某水電站變壓器基礎(chǔ)沉降處理研究

黃志明

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，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)莎車縣境內(nèi)，采用引水式開發(fā)。電站總裝機容量203 MW，主電站4 臺50 MW 發(fā)電機組采用發(fā)電機- 變壓器組單元接線接入220 kV母線，主變選用1 臺75 MVA 三繞組升壓變壓器和3 臺63 MVA雙繞組升壓變壓器，生態(tài)電站2 臺1.5 MW 發(fā)電機組采用擴大單元接線接入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，具體接線見圖1。

2 變壓器基礎(chǔ)沉降情況

該工程中水電站設(shè)計安裝4 臺變壓器，分別布置在副廠房上游側(cè)，具體布置見圖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4 臺變壓器基礎(chǔ)下部砂礫石回填及混凝土基礎(chǔ)板澆筑驗收合格后，接著完成4 臺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，同時請第三方機構(gòu)對主變壓器進行繞組變形、交流耐壓等實驗，對GIS 設(shè)備進行交流耐壓、局部放電等實驗，實驗全部合格。

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，對現(xiàn)場進行定期檢測時發(fā)現(xiàn)缺陷情況，具體情況是4 臺變壓器基礎(chǔ)產(chǎn)生不同程度的沉降，測量數(shù)據(jù)見圖3。

圖2 變壓器場平面布置圖

圖3 沉降測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

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

變壓器基礎(chǔ)的不均勻沉降，就會影響變壓器的正常使用，使得變壓器的鐵芯受力，容易對變壓器本體結(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，通過與與廠家溝通了解到變壓器的GIS 伸縮節(jié)上下移動允許范圍為15 mm，而變壓器的沉降會造成GIS 內(nèi)導(dǎo)電桿的受力拉伸變形，對絕緣盆子及套管造成破壞，同時SF6氣體泄露會對人體造成傷害，因此需要對此缺陷進行處理，盡快解決問題。

4 措施研究與實施過程

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)人員進行原因分析，并對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)計招標(biāo)的時候?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)備晃動振動引起的位移[2]。

因此第一種方案就是對現(xiàn)場繼續(xù)觀測沉降，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行。

4.2 千斤頂支撐

該方案是采用千斤頂進行支撐，具體方案設(shè)計師對于重112 t 的1#變壓器，現(xiàn)場采用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)場與設(shè)備廠家進行研究后，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)，不會對變壓器造成影響。

因此可以考慮現(xiàn)場采用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)墊鋼板補償，使變壓器基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計高程，再對變壓器及其支撐鋼板進行固定。

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GIS 油氣套管氣室及分支氣室的SF6氣體進行回收；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，對變壓器基礎(chǔ)下部砂礫石回填灌漿，采取42.5 級強度水泥固結(jié)灌漿的方式分段灌漿，觀測變壓器基礎(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)墊鋼板補償，使變壓器基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)計高程，對變壓器、鋼板、基礎(chǔ)鋼板可靠焊接。

（4）GIS 套管安裝及試驗

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

4.5 措施分析與實施

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

方案一優(yōu)點是不耽誤工期。缺點是用招標(biāo)文件要求的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)現(xiàn)場，存在嚴(yán)重的事故風(fēng)險，后期出現(xiàn)事故帶來的影響遠(yuǎn)大于正常工作帶來的收益；方案二對變壓器及GIS 進行一定程度的保護，又不影響工期。缺點：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，變壓器基礎(chǔ)不穩(wěn)，存在較大的破壞風(fēng)險；方案三采用墊鋼板補償?shù)姆椒◤氐捉鉀Q了主變沉降帶來的不利影響。缺點用千斤頂頂起變壓器時存在對變壓器鐵芯和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)沉降帶來的不利影響，后期墊鋼板補償沉降高度不會對設(shè)備造成破壞，缺點是工期長，增加投資[3]。

經(jīng)過具體研究后，綜合考慮質(zhì)量因素和工程情況，考慮到電站的長期穩(wěn)定運行，本著安全第一、不留隱患的原則，經(jīng)過方案比選，采用第四種固結(jié)灌漿處理方案對變壓器沉降問題進行消缺。結(jié)果證明實施效果達(dá)到了目標(biāo)，解決了變壓器基礎(chǔ)沉降的問題，處理后工程現(xiàn)場見圖4。

圖4 措施實施后現(xiàn)場情況

5 結(jié)語

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