矿区110 k V变电站构架安全运行问题探讨

林俊杰

（郑煤集团公司供电处，河南新密452371）

河南郑煤集团按网域分省网和自备网两部分，由110 k VI、II鹅矿线至郑煤集团自备电厂（东风电厂）与省网并网；按地域分中部电网、西部（登封）电网和东部（新郑）电网；所辖有110 k V变电站5座，35 k V变电站14座，带有9座主力矿井及部分资源整合矿井，另有部分资源整合矿井分别由荥阳、巩义、汝州等地区电网供电。

110 k V来集变电站是为裴沟、杨河、岳村变电站供电的中枢变电站，担负着裴沟矿、深部立井、芦沟矿的安全供电任务；110 k V方山变电站是为米村、王庄、袁庄变电站供电的中枢变电站，担负着米村、王庄矿及袁庄站的安全供电任务。110 k V来集变电站地理接线图如图1所示。

1 来集变电站构架安全运行存在问题

采集大部分变电站为矿井服务，距离矿井较近，且周边兼并重组矿井较多，易受采空区的影响，如2013年初110 k V来集变电站内地面多处出现裂纹，构架、横梁（担）变形等情况。2013年1-4月因处理110 k V来集变电站构架故障造成单回路停电次数2次（正常为双回路分列运行），不但严重影响来集变电站的安全稳定运行，直接影响35 k V裴沟、杨河、岳村变电站及龙力水泥厂的正常运行，而且给裴沟矿及深部立井、芦沟矿、龙力水泥厂的安全生产带来了严重的威胁。这一问题亟待采取措施予以控制防范。

图1 110 kV来集变电站地理接线图

2 原因分析

经过多方查找，一方面运用头脑风暴法，从人、机、法、料、环等诸多方面找出了部分设备（如构架）故障造成变电站设备停电的原因，并绘制了关联图；另一方面，小组成员通过对变电站供电情况进行调查分析、绘制出矿井供电设备故障停电排列图。从造成矿井变电站构架故障停电的关联图和变电站因设备故障停电的排列图可以得知，材料元件老化、受外力大和采空区、沉陷区及地质条件发生变化是造成矿井变电站停电的主要原因。

（1）现场勘察

工程技术人员用仪器在现场进行垂直度测量，发现110 k V有I矿来2、来110两台断路器设备进线构架发生向西倾斜现象；工区技术人员在进行现场故障排查时，发现在I矿来2、来110两台设备进线构架上的横梁（担）出现移位，造成I矿来2横梁（担）上的一个金具（固定螺栓）受横向剪力过大被横向切断。构架出现倾斜、横担出现移位，易发生各类停电故障。

（2）原因分析

由于来集变电站设计时即勘察出地表处于断裂地带，地质条件较差，因此采用的是整体基础。现在周边矿井如裴沟矿、一四井、宏达矿、振兴矿、桧树亭矿等矿井较多，随着近几年矿井的不断开采，出现较多的采空区、沉陷区，引起变电站地质条件发生变化，随之地面出现裂缝，设备构架出现倾斜，横梁（担）发生移位。

工程技术人员通过利用水准仪定期对来集站地表沉降情况进行跟踪测量，并做好记录和分析，观察出地表有少许沉降，尤其110 k V设备区地表沉降较明显。2013年2月份通过对连体基础周围及裂缝较大的地表进行部分开挖，查找出几处较大裂缝，最大裂缝有20 cm宽，严重影响矿井变电站的安全运行。

3 制定对策并予以实施

3.1 针对元件老化、材料受力大的问题

采取“防”的对策：将已损坏的固定横担的金具－螺栓进行更换；同时利用延伸支架方法对间隔横梁进行改造加固，并与原设计单位一起进行现场调研，原设计单位同意该改造方案。

（1）2013年4月16日修试工区对I矿来2进线间隔和来110间隔横梁进行加固，将原固定横担的一端改造为可活动连接的横梁，即将Ⅰ矿来进线间隔南侧横梁与立柱的刚性联接，通过加装延伸支架的方式改为能够纵向伸缩的活动联接，保证立柱倾斜变化时，横梁预留有80 mm的位移伸缩量。

延伸支架：用8＃槽钢制作延伸支架，支架总长1 450 mm，宽610 mm，支架用2根8＃槽钢做横撑，横撑间距580 mm，横撑与横梁用8.8级M16×50螺栓固定牢固后，再全缝焊接。在水泥立柱上方金属立柱东、西侧的延伸支架下面的钢板支撑面上，焊接一段8＃槽钢，长度为250 mm，作为横梁活动面的下接触面，在此接触面的横梁活动侧，距立柱中心线80 mm处，焊接8.8级M16×50螺栓；在横梁固定侧，距立柱中心线40 mm处，焊接8.8级M16×50螺栓；在横梁延伸支架上距立柱中心线80 mm处，以此为中心加工2个长80×6 mm长孔，用8.8级M16×50螺栓使延伸支架与立柱接触面两侧所焊接的槽钢联接，使延伸支架受纵向力作用时，有60 mm的拉量和20 mm的收缩量。横梁延伸支架如图2所示。

（2）为了防止改造后的可活动横梁位移超过80 mm时，从水泥构架上脱落，在构架上用2根2 m长预铰丝与横梁进行固定，即在此水泥杆上方的金属立柱上用钢绞线与该水泥杆南侧横梁连接，避免因横梁发生位移而使固定的金具－螺栓受横向剪力而损坏，防止该横梁坠落。

图2 横梁延伸支架结构图

在Ⅰ矿来进线间隔2个水泥杆上方金属立柱主材南、北2个侧面距金属立柱底端1 m处和2个水泥杆南、北两侧横梁主材侧面距立柱0.5 m处，每处各焊接1个U型环，共16个，用LGJ-35型钢绞线把横梁和立柱相联接。钢绞线平时不受力，横梁位移发生较大变化，横梁从立柱支撑面滑落时，防止横梁跌落。采取相同办法对来110间隔北侧水泥杆横梁和来110西表间隔南侧水泥杆的两侧横梁进行加固。用钢绞线加固横梁示意图如图3所示。

图3 用钢绞线加固横梁示意图

3.2 针对采空区、沉陷区及地质条件发生变化

采取“控”的对策：一方面对主设备的基础利用碳纤维进行加固，另一方面对裂缝实施灌浆。2014年4月，对来集变电站内110 k V主要设备区及地质变化较大的设备区的基础进行开挖，发现有2～3 mm裂缝的基础梁，对整个基础梁采用碳纤维布进行加固。

施工程序如下：准备工作→清理裂缝表面（裂缝处理）→底层树脂配制并涂刷（灌注）→封缝→表面修复处理→粘贴树脂的配制及涂刷→粘贴碳纤维布→固化→表面防护；同时对两台主变、35 k V设备区、构架基础进行开挖，发现有裂纹、空洞的3个地基进行充灌水泥浆填充，灌实；同时做好排水沟以便排水。

4 结束语

通过对110 k V来集变电站地基沉陷采取“防、控”措施进行治理，即一方面采取利用支架进行改造横梁、吊钢铰线的措施进行“防”；另一方面采取向裂缝灌注水泥浆、碳纤维布加固地梁的措施进行“控”；挖排水沟等综合治理方案，从根本上解决了来集矿井变电站由于地基沉陷、构架倾斜、横梁（担）移位的安全隐患。110 k V来集变电站因采取综合治理措施，减少了地基沉降、构架倾斜、设备损坏引起变电站或矿井单回路停电的次数。2013年5月～2014年12月，由于变电站构架故障引起的停电次数由原来的2次下降到0次，从而解决了110 k V来集变电站供电薄弱的问题，有效提高了110 k V来集变电站的安全供电可靠性，为裴沟矿、芦沟矿等矿井及龙力水泥厂的安全生产提供了强有力的电力保障。

［1］ 李林易.输电线路设计中的防雷措施及应用［J］.云南电业，2010，（1）：37-38.

［2］ 陈新海.浅谈220 k V变电站主变保护双重化保护实施［J］.中国高新技术企业，2010，（6）：36-37.

［3］ 谢伟民.变电站电气接地技术分析［J］.中国高新技术企业，2010，（4）：31-32.