變電所基礎沉降對隔離開關正常運用的影響及解決辦法
2022-09-18 788
摘 要：220KV某沿海變電所位于淤泥地質形成的地基軟臥層，由于所內回填土厚度不均，淤泥層厚度不均，設備和構筑物的基礎形式不同，導致所內地基不均勻沉降，對經常操作的隔離開關造成很大影響。本文分析了地基沉降給隔離開關帶來的影響，提出了經濟可行的使該型隔離開關不受地基沉降影響的方法。
一、變電所內地基沉降以及對隔離開關的影響
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設備區(qū)有個別垂直斷口隔離開關(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)拉桿地錨基礎下沉導致220kV正母線南側構架嚴重傾斜彎曲，且查明110kV構架亦存在類似情況。
此后，2004年、2005年在操作當中又多次發(fā)生隔離開關觸頭分合困難情況，并且出現(xiàn)220kV、110kV設備區(qū)繼續(xù)沉降、電纜溝局部嚴重變形、110kV母線構架拉桿斷裂、35kV開關室沉降導致線牌變形等情況。
根據(jù)勘測設計文件，該變電所淤泥質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操作隔離開關出現(xiàn)分合不到位等不能正常運用情況后，原設計人員到現(xiàn)場對110kVGW22-126型設備支架傾斜現(xiàn)象進行實地勘察，并進行詳細的測量計算，并提出如下處理方案：
1.在混凝土基礎頂面以下，采用鋼筋砼現(xiàn)澆加固梁，使三個獨立基礎連成整體，防止基礎之間進一步位移和傾斜。
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)。增強上部結構的剛度，防止柱頂進一步傾斜。
3.對110kV場地的C.T和避雷器等其它設備支架，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設備進行了處理; 2005年到2006年，仍然發(fā)生110KV隔離開關分合困難情況。2007年元月該變電所運行方式調整時，又發(fā)生大量隔離開關分合不到位從而被迫進行臨檢。
根據(jù)對該變電所近一段時間的定點觀測表明，在全所已運行設備基礎的133個觀測點當中有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0.086毫米，其中拉錨等三個觀測點的累計沉降量分別達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#測點達每天0.096毫米，其中*大的三個觀測點，累計沉降量達31.7毫米、31.9毫米和31.1毫米。地基沉降導致設備基礎的不均勻沉降，給電氣設備的安全運行帶來很大隱患，尤其對垂直斷口隔離開關的影響*大。
垂直斷口隔離開關的靜觸頭固定在母線上，母線錨固于構架上部的水平鋼梁上，即靜觸頭以構架基礎為基礎，而動觸頭以隔離開關本身支架基礎作為基礎;其次，兩者的基礎形式也不同，構架一般都采用樁基礎，樁端置于基巖或硬土持力層上;而隔離開關數(shù)量眾多，受經濟因素考慮，一般做法是將地基補強后直接在其上做混凝土基礎，兩個地點的基礎和兩種形式的基礎，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動靜觸頭的接觸點產生隨時間變化的位移，破壞垂直斷口隔離開關正常工作條件，所以該型隔離開關受基礎不均勻沉降的影響比其它設備要嚴重得多;輕則延長停送電時間，嚴重的拉弧燒傷觸頭，引發(fā)諧振，導致設備故障。
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的工作條件，曾先后對設備基礎進行防不均勻沉降的處理，一是用槽鋼連接隔離開關基座和鋼筋混凝土連接獨立設備基礎的方法，其次在二期工程擴建時用樹根樁將淺基礎變?yōu)樯罨A法。
第一個方法是將三個獨立基礎連成整體，以期消除三相之間的不均勻沉降，可隔離開關動觸頭坐落的連成整體的淺基礎，與靜觸頭坐落的構架樁基礎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受地基沉降差值的影響。
樹根樁法雖然將設備的淺基礎改變?yōu)樯罨A，避免了土壤固結受地下水位影響和流塑淤泥等不良地質的影響;但是運行現(xiàn)場的限制使這種方法難以實施，根據(jù)某變電所在擴建工程中使用樹根樁的經驗，每一只隔離開關的基礎處理費用在2萬元左右。即便如此，同一隔離開關的動靜觸頭仍然是分別依托在不同的基礎上，根據(jù)*近的《變電所沉降觀測技術報告》，220KV構架16個觀測點一年中平均沉降量為-5.2毫米，做了樹根樁基礎的2#主變間隔平均沉降-16毫米，兩個進線間隔一個為-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，樹根樁基礎與構架樁基礎的沉降差值*大達10.8毫米; 110KV構架與樹根樁基礎的沉降差值略小，可見樹根樁基礎不能消除兩種基礎形成的沉降差值;無法解決隔離開關動靜觸頭接觸點位移導致分合困難的問題。
三、消除不均勻沉降影響的新方法
如前所述，兩個不同基礎的沉降差值，使隔離開關動靜觸頭產生了位移，即改變了垂直斷口隔離開關正常的工作條件。為此，設想若能將隔離開關的動靜觸頭改屬同一個基礎之上，則當這個基礎無論下沉與否，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，它們均接在正母線和旁路母線，因為垂直斷口隔離開關的靜觸頭是安裝在連接兩端構架的鋼梁下面，所以垂直斷口隔離開關三相一定在構架軸線上;一般地 110KV間隔兩構架柱之間寬度僅為8米， 220KV間隔兩構架柱之間寬度也只有13米，只要稍加處理就能讓隔離開關支架共用構架下面灌注樁(或預制打入樁)基礎的條件。
按照上面所述的指導思想，在兩根構架柱之間用有一定剛度的鋼梁連接，將隔離開關坐落在該鋼梁上，即讓隔離開關坐落在構架基礎上，使隔離開關與構架柱之間亦既隔離開關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，改隔離開關的混凝土基礎為安裝在構架上的鋼梁，使隔離開關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荷載傳遞到構架樁上， 對GW22-126型隔離開關重量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，對于此值通過調整隔離開關，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，三相重1800公斤，因其間隔寬度達13米，可采用直徑250毫米壁厚8毫米的鋼管梁，安裝在構架的一定高度上，將支架封頂板焊接其上，同樣讓鋼管梁將三相隔離開關的荷載傳遞到構架樁基礎上;*大荷載時鋼管梁的撓度為 毫米，在隔離開關正常工作的調整范圍。每個間隔耗用鋼材約500公斤，估算每只隔離開關綜合費用3500元。
四、對構架基礎的影響估計
隔離開關與構架基礎連成整體后，隔離開關連同其基礎的荷載加在構架基礎上，該荷載110KV為1500公斤左右，220KV加在構架上的荷載約3000公斤，即每根樁增加荷載1500-3000公斤，對設計允許荷載為幾十噸的構架的灌注樁基礎，增加三噸以下的荷載應該在其安全裕度以內，是可以承受的。
五、結論
1、對投運后不均勻沉降仍在繼續(xù)的某變電所，采用鋼結構橫梁使隔離開關與構架共用同一樁基礎，使隔離開關與構架同步沉降，從而確保動、靜觸頭的工作條件;此方法簡單經濟，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的影響。
2、今后新建變電所如使用垂直斷口隔離開關，為杜絕因地基沉降影響隔離開關的正常操作，可將隔離開關由地下基礎的方式，改為地上鋼梁的方式，將隔離開關通過鋼梁坐落在構架樁基礎上，使隔離開關與構架同步沉降，從而確保隔離開關在地基不穩(wěn)定情況下正常工作;鋼結構梁與地下混凝土基礎比較，可節(jié)約50%費用。
3、高壓隔離開關是電網(wǎng)中重要的電氣設備,在變電所的主設備中占有很大的數(shù)量,同時電氣倒閘操作要靠高壓隔離開關的靈活可靠，從而保證電力系統(tǒng)的安全生產。近些年來,電力系統(tǒng)中很多電網(wǎng)事故都是由隔離開關的缺陷引發(fā)而來的。因此,對現(xiàn)行隔離開關存在的諸如地基不均勻沉降的問題進行全面改進,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：
1、220KV沿海變電所沉降觀測技術報告——中南連海設計研究院
2、220KV變電所工程設計文件——電力勘察設計研究院
3、《材料力學》——S·鐵摩辛柯
4、海淤地質利用水泥壓密注漿加固地基分析報告——淮海工學院 朱建國
