中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局四川彭山620860
摘要：本文主要介绍了重达384吨的大容量500kV整体式变压器，在水电站工地现场需要从组装车间装车运输至安装现场的工作中，通过方案必选、制定方案，成功解决了车间内无配套装车起重设备，且不满足移动式大型起重设备装车条件的情况下变压器的装车问题，确保了该变压器安全平稳装车。
关键词：500kV整体式变压器；工地；装车
一、概况
1、工程概述
四川大渡河大岗山水电站、长河坝水电站分别位于四川省大渡河中游上段雅安市石棉县境内和大渡河上游甘孜藏族自治州康定县境内，分别为大渡河干流规划22个梯级中的第14个梯级和第10个梯级电站。上述2个电站装机容量、机组形式、升压变压器布置方式和规格型号均相同，单个电站总装机容量均为2600MW，各安装4台单机额定容量650MW的立轴混流式水轮发电机组，同为大渡河上所有电站中单机容量最大的电站，其升压变压器按照单机单变的布置方式，配置有4台套型号为SSP-723000/500型的500kV变压器。
由于上述工程所处地理位置和运输条件的限制，2个电站均采用三相五柱（芯）整体式变压器现场组装、制造方案，即在电站工地现场修建变压器组装车间，变压器首先在制造厂内组装、试验完成，拆卸成零部件从变压器厂运输至工地现场的变压器组装车间，再组装成整体并试验合格后，将套管及管路拆除，排出变压器油并充入氮气，最后从现场的组装车间装车运输至变压器室进行安装。
该变压器为三相一体式，充氮（未注绝缘油）装车运输重量为384吨，中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局在大岗山水电站和长河坝水电站机组安装中实施的整体变压器装车方案，成功解决了地处偏远地区的大型水电站变压器整体运输困难，在工地现场变压器组装后又无配套大型装车起重设备的情况下进行大型三相一体式变压器装车，攻克了整体变压器在顶升、水平牵引、降落等全程防冲击、防撞击、防倾覆等变压器运输难题，确保了施工安全和质量，节约了工期，经济效益显著，同时也为后续同类施工项目的大型变压器装车提供了成熟的施工经验。
2、基本参数
（1）变压器参数
变压器外形尺寸：10m×4m×4.785m（长×宽×高）；
变压器装车重量（冲氮未注绝缘油）：384.4t；
千斤顶支架（变压器本体上）：8个；
变压器吊装吊耳（本装车方案将无法使用）：4个。
待装车变压器
（2）变压器运输拖车参数
牵引车：德国奔驰4850（500匹马力）；
拖车：法国尼古拉斯13轴3纵列全挂液压平板，21.7m×4.8m×1.75m（长×宽×高），载重560t；其中车板高度1075±325cm（升降行程650mm），并具有全液压支撑、全轮转向、最佳抗拉/重量比的低载货平台。
（3）组装车间装车条件
工地现场变压器组装车间尺寸：30m×13m（长×宽）；
组装车间起重设备：一台额定载重75吨的桥式起重机（仅满足变压器组装期间最重零部件的吊装）；
变压器装车位置，如下图所示：
二、装车方案比选
1、传统装卸方案
确定方案之前，调查以往同类式变压器装、卸车的实施方案主要有以下三种：
（1）起重机械装、卸
变压器在厂内装车，大型码头、火车转运站等地点装、卸车，多采用大型门机、桥机或大型汽车吊装卸车，装车全程安全、可靠，且操作规范。但该方案在现场已无法实施。
（2）采用千斤顶、轨道+推进器的方式装、卸
该方案多用于拖车与船运、火车运输之间的转换，一般码头、火车转运站空间大，便于此方案的实施。该方案主要在变压器底部的长度方向设置3根及以上数量的钢轨，再利用轨道推进器将变压器推送至拖车车板上装车或从车板上推出卸车，最后拆出轨道，国内变压器装卸车中运用最为广泛，可作为本电站变压器装车的重要参考方案。
（3）使用液压顶升系统+承重横梁装车
多应用于变压器在运达电站现场后，现场无重型起重设备情况下的变压器卸车。该方案是在变压器底部设置承重横梁，通过千斤顶顶升变压器至装卸车高度后，利用钢支墩+承重横梁临时支撑变压器、拆除千斤顶，然后将拖车车板倒入变压器底部，再利用千斤顶将变压器本体和横梁均降落在拖车车板上，最后拆出横梁，以完成装卸车。该方案易操作，成本相对较低，但承重钢梁的强度是核心，若需满足承载近400吨变压器的钢梁，其制作尺寸较大、成本将大幅提高，且承重钢梁+钢支墩总高度高，设备顶升后的稳定性较差，易倾倒。
2、确定装车方案
通过对传统方案的调研，并结合工地现场实际装车环境、条件论证分析，对本次装车方案的对比分析及最终选择方案如下表所示：
施工步骤可供选择的方案取舍分析最终选择方案特别措施
顶升将变压器从地面顶升至高于拖车车板的高度必须要实施的步骤拟采用8台液压千斤顶同步顶升变压器顶升的关键在于千斤顶的同步性，故液压千斤顶的选型最为关键，拟采用2套1拖4，单只承载200t的千斤顶
装车将拖车车板倒入变压器底部装车需制作的钢梁尺寸大、成本较高，关键是安全风险高不采用
将变压器水平推送至拖车车板上敷设轨道：该方案需在顶升起的变压器底部敷设轨道，并一直延伸至拖车车板上拟使用钢支墩作为轨道敷设的基础钢支墩必须满足刚度要求，且轨道底部的钢支墩必须满铺
推送方式：轨道推进器推送或卷扬牵引系统拉拽；若采用推进器，本方案中仅能使用2组，经计算不满足要求拟根据受力计算布置合理的卷扬牵引系统拉拽由于组装车间为堆填区，地质条件不适宜浇筑地锚，卷扬牵引系统的地锚设置须重点关注
确定主要实施的装车方案为：
采用8台200吨液压千斤顶（2套，一拖4），不同高度钢支墩，方木，钢板等材料通过4次顶升，将变压器底部顶升至距离地面1.1米后，再在变压器底部按运输小车的轮距摆放两排800mm钢支墩（钢支墩满铺），在钢支墩上铺设QU120钢轨，并将钢轨延伸到平板拖车上（拖车车板升降至800mm与支墩同一高度），安装铁鞋，拆除变压器顶升装置，配置牵引系统，利用卷扬机和两组32t滑轮组牵引变压器至车板装车位置，在平板车上再次顶升变压器，拆除铁鞋、轨道，将变压器降落至车板上，完成装车。
三、关键施工技术方案
1、变压器顶升
（1）顶升主要材料、机具
1）液压千斤顶：一拖四同步千斤顶，单个荷载为200t，行程为300mm；
2）钢支墩：700mm×450mm×800mm，26个；
3）钢支墩：高300mm、400mm各8个；
4）钢板：10mm、20mm、30mm、40mm若干；
5）方木：150cm×150cm×2m，20根；
6）方木：100cm×100cm×2m，20根。
（2）顶升高度校核
变压器顶升完成后，将在其底部摆放800mm高钢支墩，以及安装铁鞋和QU120运输钢轨，故变压器顶升高度应为支墩高度+钢轨高度+铁鞋安装高度，即顶升高度
L=800+170mm+100mm
=1070mm
故变压器顶升距离地面应不小于1100mm。
（3）顶升步骤
变压器顶升全程分4步顶升至需要高度，主要步骤如下：
第一步：将液压千斤顶均匀摆放至变压器顶升部位，1拖4的同一组千斤顶分别摆放于变压器前后两侧（防止2套千斤顶不同步时变压器倾覆，该方式可确保变压器仅会出现长度方向的左右倾斜，减小安全隐患）。
变压器开始顶升后，将千斤顶顶升20mm，使变压器底部完全离开地面，静止30分钟，观察千斤顶底部基础有无下沉、开裂现象后，继续顶升变压器至千斤顶全行程300mm，同时在顶升过程中随时用厚10mm、20mm、30mm、40mm钢板分八点对称位置垫于变压器底部，并在钢板上方与变压器底部之间使用成对楔子板随顶升高度塞紧顶升后的空隙；当第一次顶升完成后，在变压器底部放入300mm钢支墩，拆出液压千斤顶。
第二步：在液压千斤顶底部摆上钢支墩，调整千斤顶顶升空间，按照第一步同样的方式进行顶升和变压器的安全防护。
第三、第四步：采用与第一、二步同样的方式，直至顶升变压器底部距离地面1.1米。
2、变压器牵引
（1）支墩、轨道、铁鞋安装
1）当变压器顶升完成后，将800mm高钢支墩按照变压器运输小车轮距（1435mm）全部摆放于变压器底部，同时将钢支墩与钢支墩之间采用焊接型钢的方式全部连接为整体，防止钢支墩和变压器倾覆；
2）利用拖车液压系统调整平板拖车车板升降至距离地面800mm工况（与钢支墩表面高度平齐），尾部紧靠钢支墩并用型钢将车板与钢支墩临时连接，保持拖板中心线与两排钢支墩上轨道安装中心线保持一致，确保变压器通过轨道运输至拖板车上以后，变压器能处于拖车的中心位置；
3）在钢支墩和平板拖车上按变压器运输小车的轮距铺设QU120钢轨（轨距：1435mm）。
4）在变压器底部安装铁鞋，且在铁鞋与轨道间全部涂抹黄油，减小摩察系数。轨道及运输铁鞋安装完后，将液压千斤顶下降使变压器带铁鞋下落并全部受力于钢轨和钢支墩上，拆除液压千斤顶。
（2）牵引布置
由于变压器组装车间场地为堆填区，不适宜浇筑地锚，故拟制作活动地锚用于牵引。当轨道铺设完成后，拟将平板拖车牵引车头拆除，并在原车头位置布置活动地锚，安装牵引滑轮组，并布置卷扬机和设置卷扬机的地锚。牵引布置如下图所示：
如上图所示，变压器装车牵引时设置两套32吨牵引滑轮组，定滑轮固定在平板拖车前部，并利用配重块做活动地锚，动滑轮固定在变压器本体上（变压器外罩的每根立筋上均有孔洞，可用于固定滑轮），并在拖车车板前端的左右两侧固定5t卷扬机做滑轮组牵引动力，以形成完整的牵引系统。另由于方案将设置2台卷扬机，且必须分别由2名操作工操作，不能完全确保其同步性，为防止因2套滑轮组的受力不均出现安全隐患，拟在两组滑轮组中增加一个平衡滑轮，将2套牵引系统合并为一套牵引系统。
（3）变压器牵引受力计算
1）变压器滑动牵引力计算：
计算公式：S=fQgK起
S-牵引力
Q-设备质量
f-铁鞋在钢轨上滑动系数F1=0.1
K起-铁鞋在钢轨上的起动系数K起=1.2
g-重力加速度g=9.8m/s2
S=fQgK起=384.4×0.1×9.8×1.2=452.05KN
2）定滑轮活动地锚校核：
根据上述计算结果，32t滑轮组定滑轮处设置的活动地锚，拟采用14块单重8t的配重块作为地锚基础，将其中10块分为两两一组平放于地面，
4块放置于10块配重块之上，32t定滑轮锁定钢丝绳经10块配重块中间穿过后锁定于配重块最前端，以达到地锚锁定的目的。配重块具体布置如下图所示：
牵引系统中的活动地锚布置
按照变压器牵引力计算，S变压器=452.05KN，为确保活动地锚安全、可靠，活动地锚的受力计算S地锚=fQg
f-活动地锚（配重块）与地面的滑动系数f=0.42
Q-活动地锚（配重块）质量=112t（14块8t配重块）
g-重力加速度g=9.8m/s2
将以上数据带入公式得S地锚=fQg
=0.42×112×9.8
=460.992KN
得S地锚＞S变压器
故按照上述配置，滑车组在牵引变压器时的拉力小于活动地锚的拉力，可满足变压器牵引要求，而确保地锚不发生位移。且处于安全考虑，配重块就位前，在其位置将浅挖一个坑，再放置配重块，更能有效确保活动地锚的绝对安全。
3）牵引滑轮组钢丝绳拉力计算：
S=Q拉力/nη=452.05/9×0.83=41.6kN
选用H32×4D的滑轮组，工作绳数n=9，滑轮组效率η=0.83，牵引滑车组钢丝绳跑头拉力41.6kN，符合5T卷扬机准许载荷，安全可靠。
备注：计算式取自机械工业出版社何焯编的《设备起重吊装工程》P284页。
综上所述：得知变压器在钢轨上滑动运输，所需牵引力452.05KN，考虑到启动时的摩擦力，装车牵引时拟选用H32×4D滑轮组、112t活动地锚和5t卷扬机，以满足牵引需求。
（4）变压器牵引
当变压器牵引装置设置完成后，在拖车车板主梁底部铺垫方木，以确保变压器牵引途中，车板受力均匀且不发生沉降，并全面检查变压器底部支墩加固情况、变压器运输轨道加固情况、轨道与铁鞋之间的润滑情况和牵引系统设置情况，均满足要求后，按照变压器长、宽尺寸，将变压器的纵向、横向中心线标注在平板车上，并安装三维冲击记录仪。
开始启动卷扬机牵引变压器向拖车方向位移，牵引速度应小于2m/min，并随时检查变压器应移动平稳，并可在变压器顶部挂线坠，随时检查变压器的倾斜情况。
变压器水平牵引过程中
3、轨道、铁鞋拆除
变压器拖运到位后，利用液压千斤顶同步顶升撤除运输铁鞋、轨道，千斤顶应设置在车板主梁部位，并垫入钢板分散车板受力，若千斤顶不能设置在车板主梁部位，必须在车板下千斤顶设置位置增设钢支墩。变压器运输轨道和铁鞋拆除后在变压器底部与车板之间垫入木板，油压千斤顶同步下降将变压器落在拖车上，即已完成装车，可进入下一步封车、运输。
四、效果与结论
上述方案创造性的使用了卷扬机系统的方式牵引装车；并巧妙的运用了配重块作为活动地锚，顺利解决了牵引系统定滑轮受力问题；在非常规牵引力作用下，灵活运用平衡滑轮，保证了变压器在被2台卷扬机牵引进行水平移动的全程受力均匀，确保了变压器防冲击监测数据完全满足规范要求，整个移动过程安全、平稳。该方案现已通过大岗山水电站4台套和长河坝水电站2台套变压器装车的实践证明，其方案的成熟运用为后续同类施工提供了成熟、宝贵的经验。
作者简介：
谢守斌（1981-）男，四川德阳人，工程师，长期从事水电站机电设备安装工作，原任水电七局大岗山机电安装项目经理部总工、副经理兼党支部副书记，现任水电七局机电安装分局工程科技部主任。