李洪刚 冯 磊 邱春雷 贾星杰 包秀鹏 陈 军 栗 益李 岩 林 斌 牛辰睿 付国庆 杜贤青
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海上风电所处环境十分严酷，受海水飞溅、含盐海风侵蚀、交变应力以及台风等影响，无论是钢构基础还是电气设备都极易发生腐蚀，腐蚀一旦发生，往往是不可逆的，带来的损失巨大，因此，在工程项目建设初期就应予以充分重视。
目前，由于技术条件的限制，我国目前对海上风电水下钢结构的保护一般采用牺牲阳极法，然该方法在海洋环境、钢结构基础以及后期运维方面都存在较多问题。针对此方面提出的需求，深入研究沿海及海上风电的腐蚀特点，为保证设备防腐等级的同时有效的降低工程与运维造价，针对性的提出海上风电水下钢结构阴极保护装置优化与智能调控技术，确保机组运行的安全性和可靠性，同时提高工程的技术经济性，优化建设投入。
以某海上风电场的4台海上风机开展海上风电水下钢结构阴极保护电源装置与智能调控装置示范应用，本次示范应用涉及的阴极保护系统包括阴极保护电源装置、辅助阳极、参比电极以及其他配件，对单桩风机基础外表面共布置4个辅助阳极及2个参比电极，6套相关连接构件；
单桩风机基础内壁布置一套单桩内壁专用复合型辅助阳极参比电极。本次示范应用的外加电流阴极保护系统均未涉及桩基本体的开孔，其整体系统布置及安装设计如图1、图2所示。
图1 基础外表面ICCP系统各组件安装布置设计图
图2 基础内壁ICCP系统各组件安装布置设计图
系统的辅助阳极外表面为圆盘式MMO型辅助阳极体，内壁为管状MMO型辅助阳极体，表面位置涂敷贵金属氧化物涂层，采用以IrO2为主要活性组元的混合金属氧化物涂层，和基体中的TiO2形成固溶体，具有极高的耐蚀性和稳定性，设计寿命大于30年。
系统的参比电极外表面为高纯锌参比电极，内壁为专用复合型辅助阳极参比电极，可精确测量和控制电位，实现校准和多重冗余，提高系统的电位测量可靠性，并采用水密封装，耐水压力可达1.8MPa。
系统的阴极保护电源装置为智能型恒电位仪，由PLC控制模块、可控开关电源功率模块及监测模块组成。外加电流输出控制系统为具有自主知识产权的模糊控制系统，具有恒电位运行、恒电流运行及智能极化运行三种模式。同时具有“自动”与“手动”两种工作模式，电源接头可兼容双相电网取电方式与UPS备用电源取电模式，保证在风机失电状况下对风机基础阴极保护与腐蚀监测能力。整个外加电流阴极保护系统构成如图3所示。
图3 外加电流阴极保护系统构成示意图
图4 通电前参比电极电位
图5 智能极化前后参比电极电位
图6 稳定运行状态下参比电极电位
在预制场，按布置示意图所设计的辅助阳极、参比电极点位于指定的风机套笼进行穿线，并将所有线缆通过线缆护管拉到套笼上部平台简单固定。线缆尾部固定后，将辅助阳极和参比电极的安装法兰与线缆护管的安装法兰对接固定。电源装置则固定在风机塔筒指定位置，并将电源电缆通过电缆桥架接到电源接口。海上的施工安装步骤如下：
（1）将套笼部分的辅助阳极、参比电极线缆使用防水格兰固定，套上户外电缆波纹管，封堵结构胶固定；
（2）辅助阳极、参比电极尾线穿过塔筒预留进线孔，进入塔筒负一层，封堵结构胶固定；
（3）内壁辅助阳极、参比电极串，通过锚固套筒放入塔筒，并通过承重盖板固定，尾线接入接线；
（4）将辅助阳极、参比电极电缆、测量接地电缆，阴极接地电缆按照对应接线图连接阴极保护电源装置，系统安装完成并进行电位检测。
安装完成后对系统进行安装检查以及调试，系统通电前完成阴极保护电源装置输入检验、阴极、阳极接线、阴极保护电源装置独立运行状态检查，为系统正式运行调试消缺，其中海下钢结构相对于所有固定式高纯锌参比电极（Ref1～Ref8）和便携式Cu/CuSO4参比电极（Ref1′～Ref4′）的电位如表1所示，可以看出此时各风机处于欠保护状态。
表1 通电前固定式高纯锌参比电极与便携式Cu/CuSO4参比电极电位（电位/mV）
单桩风机基础外表面与内壁系统调控一致，此处以单桩风机基础外表面为例。确认所有接线正确无误后，合上恒电位仪电源开关，通电后，海下钢结构相对于所有固定式高纯锌参比电极和便携式Cu/CuSO4参比电极的电位如表2所示，此时钢结构电位向负方向偏移，但仍未进入阴极保护电位范围。此时打开智能极化功能，可加快在海水中的自然极化时间。如图所示，在经过智能极化后所有参比电极均处于保护电位范围内，设备开始正常运行。
表2 通电后与智能极化后各参比电极电位（电位/mV）
当恒电流运行电位达到并稳定在-890mV后设备将自动转为自动运行状态，电位将自动调整为给定电位-1000mV。经一个月后，海下钢结构相对于所有固定式高纯锌参比电极和便携式Cu/CuSO4参比电极的电位如表3所示，可以看出各参比电极电位均稳定在保护范围内，电源输出平稳，设备精准稳定运行。
表3 稳定运行状态下各参比电极电位（电位/mV）
经调试与试用，该海上风电水下钢结构ICCP系统能够精准稳定运行，提高了海上风电运维的安全性和可靠性，同时智能化的阴极保护系统也降低的运维作业难度。为海上风电机组桩基基础防腐性能提供了技术支撑。
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