變壓器鐵芯多點接地故障及其診斷

張庚

（河北省張家口市供電公司，河北 張家口 075000）

變壓器鐵芯多點接地故障及其診斷

張庚

（河北省張家口市供電公司，河北 張家口 075000）

目前，國內(nèi)制造的大中型變壓器，鐵芯大都經(jīng)一只套管引至變壓器箱體外接地。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，鐵芯問題造成的故障占變壓器類故障的第三位。正常運行的變壓器只能一點接地。變壓器大修或檢修試驗時，對其鐵芯接地引出線做絕緣電阻測試，看其絕緣電阻是否過低或為零可判斷是否為多點接地。準確、及時診斷變壓器鐵芯接地故障，對于系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行具有十分重大的意義。

變壓器；鐵芯；故障；診斷

一、變壓器鐵芯構(gòu)造及接地

在變壓器正常運行時，帶電的繞組及引線與油箱間構(gòu)成的電場為不均勻電場，鐵芯和其他金屬構(gòu)件就處于該電場中。當(dāng)鐵芯出現(xiàn)多點接地時，鐵芯在工作磁通周圍就會形成短路環(huán)，短路環(huán)在交變的磁場作用下，將有較大的短路電流流過鐵芯，造成鐵芯局部過熱。鐵芯的接地點越多，形成的環(huán)流回路就越多，環(huán)流也就越大，變壓器的溫升也就越高，鐵損也越大；同時，環(huán)流過熱還會燒熔局部硅鋼片，使相鄰硅鋼片間的絕緣漆膜燒壞。鐵芯過熱故障嚴重時，會因過熱或放電，在變壓器內(nèi)部產(chǎn)生大量的可燃性氣體，引起輕瓦斯發(fā)出信號，甚至引起重瓦斯動作，開關(guān)跳閘，變壓器退出運行。

國標規(guī)定，變壓器鐵芯和較大金屬零件均應(yīng)經(jīng)套管從油箱上部引出并可靠接地。內(nèi)部多采用鐵芯硅鋼片間放一銅片的方法接地。盡管每片之間有絕緣膜，仍然認為是整個鐵芯接地。從鐵芯兩端片可測得其電阻值，此電阻一般僅為幾歐到幾十歐姆，在高壓電場中可視為通路。通常變壓器為了確保鐵芯一點接地，其鐵芯的接地方式有如下幾種：（1）當(dāng)上下夾件間有拉桿而且不絕緣時，接地銅片直接連接到上夾件上，由上夾件經(jīng)螺桿接地；（2）當(dāng)上下夾件間絕緣時，在上下鐵軛的對稱位置上各插一接地銅片連接夾件，通過夾件經(jīng)鐵芯片至下夾件再接地；（3）上下夾件不絕緣時，接地銅片從下夾件經(jīng)地腳螺絲接地；（4）當(dāng)采用接地套管時，鐵芯經(jīng)接地片至上夾件與接地套管連接接地。

二、變壓器鐵芯多點接地原因分析

一般認為，較難準確計算出變壓器鐵芯在多點接地時接地線中電流的值，其大小取決于故障點相對于正常接地點的位置。當(dāng)運行中的變壓器鐵芯出現(xiàn)多點接地時，與閉合回路包含的磁通在回路中會感應(yīng)出一個電動勢，鐵芯的正常接地點中的電流必然會增加。

當(dāng)感應(yīng)電動勢較大而鐵芯電阻又較小的情況下，鐵芯正常接地線中通過的電流可以達到幾十安培。該電流會引起局部過熱，產(chǎn)生可燃性氣體，還可能燒斷接地片，使鐵芯產(chǎn)生懸浮電位，進而導(dǎo)致產(chǎn)生局部放電，燒損鐵芯硅鋼片。而一旦發(fā)生此類故障，修復(fù)時間將很長，修復(fù)費用又相當(dāng)昂貴。

三、變壓器鐵芯多點接地故障的檢測方法

鐵芯多點接地故障點往往發(fā)生在不易發(fā)現(xiàn)之處，給現(xiàn)場查找以及處理帶來一定的難度，必須結(jié)合現(xiàn)場實際情況，必要時采取多種措施相結(jié)合來查找故障：

1.帶電檢測法：運行中的電力變壓器，在變壓器鐵芯的接地引下線上用鉗形電流表測量引線是否有電流。按照規(guī)程規(guī)定：鐵芯接地電流的測量，在運行條件下測量流經(jīng)接地線的電流，大于100mA時，應(yīng)予注意。如果鐵芯多點接地環(huán)流很大時，則流經(jīng)鐵芯接地線的電流可能明顯增大，有時可達幾安甚至幾十安電流。使用鉗形表接地電流測量時，方法應(yīng)正確：鉗形表應(yīng)水平放置，使鐵芯接地引下線從鉗形表卡鉗中心位置穿過。若多次測量，測量數(shù)據(jù)時大時小、較不穩(wěn)定，可在變壓器鐵芯接地引下線上并聯(lián)可靠短路線，并串入測量交流電流表后，再打開固定的接地引下線，直接測量其接地電流值。該方法的優(yōu)勢在于是帶電測試，符合狀態(tài)檢修的要求和思路，減少了停電損失，且簡便、經(jīng)濟、直觀。

2.停電測試法：停電后對變壓器可能出現(xiàn)的鐵芯多點接地電氣測試的內(nèi)容和方法。斷開鐵芯接地線，然后使用2500V或5000V搖表對鐵芯進行絕緣電阻測試。用搖表測鐵芯絕緣，如果絕緣電阻值很低，則基本可以判定鐵芯為兩點及以上接地。

3.氣相色譜分析法：通過油務(wù)試驗結(jié)果進行分析，用IEC三比值法，其特征氣體的比值編碼一般為0、2、2，同時伴有總烴含量迅速增加的現(xiàn)象。此方法由于可以帶電進行，一旦發(fā)現(xiàn)問題，可以及時縮短、調(diào)整跟蹤周期，效果明顯。

四、變壓器鐵芯多點接地故障點的查找

1.直流法。將鐵芯與夾件的連接打開，在鐵軛兩側(cè)的硅鋼片上通入直流電，然后用萬用表依次測量各級鐵芯疊片間的電壓，當(dāng)電壓等于零時，則可基本判斷該處是故障接地點。

2.交流法。將變壓器低壓繞組接入交流電壓，將鐵芯和夾件的連接片打開，此時鐵芯產(chǎn)生交變磁通。如果存在多點接地故障，使用毫安表測量會出現(xiàn)電流。用毫安表沿鐵軛各級逐點測量，當(dāng)毫安表中電流為零時，則該處為故障點。

若上兩種方法，仍查不出故障點，再檢查墊在鐵芯下夾件與鐵軛間的木塊是否有受潮或者表面有污垢。認真清理污垢，進行充分的干燥處理，故障一般均可排除。同時，可以通過變壓器油的微水測量分析，判斷變壓器鐵芯是否存在受潮現(xiàn)象。

3.鐵芯加壓法。就是將鐵芯的正常接點斷開，用交流試驗裝置給鐵芯加壓，若故障點接觸不牢固，在升壓過程中會聽到明顯的放電聲，通過觀察放電聲或燒熔的煙氣即可迅速地查找到故障點位置。

五、發(fā)現(xiàn)鐵芯多點接地故障采取的措施

變壓器長時間運行，鐵芯可能會出現(xiàn)多點接地故障，產(chǎn)生這種故障的原因多數(shù)情況下是由于懸浮物形成導(dǎo)電小橋造成的，可以通過以下幾種方法進行處理：（1）通過正常接地點，對鐵芯施加交流電燒熔或直流電容器儲能后進行脈沖放電，燒除多余接地點。（2）在鐵芯和地之間接入萬用表，通過電阻的變化尋找，對可能接地點可用絕緣紙板橫掃，觀察萬用表指針變化，結(jié)合具體情況采取相應(yīng)措施。如果懷疑接地位置在箱體底部，可以使用油流沖洗油箱底部，恢復(fù)底部絕緣。（3）對于穩(wěn)定性多點接地通過測量找出確切的故障點后，如果確實無法處理，則可將鐵芯的正常工作接地片移至故障點相同的位置，也可打開正常的鐵芯接地點，這樣可以使環(huán)流減少到最小，但同時要配合加強油色譜采樣和分析。（4）對于負荷較重不能立即停電，同時存在多點接地的變壓器，可以選取大容量電阻串入鐵芯正常接地引下線，以降低環(huán)流。該方法也需要配合油色譜監(jiān)視、跟蹤。

六、變壓器鐵芯多點接地的處理實例

某變電站1#主變：SFSZ-31500/110，其鐵芯通過套管引出接地。2001年投運，交接和歷次例行試驗均正常，2007年11月3日取油樣色譜分析發(fā)現(xiàn)油中氣體有異常，測量鐵芯接地電流為4.3A，油樣跟蹤取樣數(shù)據(jù)見下表：

分析：（1）作為熱性故障的總烴含量遠遠超出150 ppm的注意值。（2）作為高溫過熱的特征氣體C2H4含量最高。（3）用三比值法為：0、2、2。（4）鐵芯接地電流較大。

通過以上分析，可以判定鐵芯存在多點接地故障。為了確定故障位置，停電進行全面電氣試驗，分別測量了繞組的介損、泄漏電流、絕緣電阻，其結(jié)果均正常。于是打開鐵芯引線，用兆歐表測量鐵芯對地絕緣電阻，結(jié)果為3MΩ。

處理：現(xiàn)場采用電容器充放電法進行沖擊放電，再次測量絕緣電阻為1900MΩ，送電運行。

2009年5月此臺變壓器又出現(xiàn)鐵芯多點接地現(xiàn)象，分析原因可能是由于變壓器油中存在雜質(zhì)，油純度較低，在電磁場作用下形成導(dǎo)電小橋所致。據(jù)此我們對此臺變壓器進行了大修，吊罩后果然發(fā)現(xiàn)大量的雜質(zhì)在變壓器底部，且變壓器油中有大量的游離碳，遂更換變壓器油，故障排除。

總之，隨著變壓器帶負荷長期運行、鐵軛間的木墊受潮、絕緣紙脫落等多種原因，使變壓器油含碳雜質(zhì)增多，絕緣受損，導(dǎo)致變壓器鐵芯多點接地故障的出現(xiàn)。應(yīng)按照狀態(tài)檢修規(guī)程的要求，依據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)，對變壓器進行有效的監(jiān)督：結(jié)合停電檢修的機會，對鐵芯絕緣電阻進行測試，如果發(fā)現(xiàn)絕緣很低或者與上次數(shù)據(jù)相比降低很多時，適當(dāng)縮短試驗周期。同時在變壓器運行中測量鐵芯接地線中電流的大小，判斷是否存在多點接地故障，實現(xiàn)對變壓器及此類大型設(shè)備的“可控、能控、在控”。

［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗技術(shù)問答［M］.北京：中國水利水電出版社，1998.

［2］閆永明.變壓器鐵芯多點接地故障的檢測與處理［J］.山西電力，2001，（1）.

TM

A

1673-0046（2010）11-0181-02

［*基金項目：《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》5.1.2.10國家電網(wǎng)公司企業(yè)標準Q/GDW 168-2008］