變電所基礎(chǔ)沉降對隔離開關(guān)正常運用的影響及解決辦法
2022-09-18 759
摘 要：220KV某沿海變電所位于淤泥地質(zhì)形成的地基軟臥層，由于所內(nèi)回填土厚度不均，淤泥層厚度不均，設(shè)備和構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式不同，導(dǎo)致所內(nèi)地基不均勻沉降，對經(jīng)常操作的隔離開關(guān)造成很大影響。本文分析了地基沉降給隔離開關(guān)帶來的影響，提出了經(jīng)濟(jì)可行的使該型隔離開關(guān)不受地基沉降影響的方法。
一、變電所內(nèi)地基沉降以及對隔離開關(guān)的影響
220KV某變電所于2002年8月投運， 次年3月，運行人員發(fā)現(xiàn)110kV設(shè)備區(qū)有個別垂直斷口隔離開關(guān)(GW22-126型)分合不到位，至5月份，上述情況逐漸發(fā)展為隔離開關(guān)分合困難甚至不能分合。
2003年12月，運行人員發(fā)現(xiàn)拉桿地錨基礎(chǔ)下沉導(dǎo)致220kV正母線南側(cè)構(gòu)架嚴(yán)重傾斜彎曲，且查明110kV構(gòu)架亦存在類似情況。
此后，2004年、2005年在操作當(dāng)中又多次發(fā)生隔離開關(guān)觸頭分合困難情況，并且出現(xiàn)220kV、110kV設(shè)備區(qū)繼續(xù)沉降、電纜溝局部嚴(yán)重變形、110kV母線構(gòu)架拉桿斷裂、35kV開關(guān)室沉降導(dǎo)致線牌變形等情況。
根據(jù)勘測設(shè)計文件，該變電所淤泥質(zhì)土形成的軟臥層的厚度十到十六米不等，淤泥的高含水率和流塑性，場地回填土和地面設(shè)施及形成的附加荷載造成地基的不均勻沉降，這種沉降一般在十年左右才能穩(wěn)定，在本地區(qū)有十年以上仍然觀測到沉降的案例。
自110kV操作隔離開關(guān)出現(xiàn)分合不到位等不能正常運用情況后，原設(shè)計人員到現(xiàn)場對110kVGW22-126型設(shè)備支架傾斜現(xiàn)象進(jìn)行實地勘察，并進(jìn)行詳細(xì)的測量計算，并提出如下處理方案：
1.在混凝土基礎(chǔ)頂面以下，采用鋼筋砼現(xiàn)澆加固梁，使三個獨立基礎(chǔ)連成整體，防止基礎(chǔ)之間進(jìn)一步位移和傾斜。
2.在支架柱封頂鋼板頂面采用2根12#槽鋼，將三相獨立支架聯(lián)成框架系統(tǒng)。增強(qiáng)上部結(jié)構(gòu)的剛度，防止柱頂進(jìn)一步傾斜。
3.對110kV場地的C.T和避雷器等其它設(shè)備支架，也同時采用上述第1條辦法處理，以防止傾斜發(fā)生。
2004年底，按上述三個思路對110KV設(shè)備進(jìn)行了處理; 2005年到2006年，仍然發(fā)生110KV隔離開關(guān)分合困難情況。2007年元月該變電所運行方式調(diào)整時，又發(fā)生大量隔離開關(guān)分合不到位從而被迫進(jìn)行臨檢。
根據(jù)對該變電所近一段時間的定點觀測表明，在全所已運行設(shè)備基礎(chǔ)的133個觀測點當(dāng)中有45個點沉降超過每天0.06毫米; 220KV場地中共有8個觀測點沉降值超過每天0.06毫米，*大的間隔2#測點達(dá)0.086毫米，其中拉錨等三個觀測點的累計沉降量分別達(dá)31.2毫米、34.5毫米和39毫米;110KV場地中共有18個觀測點沉降值超過每天0.06毫米，*大的1#主變間隔1#測點達(dá)每天0.096毫米，其中*大的三個觀測點，累計沉降量達(dá)31.7毫米、31.9毫米和31.1毫米。地基沉降導(dǎo)致設(shè)備基礎(chǔ)的不均勻沉降，給電氣設(shè)備的安全運行帶來很大隱患，尤其對垂直斷口隔離開關(guān)的影響*大。
垂直斷口隔離開關(guān)的靜觸頭固定在母線上，母線錨固于構(gòu)架上部的水平鋼梁上，即靜觸頭以構(gòu)架基礎(chǔ)為基礎(chǔ)，而動觸頭以隔離開關(guān)本身支架基礎(chǔ)作為基礎(chǔ);其次，兩者的基礎(chǔ)形式也不同，構(gòu)架一般都采用樁基礎(chǔ)，樁端置于基巖或硬土持力層上;而隔離開關(guān)數(shù)量眾多，受經(jīng)濟(jì)因素考慮，一般做法是將地基補(bǔ)強(qiáng)后直接在其上做混凝土基礎(chǔ)，兩個地點的基礎(chǔ)和兩種形式的基礎(chǔ)，隨著時間的變化，其沉降速率和沉降量是不同的，這個沉降差值使隔離開關(guān)動靜觸頭的接觸點產(chǎn)生隨時間變化的位移，破壞垂直斷口隔離開關(guān)正常工作條件，所以該型隔離開關(guān)受基礎(chǔ)不均勻沉降的影響比其它設(shè)備要嚴(yán)重得多;輕則延長停送電時間，嚴(yán)重的拉弧燒傷觸頭，引發(fā)諧振，導(dǎo)致設(shè)備故障。
二、以往處理方法分析
為了改善某變電所垂直斷口隔離開關(guān)的工作條件，曾先后對設(shè)備基礎(chǔ)進(jìn)行防不均勻沉降的處理，一是用槽鋼連接隔離開關(guān)基座和鋼筋混凝土連接獨立設(shè)備基礎(chǔ)的方法，其次在二期工程擴(kuò)建時用樹根樁將淺基礎(chǔ)變?yōu)樯罨A(chǔ)法。
第一個方法是將三個獨立基礎(chǔ)連成整體，以期消除三相之間的不均勻沉降，可隔離開關(guān)動觸頭坐落的連成整體的淺基礎(chǔ)，與靜觸頭坐落的構(gòu)架樁基礎(chǔ)之間仍然有隨時間增長而增大的沉降差值，無法消除垂直斷開隔離開關(guān)受地基沉降差值的影響。
樹根樁法雖然將設(shè)備的淺基礎(chǔ)改變?yōu)樯罨A(chǔ)，避免了土壤固結(jié)受地下水位影響和流塑淤泥等不良地質(zhì)的影響;但是運行現(xiàn)場的限制使這種方法難以實施，根據(jù)某變電所在擴(kuò)建工程中使用樹根樁的經(jīng)驗，每一只隔離開關(guān)的基礎(chǔ)處理費用在2萬元左右。即便如此，同一隔離開關(guān)的動靜觸頭仍然是分別依托在不同的基礎(chǔ)上，根據(jù)*近的《變電所沉降觀測技術(shù)報告》，220KV構(gòu)架16個觀測點一年中平均沉降量為-5.2毫米，做了樹根樁基礎(chǔ)的2#主變間隔平均沉降-16毫米，兩個進(jìn)線間隔一個為-11.1毫米，另一個為間隔為-11.2毫米，1#主變間隔為-12.8毫米，可以看出，樹根樁基礎(chǔ)與構(gòu)架樁基礎(chǔ)的沉降差值*大達(dá)10.8毫米; 110KV構(gòu)架與樹根樁基礎(chǔ)的沉降差值略小，可見樹根樁基礎(chǔ)不能消除兩種基礎(chǔ)形成的沉降差值;無法解決隔離開關(guān)動靜觸頭接觸點位移導(dǎo)致分合困難的問題。
三、消除不均勻沉降影響的新方法
如前所述，兩個不同基礎(chǔ)的沉降差值，使隔離開關(guān)動靜觸頭產(chǎn)生了位移，即改變了垂直斷口隔離開關(guān)正常的工作條件。為此，設(shè)想若能將隔離開關(guān)的動靜觸頭改屬同一個基礎(chǔ)之上，則當(dāng)這個基礎(chǔ)無論下沉與否，動靜觸頭接觸點的相對位置也不會改變，從理論上徹底消除了地基沉降對垂直斷開點隔離開關(guān)工作狀況的影響。
考察220KV某變電所土建平面圖，110KV場地和220KV場地的垂直斷口隔離開關(guān)，它們均接在正母線和旁路母線，因為垂直斷口隔離開關(guān)的靜觸頭是安裝在連接兩端構(gòu)架的鋼梁下面，所以垂直斷口隔離開關(guān)三相一定在構(gòu)架軸線上;一般地 110KV間隔兩構(gòu)架柱之間寬度僅為8米， 220KV間隔兩構(gòu)架柱之間寬度也只有13米，只要稍加處理就能讓隔離開關(guān)支架共用構(gòu)架下面灌注樁(或預(yù)制打入樁)基礎(chǔ)的條件。
按照上面所述的指導(dǎo)思想，在兩根構(gòu)架柱之間用有一定剛度的鋼梁連接，將隔離開關(guān)坐落在該鋼梁上，即讓隔離開關(guān)坐落在構(gòu)架基礎(chǔ)上，使隔離開關(guān)與構(gòu)架柱之間亦既隔離開關(guān)的動靜觸頭之間不再有地基的沉降差值，使之工作在正常狀況。
對110KV可用槽鋼作成組合鋼梁安裝在構(gòu)架的一定高度上，鋼梁上焊接支架頂端的封頂板，其上安裝隔離開關(guān)，改隔離開關(guān)的混凝土基礎(chǔ)為安裝在構(gòu)架上的鋼梁，使隔離開關(guān)的分合操作徹底擺脫地基沉降的影響。
槽鋼組合鋼梁作為剪力梁將隔離開關(guān)荷載傳遞到構(gòu)架樁上， 對GW22-126型隔離開關(guān)重量0.9噸，加上鋼梁自重總荷載1148公斤;14#槽鋼的截面積為18.51平方厘米，剪應(yīng)力僅每平方厘米32公斤;槽鋼組合鋼梁的*大撓度為5.17厘米，對于此值通過調(diào)整隔離開關(guān)，能夠保證其處于正常工作狀況。
每個鋼梁重250公斤，估算綜合費用1800元。
而對于220KV垂直開斷隔離開關(guān)，三相重1800公斤，因其間隔寬度達(dá)13米，可采用直徑250毫米壁厚8毫米的鋼管梁，安裝在構(gòu)架的一定高度上，將支架封頂板焊接其上，同樣讓鋼管梁將三相隔離開關(guān)的荷載傳遞到構(gòu)架樁基礎(chǔ)上;*大荷載時鋼管梁的撓度為 毫米，在隔離開關(guān)正常工作的調(diào)整范圍。每個間隔耗用鋼材約500公斤，估算每只隔離開關(guān)綜合費用3500元。
四、對構(gòu)架基礎(chǔ)的影響估計
隔離開關(guān)與構(gòu)架基礎(chǔ)連成整體后，隔離開關(guān)連同其基礎(chǔ)的荷載加在構(gòu)架基礎(chǔ)上，該荷載110KV為1500公斤左右，220KV加在構(gòu)架上的荷載約3000公斤，即每根樁增加荷載1500-3000公斤，對設(shè)計允許荷載為幾十噸的構(gòu)架的灌注樁基礎(chǔ)，增加三噸以下的荷載應(yīng)該在其安全裕度以內(nèi)，是可以承受的。
五、結(jié)論
1、對投運后不均勻沉降仍在繼續(xù)的某變電所，采用鋼結(jié)構(gòu)橫梁使隔離開關(guān)與構(gòu)架共用同一樁基礎(chǔ)，使隔離開關(guān)與構(gòu)架同步沉降，從而確保動、靜觸頭的工作條件;此方法簡單經(jīng)濟(jì)，容易實施，將徹底擺脫地基不均勻沉降對垂直斷開隔離開關(guān)的影響。
2、今后新建變電所如使用垂直斷口隔離開關(guān)，為杜絕因地基沉降影響隔離開關(guān)的正常操作，可將隔離開關(guān)由地下基礎(chǔ)的方式，改為地上鋼梁的方式，將隔離開關(guān)通過鋼梁坐落在構(gòu)架樁基礎(chǔ)上，使隔離開關(guān)與構(gòu)架同步沉降，從而確保隔離開關(guān)在地基不穩(wěn)定情況下正常工作;鋼結(jié)構(gòu)梁與地下混凝土基礎(chǔ)比較，可節(jié)約50%費用。
3、高壓隔離開關(guān)是電網(wǎng)中重要的電氣設(shè)備,在變電所的主設(shè)備中占有很大的數(shù)量,同時電氣倒閘操作要靠高壓隔離開關(guān)的靈活可靠，從而保證電力系統(tǒng)的安全生產(chǎn)。近些年來,電力系統(tǒng)中很多電網(wǎng)事故都是由隔離開關(guān)的缺陷引發(fā)而來的。因此,對現(xiàn)行隔離開關(guān)存在的諸如地基不均勻沉降的問題進(jìn)行全面改進(jìn),不但可以延長大修周期或減少大修工作量,還可以在保障隔離開關(guān)安全運行的前提下,減少停電,提高供電可靠率，確保用戶安全用電。
本文參考了下列文獻(xiàn)：
1、220KV沿海變電所沉降觀測技術(shù)報告——中南連海設(shè)計研究院
2、220KV變電所工程設(shè)計文件——電力勘察設(shè)計研究院
3、《材料力學(xué)》——S·鐵摩辛柯
4、海淤地質(zhì)利用水泥壓密注漿加固地基分析報告——淮海工學(xué)院 朱建國
