1 方案概述
海上风电单桩、导管架桩基础长期服役于潮差区、全浸海水区、海泥区,面临高氯离子、海浪冲刷、海生物附着、风机振动、盐雾腐蚀等多重恶劣工况,钢结构腐蚀风险突出。本方案为海上风电桩基础外加电流阴极保护(ICCP)恒电位仪系统,参照 T/JSERS 42024、GB/T 334232016、ISO 246566 标准设计,采用海上专用智能恒电位仪,配套水下 MMO/Ti 辅助阳极、固态氯化银参比电极,实现桩基础水下部位闭环阴极保护;系统集成 CPMS 阴极保护监测,接入风机 SCADA 平台,满足风机 25 年设计寿命防腐要求。
保护电位控制指标(相对于 Ag/AgCl 参比电极):普通钢结构0.80V~1.05V;高强钢(≥700MPa)0.80V~0.95V,严格控制过负,防止高强钢氢脆风险。
2 系统总体架构
整套 ICCP 系统由海上专用智能恒电位仪主机、水下辅助阳极组、水下 Ag/AgCl 参比电极组、水下复合屏蔽电缆、接线密封组件、本地监测与 SCADA 通信单元组成。
- 恒电位仪布置于风机上部塔筒内部电控舱;
- 输出阳极电缆、参比信号电缆沿塔筒向下敷设,穿过塔筒底部水密接头,接入水下辅助阳极与参比电极;
- 电流回路:恒电位仪正极→水下 MMO 辅助阳极→海水介质→风电桩钢结构→阴极电缆回到恒电位仪负极;
- 信号回路:水下氯化银参比电极采集桩体电位,屏蔽信号电缆回传至恒电位仪,形成闭环调节控制。
3 恒电位仪主机技术设计(海上风电专用)
3.1 硬件架构
采用 DSP 数字化高频开关电源,IGBT 功率模块,整机效率≥90%,纹波系数≤1%,适应海上塔筒盐雾、振动环境。
- 输入:AC220V/380V,取自风机内部供电;
- 输出:按单桩保护面积计算,单台风机基础常用 030A/050V、050A/075V 规格,输出预留 1.31.5 倍电流余量;导管架基础可选用多路独立通道机型,实现分层分区保护。
- 防护:塔筒内部机柜 IP54;海上户外平台机柜 IP65;整机三防喷涂(防潮、防盐雾、防霉),抗风机振动冲击;工作温度30℃~+60℃。
3.2 核心功能配置
- 工作模式:恒电位(主模式)、恒电流、恒槽压三模式;参比电极故障时自动切换恒电流应急输出,同时触发告警,避免保护中断。
- 控制性能:电位控制精度 ±5mV;具备断电电位测量补偿功能,消除海水 IR 降干扰;内置过保护限制,防止电位过度负向引发高强钢氢脆;设置欠保护、过保护阈值报警。
- 故障保护:过流、过压、短路、阳极开路、参比断线、过热保护;故障代码本地显示,同步上传监控平台。
- 数据与通信:本地存储电位、输出电压、输出电流历史记录;支持以太网,接入风机 SCADA 系统,可远程读取参数、远程设置保护目标值;支持本地液晶屏人机交互。
- 冗余配置(重要风场可选):一用一备双机自动切换,提升系统可靠性,满足海上少维护要求。