軟土地基變電站電氣設(shè)備防沉降危害設(shè)計改進

軟土地基變電站電氣設(shè)備防沉降危害設(shè)計改進

樓志堅劉森

(浙江星野集團有限責任公司，浙江 杭州 310003)

摘要：浙江沿海地區(qū)大多為淤泥黏土地質(zhì)，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變電站不可避免地落址在軟土地基，地基不均勻沉降超過國網(wǎng)典設(shè)的設(shè)計值，會給電氣安全性帶來嚴重的威脅。現(xiàn)通過對變電站電氣防沉降設(shè)計改進的研究，對存在的各類沉降危害、隱患采取合理有效的設(shè)計改進措施，形成處理變電站地基沉降的典型經(jīng)驗成果，以便及時有效地處理解決好軟土地基變電站的各類不均勻沉降問題。

關(guān)鍵詞：軟土地基；變電站；設(shè)計改進；不均勻沉降

作者簡介：樓志堅(1965—)，男，浙江義烏人，工程師，研究方向：生化工程、安全管理。

0引言

軟土地基變電站不均勻沉降量遠超一般典型變電站，對于戶內(nèi)電氣設(shè)備設(shè)施，可以通過土建設(shè)計控制整體建筑物不均勻沉降來實現(xiàn)，但對于戶外(包括戶內(nèi)外交界)電氣設(shè)備設(shè)施，可采取全站地基處理、對電氣構(gòu)筑物作樁基處理、加大基礎(chǔ)樁深度以達到持力層等方法，來減小戶外電氣設(shè)備設(shè)施間不均勻沉降量，因此從電氣設(shè)計角度對影響電氣安全的各類設(shè)備設(shè)施沉降采取合理有效、經(jīng)濟便捷的改進措施，保障電網(wǎng)長期安全運行，具有重要的工程價值和研究意義。

1地質(zhì)情況及設(shè)計方案

對杭州地區(qū)某220 kV變電站開展針對不均勻沉降的電氣設(shè)計改進。變電站落址在杭州市下沙經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，下沙位于浙江中部沿海，杭州灣入海口，屬于沿海軟土地區(qū)。巖土工程勘測報告顯示，站區(qū)地基土性質(zhì)自上而下為：(1) 黏土，層厚0.6～1.30 m；(2) 淤泥，層厚17.20～13.80 m；(3) 淤泥質(zhì)黏土，層厚15.30～3.40 m；(4) 黏土，層厚10.50～3.60 m等。站區(qū)內(nèi)分布的軟土厚度大，在變電所大面積回填后會發(fā)生較大的地面沉降與差異沉降。變電站電氣布置為：采用國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計A-5方案，即戶外敞開式設(shè)備變電站(戶外AIS變電站)。變電站土建設(shè)計為：站區(qū)淺部土層土質(zhì)弱，土建設(shè)計戶外電氣構(gòu)支架樁基采用預(yù)應(yīng)力砼管樁(PC-A500、PC-A400)，根據(jù)豎向承載力采用長短樁是較為經(jīng)濟的方案；土建測算，采用上述預(yù)應(yīng)力砼管樁后，戶外電氣設(shè)備設(shè)施基礎(chǔ)間將產(chǎn)生最大達150 mm的不均勻沉降。

2地基沉降對電氣設(shè)備的主要危害

2.1導線變緊、線夾斷裂的安全隱患

不同樁長構(gòu)支架間的導線段存在過度拉伸乃至斷裂的安全隱患。220 kV(110 kV)出線構(gòu)架與線路電壓互感器(TYD)支架的樁基采用不同樁長，易產(chǎn)生不均勻沉降。220 kV(110 kV)出線構(gòu)架與線路側(cè)隔離開關(guān)支架的樁基采用不同樁長，易產(chǎn)生不均勻沉降。主變和35 kV設(shè)備支柱的樁基采用不同的樁長，易形成不均勻沉降。

2.2垂直隔離開關(guān)動觸頭拉緊、脫落的安全隱患

垂直隔離開關(guān)和管母支柱采用不同樁基長度，會發(fā)生沉降差；動觸頭處過度拉緊甚至會脫落。

2.3接地體存在拉伸變形乃至斷裂的安全隱患

經(jīng)過樁基處理的戶外設(shè)備基礎(chǔ)與天然地基里的主接地網(wǎng)間易形成不均勻沉降，會引起戶外設(shè)備接地引下線在與主網(wǎng)連接處的拉伸變形乃至斷裂。

經(jīng)過樁基處理的建筑物與天然地基里的主接地網(wǎng)間易形成不均勻沉降，會引起建筑物內(nèi)引出的接地體或屋頂避雷帶引下線在與主網(wǎng)連接處的拉伸變形乃至斷裂。

2.4電纜保護管拉伸變形乃至斷裂的安全隱患

經(jīng)過樁基處理的戶外設(shè)備基礎(chǔ)與天然地基里的電纜溝間易形成不均勻沉降，會引起戶外機構(gòu)箱的電纜保護管基礎(chǔ)與天然地基間連接處的拉伸變形乃至斷裂。

以上各類不均勻沉降的危害嚴重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，可能造成設(shè)備損壞、接地網(wǎng)斷裂、電纜保護管拉斷、電纜斷裂、保護誤動、電網(wǎng)非計劃停電等諸多安全隱患。

3電氣防不均勻沉降危害設(shè)計改進

3.1增加導線沉降裕度

對于線路TYD至出線的導線段、線路側(cè)隔離開關(guān)至出線構(gòu)架的導線段、主變本體與中性點隔離開關(guān)間的導線段、管母至正母隔離開關(guān)B、C相的導線段，由于常規(guī)設(shè)計中這些導線段本身就有一定的弧度，在此基礎(chǔ)上適當放大導線弧垂，就能滿足不均勻沉降要求，也能實現(xiàn)工藝美觀。因此，上述導線段可通過放大導線弧垂，增加導線沉降裕度，使導線沉降裕度滿足不均勻沉降要求(200 mm)。

3.2增加垂直隔離開關(guān)動觸頭沉降裕度

垂直隔離開關(guān)動觸頭有一定的安裝范圍；經(jīng)調(diào)研收資，大多設(shè)備廠的垂直隔離開關(guān)上下限之間有200 mm的距離；一般廠家推薦的安裝位置在上下限中間。實際工程中，隔離開關(guān)基礎(chǔ)樁長小于管母基礎(chǔ)樁長；隔離開關(guān)的沉降比管母嚴重。因此，電氣安裝時如改變垂直隔離開關(guān)動觸頭安裝位置，將安裝位置向下限方向調(diào)整，則最多可滿足上下限間距(200 mm)的不均勻沉降量要求。改進后垂直隔離開關(guān)動觸頭安裝示意圖如圖1所示。

圖1　增加垂直隔離開關(guān)動觸頭沉降裕度示意圖

3.3增加接地體沉降裕度

目前，220 kV變電站最常用的接地材料為扁鋼或鍍銅鋼，接地體更易斷裂，如果僅將沉降部位的接地材料改用銅接地，銅鋼間宜采用放熱焊接，焊接處理費用高且增加施工難度。關(guān)鍵是，銅接地體雖相對較軟，但同樣不能過度拉伸。因此，考慮對上述部位接地體增加沉降裕度。分述如下：

(1) 戶外設(shè)備接地引下線與主接地網(wǎng)連接處：當接地體采用扁鋼時，戶外設(shè)備接地引下扁鋼增設(shè)U型伸縮節(jié)。每只伸縮節(jié)U型弧長450 mm，U型口間距200 mm，設(shè)于接地引下扁鋼基礎(chǔ)側(cè)部位。為工藝美觀，伸縮節(jié)可預(yù)制。

(2) 建筑物內(nèi)引出的接地體與主接地網(wǎng)連接處：建筑物內(nèi)引出的接地體包括建筑物內(nèi)環(huán)行接地母線引出線、建筑物內(nèi)避雷器接地引出線，一般均采用扁鋼；其與主接地網(wǎng)連接處，增設(shè)U型伸縮節(jié)；每只伸縮節(jié)U型弧長450 mm，U型口間距200 mm，底標高與主接地網(wǎng)標高平。

3.4增加電纜及電纜保護管沉降裕度

在電纜管從設(shè)備機構(gòu)至電纜溝的中途設(shè)置沉降井，應(yīng)對沉降井兩端電纜管線不均勻沉降；穿電纜溝壁的電纜埋管上方留設(shè)50 mm裕度并用防火膠泥封堵，電纜在電纜井中留有200 mm的裕度，相鄰電纜管宜合用沉降井。

4電氣防不均勻沉降危害設(shè)計改進的技術(shù)經(jīng)濟比較

采取電氣防不均勻沉降危害設(shè)計改進方案，柵浦變處理不均勻沉降電氣危害性增加費用總計15.1萬元，增加施工處理時間總計8天。

采取土建方案：通過增加基礎(chǔ)樁樁長、達到相對持力層的方法，能控制(不能完全避免)戶外電氣構(gòu)支架基礎(chǔ)不均勻沉降。如試圖同樣處理場地電纜溝和戶外接地網(wǎng)的地基，因地基處理范圍幾乎覆蓋全站，則費用更高昂、施工時間更長；技術(shù)經(jīng)濟性不可行。防沉降電氣危害設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟性比較如表1所示。

表1　防沉降電氣危害設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟性比較表

5結(jié)語

本文對軟土地基變電站電氣防沉降危害設(shè)計進行分析與改進，經(jīng)過總結(jié)提煉，采用的設(shè)計改進措施不僅具有良好的經(jīng)濟效益，更有很好的社會效益，使國網(wǎng)典設(shè)適用環(huán)境更廣、通用性更佳。本文的依托工程220 kV某變電站經(jīng)過近一年的實踐運行，有效避免了不均勻沉降的電氣危害，形成了典型經(jīng)驗成果，為今后軟土地基變電站設(shè)計提供了指導性意見。

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