软土地基变电站电气设备防沉降危害设计改进

软土地基变电站电气设备防沉降危害设计改进

楼志坚刘森

(浙江星野集团有限责任公司，浙江 杭州 310003)

摘要：浙江沿海地区大多为淤泥黏土地质，随着电网的发展，变电站不可避免地落址在软土地基，地基不均匀沉降超过国网典设的设计值，会给电气安全性带来严重的威胁。现通过对变电站电气防沉降设计改进的研究，对存在的各类沉降危害、隐患采取合理有效的设计改进措施，形成处理变电站地基沉降的典型经验成果，以便及时有效地处理解决好软土地基变电站的各类不均匀沉降问题。

关键词：软土地基；变电站；设计改进；不均匀沉降

作者简介：楼志坚(1965—)，男，浙江义乌人，工程师，研究方向：生化工程、安全管理。

0引言

软土地基变电站不均匀沉降量远超一般典型变电站，对于户内电气设备设施，可以通过土建设计控制整体建筑物不均匀沉降来实现，但对于户外(包括户内外交界)电气设备设施，可采取全站地基处理、对电气构筑物作桩基处理、加大基础桩深度以达到持力层等方法，来减小户外电气设备设施间不均匀沉降量，因此从电气设计角度对影响电气安全的各类设备设施沉降采取合理有效、经济便捷的改进措施，保障电网长期安全运行，具有重要的工程价值和研究意义。

1地质情况及设计方案

对杭州地区某220 kV变电站开展针对不均匀沉降的电气设计改进。变电站落址在杭州市下沙经济开发区，下沙位于浙江中部沿海，杭州湾入海口，属于沿海软土地区。岩土工程勘测报告显示，站区地基土性质自上而下为：(1) 黏土，层厚0.6～1.30 m；(2) 淤泥，层厚17.20～13.80 m；(3) 淤泥质黏土，层厚15.30～3.40 m；(4) 黏土，层厚10.50～3.60 m等。站区内分布的软土厚度大，在变电所大面积回填后会发生较大的地面沉降与差异沉降。变电站电气布置为：采用国家电网公司输变电工程典型设计A-5方案，即户外敞开式设备变电站(户外AIS变电站)。变电站土建设计为：站区浅部土层土质弱，土建设计户外电气构支架桩基采用预应力砼管桩(PC-A500、PC-A400)，根据竖向承载力采用长短桩是较为经济的方案；土建测算，采用上述预应力砼管桩后，户外电气设备设施基础间将产生最大达150 mm的不均匀沉降。

2地基沉降对电气设备的主要危害

2.1导线变紧、线夹断裂的安全隐患

不同桩长构支架间的导线段存在过度拉伸乃至断裂的安全隐患。220 kV(110 kV)出线构架与线路电压互感器(TYD)支架的桩基采用不同桩长，易产生不均匀沉降。220 kV(110 kV)出线构架与线路侧隔离开关支架的桩基采用不同桩长，易产生不均匀沉降。主变和35 kV设备支柱的桩基采用不同的桩长，易形成不均匀沉降。

2.2垂直隔离开关动触头拉紧、脱落的安全隐患

垂直隔离开关和管母支柱采用不同桩基长度，会发生沉降差；动触头处过度拉紧甚至会脱落。

2.3接地体存在拉伸变形乃至断裂的安全隐患

经过桩基处理的户外设备基础与天然地基里的主接地网间易形成不均匀沉降，会引起户外设备接地引下线在与主网连接处的拉伸变形乃至断裂。

经过桩基处理的建筑物与天然地基里的主接地网间易形成不均匀沉降，会引起建筑物内引出的接地体或屋顶避雷带引下线在与主网连接处的拉伸变形乃至断裂。

2.4电缆保护管拉伸变形乃至断裂的安全隐患

经过桩基处理的户外设备基础与天然地基里的电缆沟间易形成不均匀沉降，会引起户外机构箱的电缆保护管基础与天然地基间连接处的拉伸变形乃至断裂。

以上各类不均匀沉降的危害严重影响电网的安全稳定运行，可能造成设备损坏、接地网断裂、电缆保护管拉断、电缆断裂、保护误动、电网非计划停电等诸多安全隐患。

3电气防不均匀沉降危害设计改进

3.1增加导线沉降裕度

对于线路TYD至出线的导线段、线路侧隔离开关至出线构架的导线段、主变本体与中性点隔离开关间的导线段、管母至正母隔离开关B、C相的导线段，由于常规设计中这些导线段本身就有一定的弧度，在此基础上适当放大导线弧垂，就能满足不均匀沉降要求，也能实现工艺美观。因此，上述导线段可通过放大导线弧垂，增加导线沉降裕度，使导线沉降裕度满足不均匀沉降要求(200 mm)。

3.2增加垂直隔离开关动触头沉降裕度

垂直隔离开关动触头有一定的安装范围；经调研收资，大多设备厂的垂直隔离开关上下限之间有200 mm的距离；一般厂家推荐的安装位置在上下限中间。实际工程中，隔离开关基础桩长小于管母基础桩长；隔离开关的沉降比管母严重。因此，电气安装时如改变垂直隔离开关动触头安装位置，将安装位置向下限方向调整，则最多可满足上下限间距(200 mm)的不均匀沉降量要求。改进后垂直隔离开关动触头安装示意图如图1所示。

图1　增加垂直隔离开关动触头沉降裕度示意图

3.3增加接地体沉降裕度

目前，220 kV变电站最常用的接地材料为扁钢或镀铜钢，接地体更易断裂，如果仅将沉降部位的接地材料改用铜接地，铜钢间宜采用放热焊接，焊接处理费用高且增加施工难度。关键是，铜接地体虽相对较软，但同样不能过度拉伸。因此，考虑对上述部位接地体增加沉降裕度。分述如下：

(1) 户外设备接地引下线与主接地网连接处：当接地体采用扁钢时，户外设备接地引下扁钢增设U型伸缩节。每只伸缩节U型弧长450 mm，U型口间距200 mm，设于接地引下扁钢基础侧部位。为工艺美观，伸缩节可预制。

(2) 建筑物内引出的接地体与主接地网连接处：建筑物内引出的接地体包括建筑物内环行接地母线引出线、建筑物内避雷器接地引出线，一般均采用扁钢；其与主接地网连接处，增设U型伸缩节；每只伸缩节U型弧长450 mm，U型口间距200 mm，底标高与主接地网标高平。

3.4增加电缆及电缆保护管沉降裕度

在电缆管从设备机构至电缆沟的中途设置沉降井，应对沉降井两端电缆管线不均匀沉降；穿电缆沟壁的电缆埋管上方留设50 mm裕度并用防火胶泥封堵，电缆在电缆井中留有200 mm的裕度，相邻电缆管宜合用沉降井。

4电气防不均匀沉降危害设计改进的技术经济比较

采取电气防不均匀沉降危害设计改进方案，栅浦变处理不均匀沉降电气危害性增加费用总计15.1万元，增加施工处理时间总计8天。

采取土建方案：通过增加基础桩桩长、达到相对持力层的方法，能控制(不能完全避免)户外电气构支架基础不均匀沉降。如试图同样处理场地电缆沟和户外接地网的地基，因地基处理范围几乎覆盖全站，则费用更高昂、施工时间更长；技术经济性不可行。防沉降电气危害设计的技术经济性比较如表1所示。

表1　防沉降电气危害设计的技术经济性比较表

5结语

本文对软土地基变电站电气防沉降危害设计进行分析与改进，经过总结提炼，采用的设计改进措施不仅具有良好的经济效益，更有很好的社会效益，使国网典设适用环境更广、通用性更佳。本文的依托工程220 kV某变电站经过近一年的实践运行，有效避免了不均匀沉降的电气危害，形成了典型经验成果，为今后软土地基变电站设计提供了指导性意见。

[参考文献]

[1]董观生，鄢东方，毛志兴.变电所软土地基不均匀沉降的防治[J].浙江电力，2010(5)：59-64.

[2]纪明，宋奎山.某220 kV变电站架构不均匀沉降的纠偏加固[J].天津电力技术，2007(3)：14-16.