某水電站變壓器基礎(chǔ)沉降處理研究

黃志明

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

某水電站工程位于新疆維吾爾自治區(qū)喀什地區(qū)莎車(chē)縣境內(nèi)，采用引水式開(kāi)發(fā)。電站總裝機(jī)容量203 MW，主電站4 臺(tái)50 MW 發(fā)電機(jī)組采用發(fā)電機(jī)- 變壓器組單元接線接入220 kV母線，主變選用1 臺(tái)75 MVA 三繞組升壓變壓器和3 臺(tái)63 MVA雙繞組升壓變壓器，生態(tài)電站2 臺(tái)1.5 MW 發(fā)電機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線接入75 MVA 三繞組升壓變壓器中壓側(cè)（電氣主接線見(jiàn)圖1）。220 kV 母線采用 SF6全封閉組合電器（GIS），雙母線接線，具體接線見(jiàn)圖1。

2 變壓器基礎(chǔ)沉降情況

該工程中水電站設(shè)計(jì)安裝4 臺(tái)變壓器，分別布置在副廠房上游側(cè)，具體布置見(jiàn)圖2。其中1#變壓器（75 MVA）總重112 t（油重37 t），2#、3#、4# 變壓器（63 MVA）總重87.5 t（油重19 t）。對(duì)4 臺(tái)變壓器基礎(chǔ)下部砂礫石回填及混凝土基礎(chǔ)板澆筑驗(yàn)收合格后，接著完成4 臺(tái)變壓器安裝及變壓器與SF6全封閉組合電器（GIS）三相直接連接，同時(shí)請(qǐng)第三方機(jī)構(gòu)對(duì)主變壓器進(jìn)行繞組變形、交流耐壓等實(shí)驗(yàn)，對(duì)GIS 設(shè)備進(jìn)行交流耐壓、局部放電等實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)全部合格。

圖1 工程電氣主接線圖

但是在電站尾水通水后，電站工程所在地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)數(shù)日降雨，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定期檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷情況，具體情況是4 臺(tái)變壓器基礎(chǔ)產(chǎn)生不同程度的沉降，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

圖2 變壓器場(chǎng)平面布置圖

圖3 沉降測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

3 沉降原因分析和影響

由于變壓器基礎(chǔ)為砂礫石回填基礎(chǔ)，砂礫石的相對(duì)密度為Dr≥0.8，原設(shè)計(jì)要求分層回填碾壓，層厚為0.6 m。但施工過(guò)程中，施工單位搶進(jìn)度部分高程未進(jìn)行分層回填碾壓，相對(duì)密度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從而造成變壓器基礎(chǔ)土質(zhì)硬實(shí)度不均勻，產(chǎn)生不同程度沉降。

變壓器基礎(chǔ)的不均勻沉降，就會(huì)影響變壓器的正常使用，使得變壓器的鐵芯受力，容易對(duì)變壓器本體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的損壞[1]。

該工程中變壓器高壓側(cè)GIS 連接已經(jīng)安裝完成，通過(guò)與與廠家溝通了解到變壓器的GIS 伸縮節(jié)上下移動(dòng)允許范圍為15 mm，而變壓器的沉降會(huì)造成GIS 內(nèi)導(dǎo)電桿的受力拉伸變形，對(duì)絕緣盆子及套管造成破壞，同時(shí)SF6氣體泄露會(huì)對(duì)人體造成傷害，因此需要對(duì)此缺陷進(jìn)行處理，盡快解決問(wèn)題。

4 措施研究與實(shí)施過(guò)程

該工程變壓器沉降缺陷出現(xiàn)后，建設(shè)單位組織相關(guān)單位技術(shù)人員進(jìn)行原因分析，并對(duì)沉降缺陷提出多方案處理措施。

4.1 保持原狀，不做處理

在設(shè)計(jì)招標(biāo)的時(shí)候?qū)IS 伸縮節(jié)的配置要求中考慮一些客觀因素，GIS 安裝伸縮節(jié)GIS 安裝伸縮節(jié)后的伸縮范圍：軸向±50 mm，徑向±50 mm。

其中考慮的因素有基礎(chǔ)的不均勻沉陷；土建施工誤差；設(shè)備制造誤差；安裝誤差；熱效應(yīng)產(chǎn)生的熱脹冷縮；土建結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的基礎(chǔ)變形；地震力、設(shè)備操作力、設(shè)備晃動(dòng)振動(dòng)引起的位移[2]。

因此第一種方案就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)繼續(xù)觀測(cè)沉降，待沉降達(dá)到允許范圍外再行拆解，暫不影響電站的正常運(yùn)行。

4.2 千斤頂支撐

該方案是采用千斤頂進(jìn)行支撐，具體方案設(shè)計(jì)師對(duì)于重112 t 的1#變壓器，現(xiàn)場(chǎng)采用6 只50 t 的永久液壓千斤頂。2#、3#、4#變壓器重87.5 t，現(xiàn)場(chǎng)可采用4 只50 t 的永久液壓千斤頂。千斤頂焊接在主變基礎(chǔ)鋼板上，將變壓器頂起至原始高程，根據(jù)后期變壓器的沉降程度做出相應(yīng)調(diào)整，千斤頂固定后作為永久支撐。

4.3 鋼板調(diào)整支撐

現(xiàn)場(chǎng)與設(shè)備廠家進(jìn)行研究后，了解到變壓器傾斜角度允許值為15°，變壓器單側(cè)沉降16 mm 在變壓器傾斜允許范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)變壓器造成影響。

因此可以考慮現(xiàn)場(chǎng)采用50 t 千斤頂，將變壓器頂起抬高，確保變壓器、GIS 不受損壞。待主變基礎(chǔ)沉降穩(wěn)定后，根據(jù)沉降數(shù)據(jù)墊鋼板補(bǔ)償，使變壓器基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計(jì)高程，再對(duì)變壓器及其支撐鋼板進(jìn)行固定。

4.4 灌漿處理

（1）變壓器高壓側(cè)GIS 套管拆除

具體做法為：a）對(duì)GIS 油氣套管氣室及分支氣室的SF6氣體進(jìn)行回收；b）搭設(shè)腳手架、用尼龍吊帶吊起主變高壓側(cè)GIS 導(dǎo)體使不受力；c）拆除GIS 與主變連接導(dǎo)體，拆除主變壓器最上方GIS 絕緣盆及導(dǎo)體，用保鮮膜做好防潮措施；d）吊起直筒并水平放置，直筒及絕緣盆用封板密封，做好防護(hù)措施。

（2）變壓器基礎(chǔ)固結(jié)灌漿

具體做法為：變壓器高壓側(cè)GIS 拆除后，對(duì)變壓器基礎(chǔ)下部砂礫石回填灌漿，采取42.5 級(jí)強(qiáng)度水泥固結(jié)灌漿的方式分段灌漿，觀測(cè)變壓器基礎(chǔ)沉降。

（3）鋼板支撐變壓器

具體做法為：變壓器基礎(chǔ)穩(wěn)定后，采用50 t 液壓千斤頂將變壓器頂起抬高，根據(jù)沉降數(shù)據(jù)墊鋼板補(bǔ)償，使變壓器基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計(jì)高程，對(duì)變壓器、鋼板、基礎(chǔ)鋼板可靠焊接。

（4）GIS 套管安裝及試驗(yàn)

具體做法為：恢復(fù)GIS 與變壓器之間的連接，測(cè)試回路電阻，抽真空、充 SF6氣體、SF6氣體微水測(cè)量、GIS 套管檢漏、耐壓試驗(yàn)，待全部合格后投入運(yùn)行。

4.5 措施分析與實(shí)施

上面給出了四種不同的措施方案，每個(gè)方案都有其優(yōu)缺點(diǎn)，具體分析如下。

方案一優(yōu)點(diǎn)是不耽誤工期。缺點(diǎn)是用招標(biāo)文件要求的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)，存在嚴(yán)重的事故風(fēng)險(xiǎn)，后期出現(xiàn)事故帶來(lái)的影響遠(yuǎn)大于正常工作帶來(lái)的收益；方案二對(duì)變壓器及GIS 進(jìn)行一定程度的保護(hù)，又不影響工期。缺點(diǎn)：工程所在地為地震烈度Ⅷ度地區(qū)，用千斤頂永久頂起，地震發(fā)生時(shí)，變壓器基礎(chǔ)不穩(wěn)，存在較大的破壞風(fēng)險(xiǎn)；方案三采用墊鋼板補(bǔ)償?shù)姆椒◤氐捉鉀Q了主變沉降帶來(lái)的不利影響。缺點(diǎn)用千斤頂頂起變壓器時(shí)存在對(duì)變壓器鐵芯和GIS 設(shè)備造成二次破壞的可能；方案四直接拆除GIS，固結(jié)灌漿處理變壓器基礎(chǔ)，從根本上解決了變壓器基礎(chǔ)沉降帶來(lái)的不利影響，后期墊鋼板補(bǔ)償沉降高度不會(huì)對(duì)設(shè)備造成破壞，缺點(diǎn)是工期長(zhǎng)，增加投資[3]。

經(jīng)過(guò)具體研究后，綜合考慮質(zhì)量因素和工程情況，考慮到電站的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，本著安全第一、不留隱患的原則，經(jīng)過(guò)方案比選，采用第四種固結(jié)灌漿處理方案對(duì)變壓器沉降問(wèn)題進(jìn)行消缺。結(jié)果證明實(shí)施效果達(dá)到了目標(biāo)，解決了變壓器基礎(chǔ)沉降的問(wèn)題，處理后工程現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖4。

圖4 措施實(shí)施后現(xiàn)場(chǎng)情況

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)某水電站建設(shè)過(guò)程中主變產(chǎn)生沉降缺陷的問(wèn)題，分析問(wèn)題的發(fā)生原因是變壓器基礎(chǔ)土質(zhì)硬實(shí)度不均勻，提出四種解決方案，并分析各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，最終綜合考慮選擇第四種固結(jié)灌漿處理方案對(duì)變壓器沉降問(wèn)題進(jìn)行處理，實(shí)施結(jié)果說(shuō)明了該種方案的可行性，可保證工程的進(jìn)度和質(zhì)量，為解決類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)。