某水電站變壓器基礎沉降處理研究

黃志明

（新疆水利水電勘測設計研究院，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喀什地區莎車縣境內，采用引水式開發。電站總裝機容量203 MW，主電站4 臺50 MW 發電機組采用發電機- 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，生態電站2 臺1.5 MW 發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（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 變壓器基礎沉降情況

該工程中水電站設計安裝4 臺變壓器，分別布置在副廠房上游側，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 臺變壓器基礎下部砂礫石回填及混凝土基礎板澆筑驗收合格后，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，同時請第三方機構對主變壓器進行繞組變形、交流耐壓等實驗，對GIS 設備進行交流耐壓、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，電站工程所在地區出現連續數日降雨，對現場進行定期檢測時發現缺陷情況，具體情況是4 臺變壓器基礎產生不同程度的沉降，測量數據見圖3。

圖2 變壓器場平面布置圖

圖3 沉降測量數據統計圖

3 沉降原因分析和影響

由于變壓器基礎為砂礫石回填基礎，砂礫石的相對密度為Dr≥0.8，原設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，相對密度未達到設計要求，從而造成變壓器基礎土質硬實度不均勻，產生不同程度沉降。

變壓器基礎的不均勻沉降，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構產生較為嚴重的損壞[1]。

該工程中變壓器高壓側GIS 連接已經安裝完成，通過與與廠家溝通了解到變壓器的GIS 伸縮節上下移動允許范圍為15 mm，而變壓器的沉降會造成GIS 內導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后，建設單位組織相關單位技術人員進行原因分析，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

在設計招標的時候對GIS 伸縮節的配置要求中考慮一些客觀因素，GIS 安裝伸縮節GIS 安裝伸縮節后的伸縮范圍：軸向±50 mm，徑向±50 mm。

其中考慮的因素有基礎的不均勻沉陷；土建施工誤差；設備制造誤差；安裝誤差；熱效應產生的熱脹冷縮；土建結構產生的基礎變形；地震力、設備操作力、設備晃動振動引起的位移[2]。

因此第一種方案就是對現場繼續觀測沉降，待沉降達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，具體方案設計師對于重112 t 的1#變壓器，現場采用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鋼板上，將變壓器頂起至原始高程，根據后期變壓器的沉降程度做出相應調整，千斤頂固定后作為永久支撐。

4.3 鋼板調整支撐

現場與設備廠家進行研究后，了解到變壓器傾斜角度允許值為15°，變壓器單側沉降16 mm 在變壓器傾斜允許范圍內，不會對變壓器造成影響。

因此可以考慮現場采用50 t 千斤頂，將變壓器頂起抬高，確保變壓器、GIS 不受損壞。待主變基礎沉降穩定后，根據沉降數據墊鋼板補償，使變壓器基礎達到設計高程，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）搭設腳手架、用尼龍吊帶吊起主變高壓側GIS 導體使不受力；c）拆除GIS 與主變連接導體，拆除主變壓器最上方GIS 絕緣盆及導體，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）變壓器基礎固結灌漿

具體做法為：變壓器高壓側GIS 拆除后，對變壓器基礎下部砂礫石回填灌漿，采取42.5 級強度水泥固結灌漿的方式分段灌漿，觀測變壓器基礎沉降。

（3）鋼板支撐變壓器

具體做法為：變壓器基礎穩定后，采用50 t 液壓千斤頂將變壓器頂起抬高，根據沉降數據墊鋼板補償，使變壓器基礎達到設計高程，對變壓器、鋼板、基礎鋼板可靠焊接。

（4）GIS 套管安裝及試驗

具體做法為：恢復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，每個方案都有其優缺點，具體分析如下。

方案一優點是不耽誤工期。缺點是用招標文件要求的數據來指導現場，存在嚴重的事故風險，后期出現事故帶來的影響遠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，用千斤頂永久頂起，地震發生時，變壓器基礎不穩，存在較大的破壞風險；方案三采用墊鋼板補償的方法徹底解決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 設備造成二次破壞的可能；方案四直接拆除GIS，固結灌漿處理變壓器基礎，從根本上解決了變壓器基礎沉降帶來的不利影響，后期墊鋼板補償沉降高度不會對設備造成破壞，缺點是工期長，增加投資[3]。

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

圖4 措施實施后現場情況

5 結語

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