体23内由隔板22分隔成浮力腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室25，浮力腔内填充浮力材料24，半电池腔室25开口端由多孔隔膜18密封，半电池腔室25内置参比电极19，参比电极19为三支高纯锌，参比电极19由密封材料20封装于浮力壳体23内，并引出引线连接至所述测试电缆2。
[0055]如附图1、5所示，固定式电位传感器5通过安装孔28安装于测试粧6的底部，用于测量海底泥下区的阴极保护电位数据。具体的，固定式电位传感器5包括配重壳体26，配重壳体26内由隔板22分隔成配重腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室25，配重腔内填充配重材料27，半电池腔室25开口端由多孔隔膜18密封，半电池腔室25内置参比电极19，参比电极19为一支高纯锌、两支银/氯化银，参比电极19由密封材料20封装于配重壳体26内，并引出引线连接至所述测试电缆2。
[0056]本发明的一种海上风电基础阴极保护远程监测方法，包括如下步骤:
[0057]S1、将阴极保护监测主机I对应安装在每个风机塔筒上，多个阴极保护监测主机I分别由上位机连接控制；
[0058]S2、在每个海上风电基础上9均布八个测试组件，阴极保护监测主机I通过测试电缆接线端12与八个液位传感器3、八个浮动式电位传感器4、八个固定式电位传感器5的测试电缆2相连接，由数据采集控制模块10通过控制多通道I/O模块11，对连接于测试电缆接线端12的液位传感器3、浮动式电位传感器4、固定式电位传感器5进行控制和数据采集和转换，并通过存储模块15、显示模块13和通讯模块14实现数据的本地存储、显示和远程传输；
[0059]S3、上位机远程接收阴极保护监测主机I的运行状态，为海上风电基础9潮位变动区阴极保护电位的检测和整体保护效果提供参考。
【主权项】
1.一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，包括阴极保护监测主机、测试电缆、液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器和测试粧，测试粧固定在海床或海上风电基础上，测试粧与安装在其上的液位传感器、浮动式电位传感器和固定式电位传感器构成一个测试组件，其中: 阴极保护监测主机对应分布在每个海上风电塔筒内，阴极保护监测主机与上位机相通讯，阴极保护监测主机通过测试电缆分别连接于所述测试组件和每个海上风电基础上，测试组件的数量至少为一个，并分布在每个海上风电基础的周围； 液位传感器位于测试粧的一端，用于对海平面的潮位高度进行测量； 浮动式电位传感器滑动设在测试粧上，其靠自身浮力浮于海平面，并随潮位变化沿测试粧上下移动，用于测量潮位变动区的阴极保护电位数据； 固定式电位传感器位于测试粧的底部或位于海床中，用于测量海底泥下区的阴极保护电位数据。2.根据权利要求1所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述阴极保护监测主机包括防护箱体，防护箱体内置数据采集控制模块、多通道I/O模块、测试电缆接线端、显示模块、通讯模块、存储模块和电源模块: 数据采集控制模块通过控制多通道I/O模块，对连接于测试电缆接线端的液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器进行控制及数据采集和转换，并通过存储模块、显示模块和通讯模块实现数据的本地存储、显示和远程传输； 电源模块用于对防护箱体内各功能模块提供电力。3.根据权利要求1所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述浮动式电位传感器包括浮力壳体，浮力壳体内由隔板分隔成浮力腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室，浮力腔内填充浮力材料，半电池腔室开口端由多孔隔膜密封，半电池腔室内置参比电极，参比电极由密封材料封装于浮力壳体内，并引出引线连接至所述测试电缆。4.根据权利要求1所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述固定式电位传感器包括配重壳体，配重壳体内由隔板分隔成配重腔、以及用于容纳内电解质的半电池腔室，配重腔内填充配重材料，半电池腔室开口端由多孔隔膜密封，半电池腔室内置参比电极，参比电极由密封材料封装于配重壳体内，并引出引线连接至所述测试电缆。5.根据权利要求3所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述浮力壳体为球形或椭球形。6.根据权利要求3或5所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述浮力壳体具有中孔结构，浮动式电位传感器通过中孔结构滑动嵌装在测试粧上。7.根据权利要求3或4或5所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述参比电极选自高纯锌或银/卤化银中的至少一种。8.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述测试组件安装位置距离海上风电基础表面的水平距离小于2米。9.根据权利要求1所述的一种海上风电基础阴极保护远程监测装置，其特征在于，所述液位传感器安装于测试粧的顶端或底端。10.—种海上风电基础阴极保护远程监测方法，其特征在于，包括如下步骤: S1、将阴极保护监测主机对应安装在每个风机塔筒上，多个阴极保护监测主机分别由上位机连接控制； S2、在每个海上风电基础上均配置至少一个权利要求1所述的测试组件，阴极保护监测主机通过测试电缆接线端与液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器的测试电缆相连接，由数据采集控制模块通过控制多通道I/O模块，对连接于测试电缆接线端的液位传感器、浮动式电位传感器、固定式电位传感器进行控制和数据采集和转换，并通过存储模块、显示模块和通讯模块实现数据的本地存储、显示和远程传输； S3、上位机远程接收阴极保护监测主机的运行状态，为海上风电基础潮位变动区阴极保护电位的检测和整体保护效果提供参考。
【文档编号】C23F13/22GK105925990SQ201610406799
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月3日
【发明人】程文华, 王振华, 刘广义, 李相波
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二五研究所