礦區110 k V變電站構架安全運行問題探討

林俊杰

（鄭煤集團公司供電處，河南新密452371）

河南鄭煤集團按網域分省網和自備網兩部分，由110 k VI、II鵝礦線至鄭煤集團自備電廠（東風電廠）與省網并網；按地域分中部電網、西部（登封）電網和東部（新鄭）電網；所轄有110 k V變電站5座，35 k V變電站14座，帶有9座主力礦井及部分資源整合礦井，另有部分資源整合礦井分別由滎陽、鞏義、汝州等地區電網供電。

110 k V來集變電站是為裴溝、楊河、岳村變電站供電的中樞變電站，擔負著裴溝礦、深部立井、蘆溝礦的安全供電任務；110 k V方山變電站是為米村、王莊、袁莊變電站供電的中樞變電站，擔負著米村、王莊礦及袁莊站的安全供電任務。110 k V來集變電站地理接線圖如圖1所示。

1 來集變電站構架安全運行存在問題

采集大部分變電站為礦井服務，距離礦井較近，且周邊兼并重組礦井較多，易受采空區的影響，如2013年初110 k V來集變電站內地面多處出現裂紋，構架、橫梁（擔）變形等情況。2013年1-4月因處理110 k V來集變電站構架故障造成單回路停電次數2次（正常為雙回路分列運行），不但嚴重影響來集變電站的安全穩定運行，直接影響35 k V裴溝、楊河、岳村變電站及龍力水泥廠的正常運行，而且給裴溝礦及深部立井、蘆溝礦、龍力水泥廠的安全生產帶來了嚴重的威脅。這一問題亟待采取措施予以控制防范。

圖1 110 kV來集變電站地理接線圖

2 原因分析

經過多方查找，一方面運用頭腦風暴法，從人、機、法、料、環等諸多方面找出了部分設備（如構架）故障造成變電站設備停電的原因，并繪制了關聯圖；另一方面，小組成員通過對變電站供電情況進行調查分析、繪制出礦井供電設備故障停電排列圖。從造成礦井變電站構架故障停電的關聯圖和變電站因設備故障停電的排列圖可以得知，材料元件老化、受外力大和采空區、沉陷區及地質條件發生變化是造成礦井變電站停電的主要原因。

（1）現場勘察

工程技術人員用儀器在現場進行垂直度測量，發現110 k V有I礦來2、來110兩臺斷路器設備進線構架發生向西傾斜現象；工區技術人員在進行現場故障排查時，發現在I礦來2、來110兩臺設備進線構架上的橫梁（擔）出現移位，造成I礦來2橫梁（擔）上的一個金具（固定螺栓）受橫向剪力過大被橫向切斷。構架出現傾斜、橫擔出現移位，易發生各類停電故障。

（2）原因分析

由于來集變電站設計時即勘察出地表處于斷裂地帶，地質條件較差，因此采用的是整體基礎。現在周邊礦井如裴溝礦、一四井、宏達礦、振興礦、檜樹亭礦等礦井較多，隨著近幾年礦井的不斷開采，出現較多的采空區、沉陷區，引起變電站地質條件發生變化，隨之地面出現裂縫，設備構架出現傾斜，橫梁（擔）發生移位。

工程技術人員通過利用水準儀定期對來集站地表沉降情況進行跟蹤測量，并做好記錄和分析，觀察出地表有少許沉降，尤其110 k V設備區地表沉降較明顯。2013年2月份通過對連體基礎周圍及裂縫較大的地表進行部分開挖，查找出幾處較大裂縫，最大裂縫有20 cm寬，嚴重影響礦井變電站的安全運行。

3 制定對策并予以實施

3.1 針對元件老化、材料受力大的問題

采取“防”的對策：將已損壞的固定橫擔的金具－螺栓進行更換；同時利用延伸支架方法對間隔橫梁進行改造加固，并與原設計單位一起進行現場調研，原設計單位同意該改造方案。

（1）2013年4月16日修試工區對I礦來2進線間隔和來110間隔橫梁進行加固，將原固定橫擔的一端改造為可活動連接的橫梁，即將Ⅰ礦來進線間隔南側橫梁與立柱的剛性聯接，通過加裝延伸支架的方式改為能夠縱向伸縮的活動聯接，保證立柱傾斜變化時，橫梁預留有80 mm的位移伸縮量。

延伸支架：用8＃槽鋼制作延伸支架，支架總長1 450 mm，寬610 mm，支架用2根8＃槽鋼做橫撐，橫撐間距580 mm，橫撐與橫梁用8.8級M16×50螺栓固定牢固后，再全縫焊接。在水泥立柱上方金屬立柱東、西側的延伸支架下面的鋼板支撐面上，焊接一段8＃槽鋼，長度為250 mm，作為橫梁活動面的下接觸面，在此接觸面的橫梁活動側，距立柱中心線80 mm處，焊接8.8級M16×50螺栓；在橫梁固定側，距立柱中心線40 mm處，焊接8.8級M16×50螺栓；在橫梁延伸支架上距立柱中心線80 mm處，以此為中心加工2個長80×6 mm長孔，用8.8級M16×50螺栓使延伸支架與立柱接觸面兩側所焊接的槽鋼聯接，使延伸支架受縱向力作用時，有60 mm的拉量和20 mm的收縮量。橫梁延伸支架如圖2所示。

（2）為了防止改造后的可活動橫梁位移超過80 mm時，從水泥構架上脫落，在構架上用2根2 m長預鉸絲與橫梁進行固定，即在此水泥桿上方的金屬立柱上用鋼絞線與該水泥桿南側橫梁連接，避免因橫梁發生位移而使固定的金具－螺栓受橫向剪力而損壞，防止該橫梁墜落。

圖2 橫梁延伸支架結構圖

在Ⅰ礦來進線間隔2個水泥桿上方金屬立柱主材南、北2個側面距金屬立柱底端1 m處和2個水泥桿南、北兩側橫梁主材側面距立柱0.5 m處，每處各焊接1個U型環，共16個，用LGJ-35型鋼絞線把橫梁和立柱相聯接。鋼絞線平時不受力，橫梁位移發生較大變化，橫梁從立柱支撐面滑落時，防止橫梁跌落。采取相同辦法對來110間隔北側水泥桿橫梁和來110西表間隔南側水泥桿的兩側橫梁進行加固。用鋼絞線加固橫梁示意圖如圖3所示。

圖3 用鋼絞線加固橫梁示意圖

3.2 針對采空區、沉陷區及地質條件發生變化

采取“控”的對策：一方面對主設備的基礎利用碳纖維進行加固，另一方面對裂縫實施灌漿。2014年4月，對來集變電站內110 k V主要設備區及地質變化較大的設備區的基礎進行開挖，發現有2～3 mm裂縫的基礎梁，對整個基礎梁采用碳纖維布進行加固。

施工程序如下：準備工作→清理裂縫表面（裂縫處理）→底層樹脂配制并涂刷（灌注）→封縫→表面修復處理→粘貼樹脂的配制及涂刷→粘貼碳纖維布→固化→表面防護；同時對兩臺主變、35 k V設備區、構架基礎進行開挖，發現有裂紋、空洞的3個地基進行充灌水泥漿填充，灌實；同時做好排水溝以便排水。

4 結束語

通過對110 k V來集變電站地基沉陷采取“防、控”措施進行治理，即一方面采取利用支架進行改造橫梁、吊鋼鉸線的措施進行“防”；另一方面采取向裂縫灌注水泥漿、碳纖維布加固地梁的措施進行“控”；挖排水溝等綜合治理方案，從根本上解決了來集礦井變電站由于地基沉陷、構架傾斜、橫梁（擔）移位的安全隱患。110 k V來集變電站因采取綜合治理措施，減少了地基沉降、構架傾斜、設備損壞引起變電站或礦井單回路停電的次數。2013年5月～2014年12月，由于變電站構架故障引起的停電次數由原來的2次下降到0次，從而解決了110 k V來集變電站供電薄弱的問題，有效提高了110 k V來集變電站的安全供電可靠性，為裴溝礦、蘆溝礦等礦井及龍力水泥廠的安全生產提供了強有力的電力保障。

［1］ 李林易.輸電線路設計中的防雷措施及應用［J］.云南電業，2010，（1）：37-38.

［2］ 陳新海.淺談220 k V變電站主變保護雙重化保護實施［J］.中國高新技術企業，2010，（6）：36-37.

［3］ 謝偉民.變電站電氣接地技術分析［J］.中國高新技術企業，2010，（4）：31-32.