某水电站变压器基础沉降处理研究

黄志明

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

某水电站工程位于新疆维吾尔自治区喀什地区莎车县境内，采用引水式开发。电站总装机容量203 MW，主电站4 台50 MW 发电机组采用发电机- 变压器组单元接线接入220 kV母线，主变选用1 台75 MVA 三绕组升压变压器和3 台63 MVA双绕组升压变压器，生态电站2 台1.5 MW 发电机组采用扩大单元接线接入75 MVA 三绕组升压变压器中压侧（电气主接线见图1）。220 kV 母线采用 SF6全封闭组合电器（GIS），双母线接线，具体接线见图1。

2 变压器基础沉降情况

该工程中水电站设计安装4 台变压器，分别布置在副厂房上游侧，具体布置见图2。其中1#变压器（75 MVA）总重112 t（油重37 t），2#、3#、4# 变压器（63 MVA）总重87.5 t（油重19 t）。对4 台变压器基础下部砂砾石回填及混凝土基础板浇筑验收合格后，接着完成4 台变压器安装及变压器与SF6全封闭组合电器（GIS）三相直接连接，同时请第三方机构对主变压器进行绕组变形、交流耐压等实验，对GIS 设备进行交流耐压、局部放电等实验，实验全部合格。

图1 工程电气主接线图

但是在电站尾水通水后，电站工程所在地区出现连续数日降雨，对现场进行定期检测时发现缺陷情况，具体情况是4 台变压器基础产生不同程度的沉降，测量数据见图3。

图2 变压器场平面布置图

图3 沉降测量数据统计图

3 沉降原因分析和影响

由于变压器基础为砂砾石回填基础，砂砾石的相对密度为Dr≥0.8，原设计要求分层回填碾压，层厚为0.6 m。但施工过程中，施工单位抢进度部分高程未进行分层回填碾压，相对密度未达到设计要求，从而造成变压器基础土质硬实度不均匀，产生不同程度沉降。

变压器基础的不均匀沉降，就会影响变压器的正常使用，使得变压器的铁芯受力，容易对变压器本体结构产生较为严重的损坏[1]。

该工程中变压器高压侧GIS 连接已经安装完成，通过与与厂家沟通了解到变压器的GIS 伸缩节上下移动允许范围为15 mm，而变压器的沉降会造成GIS 内导电杆的受力拉伸变形，对绝缘盆子及套管造成破坏，同时SF6气体泄露会对人体造成伤害，因此需要对此缺陷进行处理，尽快解决问题。

4 措施研究与实施过程

该工程变压器沉降缺陷出现后，建设单位组织相关单位技术人员进行原因分析，并对沉降缺陷提出多方案处理措施。

4.1 保持原状，不做处理

在设计招标的时候对GIS 伸缩节的配置要求中考虑一些客观因素，GIS 安装伸缩节GIS 安装伸缩节后的伸缩范围：轴向±50 mm，径向±50 mm。

其中考虑的因素有基础的不均匀沉陷；土建施工误差；设备制造误差；安装误差；热效应产生的热胀冷缩；土建结构产生的基础变形；地震力、设备操作力、设备晃动振动引起的位移[2]。

因此第一种方案就是对现场继续观测沉降，待沉降达到允许范围外再行拆解，暂不影响电站的正常运行。

4.2 千斤顶支撑

该方案是采用千斤顶进行支撑，具体方案设计师对于重112 t 的1#变压器，现场采用6 只50 t 的永久液压千斤顶。2#、3#、4#变压器重87.5 t，现场可采用4 只50 t 的永久液压千斤顶。千斤顶焊接在主变基础钢板上，将变压器顶起至原始高程，根据后期变压器的沉降程度做出相应调整，千斤顶固定后作为永久支撑。

4.3 钢板调整支撑

现场与设备厂家进行研究后，了解到变压器倾斜角度允许值为15°，变压器单侧沉降16 mm 在变压器倾斜允许范围内，不会对变压器造成影响。

因此可以考虑现场采用50 t 千斤顶，将变压器顶起抬高，确保变压器、GIS 不受损坏。待主变基础沉降稳定后，根据沉降数据垫钢板补偿，使变压器基础达到设计高程，再对变压器及其支撑钢板进行固定。

4.4 灌浆处理

（1）变压器高压侧GIS 套管拆除

具体做法为：a）对GIS 油气套管气室及分支气室的SF6气体进行回收；b）搭设脚手架、用尼龙吊带吊起主变高压侧GIS 导体使不受力；c）拆除GIS 与主变连接导体，拆除主变压器最上方GIS 绝缘盆及导体，用保鲜膜做好防潮措施；d）吊起直筒并水平放置，直筒及绝缘盆用封板密封，做好防护措施。

（2）变压器基础固结灌浆

具体做法为：变压器高压侧GIS 拆除后，对变压器基础下部砂砾石回填灌浆，采取42.5 级强度水泥固结灌浆的方式分段灌浆，观测变压器基础沉降。

（3）钢板支撑变压器

具体做法为：变压器基础稳定后，采用50 t 液压千斤顶将变压器顶起抬高，根据沉降数据垫钢板补偿，使变压器基础达到设计高程，对变压器、钢板、基础钢板可靠焊接。

（4）GIS 套管安装及试验

具体做法为：恢复GIS 与变压器之间的连接，测试回路电阻，抽真空、充 SF6气体、SF6气体微水测量、GIS 套管检漏、耐压试验，待全部合格后投入运行。

4.5 措施分析与实施

上面给出了四种不同的措施方案，每个方案都有其优缺点，具体分析如下。

方案一优点是不耽误工期。缺点是用招标文件要求的数据来指导现场，存在严重的事故风险，后期出现事故带来的影响远大于正常工作带来的收益；方案二对变压器及GIS 进行一定程度的保护，又不影响工期。缺点：工程所在地为地震烈度Ⅷ度地区，用千斤顶永久顶起，地震发生时，变压器基础不稳，存在较大的破坏风险；方案三采用垫钢板补偿的方法彻底解决了主变沉降带来的不利影响。缺点用千斤顶顶起变压器时存在对变压器铁芯和GIS 设备造成二次破坏的可能；方案四直接拆除GIS，固结灌浆处理变压器基础，从根本上解决了变压器基础沉降带来的不利影响，后期垫钢板补偿沉降高度不会对设备造成破坏，缺点是工期长，增加投资[3]。

经过具体研究后，综合考虑质量因素和工程情况，考虑到电站的长期稳定运行，本着安全第一、不留隐患的原则，经过方案比选，采用第四种固结灌浆处理方案对变压器沉降问题进行消缺。结果证明实施效果达到了目标，解决了变压器基础沉降的问题，处理后工程现场见图4。

图4 措施实施后现场情况

5 结语

本文针对某水电站建设过程中主变产生沉降缺陷的问题，分析问题的发生原因是变压器基础土质硬实度不均匀，提出四种解决方案，并分析各方案的优缺点，最终综合考虑选择第四种固结灌浆处理方案对变压器沉降问题进行处理，实施结果说明了该种方案的可行性，可保证工程的进度和质量，为解决类似工程提供经验。