變壓器鐵芯多點接地故障原因分析及對策措施

陳建偉

【摘 要】本文結(jié)合筆者多年的實踐經(jīng)驗，介紹了變壓器正常運行時鐵芯一點接地的原因，分析了變壓器鐵芯多點接地故障的危害及產(chǎn)生原因，重點探討了變壓器鐵芯點接地故障的檢測工作，并結(jié)合實際處理案例提出了一些切實有效的診斷方法和處理措施，以供業(yè)界人士參考。

【關(guān) 鍵 詞】變壓器；鐵芯；接地故障；診斷方法

【中圖分類號】TM41【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0236-02

1 故障案例

本廠150000kVA聯(lián)絡(luò)變（三卷變壓器242/121/10.5kV）承擔(dān)著升壓站220kV與110kV兩系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)，位置在我廠的一次系統(tǒng)中相當(dāng)重要，曾經(jīng)進行過較大的升級改造（包括更換線圈和冷風(fēng)器），投運后的幾天內(nèi)，有聽到輕微的“嘭、嘭”聲，取絕緣油化驗，各項指標(biāo)逐漸上升。停電檢查，鐵芯對夾件間的絕緣電阻為零（解開鐵芯正常接地）。

還有某2×600MW電廠在2011年7月機組小修試驗過程中，檢測到1號主變鐵芯夾件對地絕緣電阻值大幅降低，用1000V絕緣表檢測為0，用萬用表檢測為47kΩ，同時檢查鐵芯對地、鐵芯對夾件間的絕緣電阻正常。經(jīng)多方查找分析，排除了檢測表計及變壓器外部接地原因，確定主變內(nèi)部鐵芯夾件存在多點接地現(xiàn)象。

2 變壓器正常運行時鐵芯接地的原因

鐵芯當(dāng)有2個以上單點接地發(fā)生時叫多點接地，正常變壓器出廠和運行是單點接地（由制造廠工藝引出），不允許不接地和2點以上接地。在變壓器正常運行時，帶電繞組及其引線與油箱外殼間構(gòu)成的電場分布不均勻，變壓器鐵芯及其金屬構(gòu)件處于不均勻的電場中，必然會產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而由于鐵芯各部位在這個電場中的位置不一樣，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大小也不一樣。當(dāng)鐵芯對地電壓或者鐵芯不同兩點之間的電壓差達到絕緣的擊穿電壓時，就會發(fā)生變壓器的內(nèi)部放電現(xiàn)象。斷續(xù)的放電會使變壓器油分解劣化，并逐步使固體絕緣損壞，導(dǎo)致變壓器損壞的事故發(fā)生。通常表現(xiàn)在：絕緣材質(zhì)性能退化、安裝工藝不合格包括螺栓把緊、安裝尺寸、檢查驗收不嚴謹，本廠案例便是如此、絕緣油水分含量較多、用才不過關(guān)（機械強度、絕緣強度）等或幾種重疊原因。

3 變壓器鐵芯多點接地故障的危害

（1）在變壓器鐵芯中產(chǎn)生渦流，鐵損增加，使鐵芯的接地引線過熱。

（2）較長時間的多點接地發(fā)熱或放電，會使油浸變壓器油質(zhì)劣化而產(chǎn)生可燃性氣體，使氣體繼電器動作。

（3）多點接地嚴重，又較長時間未處理時，變壓器連續(xù)運行將導(dǎo)致油及繞組也過熱，使油紙絕緣逐漸老化，會引起兩片鐵芯疊片間絕緣層老化而脫落，惡性循環(huán)，將引起更大的鐵芯過熱，最終將鐵芯燒毀。

（4）因鐵芯過熱使器身中木質(zhì)墊塊及夾件碳化。

（5）嚴重的多點接地會使接地線燒斷，使變壓器失去了正常的一點接地，當(dāng)接地故障點消失后，使鐵芯出現(xiàn)懸浮高電位引起放電現(xiàn)象。

4 變壓器鐵芯多點接地故障的原因分析

變壓器鐵芯及其夾件多點接地是變壓器一種故障類型，故障大多由以下原因引起。

（1）變壓器安裝完畢后，未將油箱頂蓋上運輸?shù)亩ㄎ讳N拆除或翻轉(zhuǎn)過來，構(gòu)成多點接地。

（2）變壓器側(cè)梁、上梁、墊腳絕緣周圍有金屬異物與油箱短接。

（3）夾件接地線連接不可靠，脫落后與油箱短接。

（4）鐵芯接地引出套管破裂，從箱蓋內(nèi)引出的接地線與箱蓋短接。

（5）變壓器箱蓋的定位螺栓與夾件的絕緣降低。

（6）由于鐵芯夾件肢板距芯柱太近，鐵芯疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點接地。

（7）鐵芯螺桿的襯套過長，與鐵芯疊片相碰，構(gòu)成了多個接地點。

（8）鐵芯下夾件墊腳與鐵芯間的絕緣紙板脫落或破損，使墊腳鐵芯處疊片相碰造成接地。

（9）具有潛油泵裝置的大中型變壓器，由于潛油泵軸承磨損，金屬粉末進入油箱中，這些金屬粉末在電磁場的作用下，形成導(dǎo)電小橋，使鐵芯與變壓器外殼短路接地。

（10）變壓器油箱蓋上的溫度計座套過長，與上夾件或鐵芯、旁柱邊沿相碰，構(gòu)成接地。

（11）夾件與鐵芯階梯間的木墊塊受潮或表面不清潔，附有較多的油泥，使其絕緣電阻值降低，構(gòu)成了多點接地。

（12）鐵芯壓板夾件的穿心螺栓位置的絕緣套工藝尺寸不準(zhǔn)（通常是較大時），穿心螺栓上緊時受擠壓破裂，運行振動后穿心螺桿碰到壓板或鐵芯（本廠案例）。

5 變壓器鐵芯多點接地故障的查找及處理方法

5.1 變壓器停運徹底檢修

運行中發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯多點接地故障后，鑒于變壓器在電力系統(tǒng)中的重要性，為保證設(shè)備的安全，應(yīng)將變壓器停電，進行吊芯檢查和處理，并根據(jù)變壓器多點接地類型及原因，采取相應(yīng)的檢修措施及時徹底消除故障。但在某些情況下，如將變壓器排油吊芯后仍找不到故障點，現(xiàn)場可采用如下方法查找。

5.2 變壓器停運臨時處理

在實際運行中，由于變壓器安裝現(xiàn)場空氣潮濕，變壓器身在空氣中暴露時間不宜太長，以及受變壓器本身裝配形式的制約，現(xiàn)場很多情況下無法及時找到其確切接地點。或有時變壓器上不允許停電解體檢修，對于鐵銹、焊渣、金屬粉末、油泥沉積等造成的多點接地故障，可試用電容直流電壓法和電焊機交流電流法處理。

5.3 變壓器不停運臨時處理方法

對于系統(tǒng)暫不允許停電檢查的變壓器，可采用以下方法臨時處理。

（1）當(dāng)變壓器鐵芯、夾件有單獨外引接地線時，如果接地故障電流較大且接地電流變化不大，可臨時打開接地線運行。但必須加強檢測鐵芯、夾件的電壓，以防鐵芯內(nèi)部接地故障點消失后使鐵芯出現(xiàn)懸浮高電位。

（2）如果多點接地故障點不穩(wěn)定，可在鐵芯工作接地回路中串入一個滑線電阻作為臨時應(yīng)急措施，將接地電流限制在0.1A以下，防止故障進一步惡化。滑線電阻的選擇，是將正常工作接地線打開時測得的電壓除以地線上的電流。注意所串電阻不宜太大，以保護鐵芯基本處于地電位，也不宜太小，太小起不到限流作用，同時還需注意所串電阻的熱容量，以防電阻燒壞后造成鐵芯開路。

6 實際處理過程

某電廠1號主變于2007年9月投產(chǎn)運行，額定容量720000kVA。為了正確檢測出運行中的變壓器鐵芯及夾件的接地電流，變壓器分別單獨設(shè)置一條鐵芯接地引出線和鐵芯夾件接地引出線。在小修中檢測到1號主變鐵芯夾件對地絕緣大幅降低后，專業(yè)維修人員隨即取變壓器油樣做色譜分析，并與以往變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)對比，檢查各項氣體含量沒有明顯增長趨勢，且總烴含量均沒有超過規(guī)定的注意值，其中乙烯、甲烷含量低或不出現(xiàn)，見表1。

1號主變鐵芯、夾件接地電流因檢測用電流表計損壞沒有檢測數(shù)據(jù)，在檢查1號主變本次小修電氣試驗數(shù)據(jù)與以往試驗數(shù)據(jù)對比沒有明顯變化后，初步判斷為變壓器鐵芯夾件多點接地，且接地故障的時間應(yīng)該不長，很有可能是主變油泵在停運后，變壓器內(nèi)部的鐵銹、焊渣、金屬粉末等懸浮雜物或油泥沉積造成的夾件多點接地。試開啟變壓器油泵將變壓器鐵芯、繞組沖洗一段時間后，變壓器鐵芯夾件的絕緣電阻仍維持原來數(shù)值，沒有發(fā)生任何變化，需另想辦法處理。

考慮到機組小修即將結(jié)束，變壓器需馬上投入運行，已不允許再花費大量時間對變壓器排油吊芯，進行內(nèi)部檢查。經(jīng)參考變壓器廠家技術(shù)人員意見及其他單位處理變壓器鐵芯接地的成功經(jīng)驗，專業(yè)人員研究決定暫不對變壓器排油吊芯檢查，先采用電容直流電壓放電沖擊法或電焊機交流電流法進行處理，在處理無效的情況下再考慮采取下一步處理措施。

因電氣實驗室有現(xiàn)成的電容器等設(shè)備儀器，同時考慮電焊機笨重不好搬運，且電流大小、通電時間不好控制，大電流比較容易損壞鐵芯夾件的絕緣等原因，首先采用電容直流電壓放電沖擊法。

（1）儀器、材料準(zhǔn)備：3000V、108μf、150kvar電容器1臺；共立3122電動兆歐表、FLUK1550B電動兆歐表各一個；FLUK萬用表一個；雙投刀閘1個；10Ω、14A滑線電阻1個；高壓絕緣導(dǎo)線若干條。

（2）電容直流電壓放電沖擊接線圖（如圖1）：

（3）實際沖擊操作步驟；

在準(zhǔn)備好相關(guān)設(shè)備材料后，按圖1接線完畢，調(diào)整好可調(diào)節(jié)電阻阻值后，將刀閘打到絕緣表一側(cè)，按下絕緣表測試按鈕對電容充電，待電容充電到試驗電壓后，將刀閘打到變壓器鐵芯夾件接地引出線一側(cè)，對鐵芯夾件放電沖擊，聽到“啪”一聲響后，拉開刀閘，測量變壓器鐵芯夾件對地絕緣電阻。

分中試驗數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)電容沖擊電壓較低時，鐵芯夾件絕緣電阻上升較慢，將沖擊電壓升高至3000V后，鐵芯夾件絕緣電阻值馬上提高，效果明顯。同時沖擊過程中鐵芯夾件的絕緣電阻并不是直線規(guī)律的提高，其中絕緣電阻值在幾次沖擊過程中有反復(fù)，說明沖擊過程并沒有使懸浮雜物完全斷開，還有重新搭接起來的可能。所以在對變壓器進行電容放電沖擊后，變壓器投運前的這三天時間里，專業(yè)人員每天測量一次鐵芯夾件絕緣電阻，電阻值基本維持在22MΩ左右，沒有出現(xiàn)懸浮雜物重新搭接的現(xiàn)象。并再次取變壓器油樣進行色譜分析，檢查各項氣體含量沒有明顯增長趨勢，說明沖擊效果良好，沒有對變壓器造成損害。

7 存在的問題及建議

（1）當(dāng)運行中的變壓器鐵芯或夾件出現(xiàn)多點接地故障時，要進行綜合測定和全面分析檢查后，再視現(xiàn)場具體情況選擇處理方案，切不可盲目進行放電沖擊或電焊燒除，以免造成變壓器絕緣損壞，使故障擴大。

（2）建議在變壓器鐵芯及夾件接地線上裝設(shè)電流表，并加強巡視，便于及時發(fā)現(xiàn)接地故障。特別是在放電沖擊法消除接地故障后，更需加強監(jiān)視，防止再次形成故障。

（3）每次變壓器吊芯大修時，需要清潔油箱底部的油泥、鐵銹等雜物，并用油對鐵芯進行一次全面沖洗。

（4）加強變壓器潛油泵的檢修維護，防止由于軸承的磨損或金屬的剝落，引起變壓器鐵芯多點接地故障。

8 結(jié)束語

變壓器鐵芯多點接地是變壓器不算常見的一種故障，但對變壓器的安全運行具有很大的威脅。因此，技術(shù)人員應(yīng)提高對鐵芯多點接地故障的認識，通過分析故障產(chǎn)生的原因，制定出合理的、科學(xué)的診斷方法及處理措施，最大限度減少設(shè)備停電時間和降低處理成本。同時大型變壓器是電力系統(tǒng)的重要裝置，所以筆者建議在變壓器發(fā)生故障時，應(yīng)及時停止運行，并將變壓器吊芯作詳細檢查徹底處理，以達到避免損壞設(shè)備、減少經(jīng)濟損失的目的。

參考文獻

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