變壓器鐵心質量及局部過熱故障分析處理

賈浩

摘 要：介紹了變壓器鐵心的作用以及鐵心制造質量控制，分析鐵心局部過熱原理及故障產生原因，判斷局部過熱的常用方法。

關鍵詞：變壓器；鐵心；局部過熱；多點接地

變壓器工作原理是電磁感應原理。鐵心是變壓器的基本部件，是變壓器的磁路和安裝骨架。它把一次電路的電能轉為磁能，同時將磁能轉變為二次電路的電能，是能量轉換的媒介。鐵心質量的優劣，直接關系到變壓器的安全運行。

1 鐵心材料與質量檢查

1.1 鐵心材料

在變壓器中，鐵心材料作為一種媒介材料扮演了一個重要角色，它的特性在很大程度上決定了變壓器本體性能的優劣。電工硅鋼片由于其鐵損低、性能優良、飽和磁密較高等特點，被廣泛用于制造變壓器鐵心。

1.2 鐵心質量檢查

（1）鐵心制作過程中及整理完成后所要進行的最基本的質量檢查項目就是外觀檢查。主要檢查鐵心片表面絕緣膜有無損傷，絕緣良好，鐵心及零部件的表面清潔度，鐵心緊固件緊固可靠，鐵心及金屬件表面涂裝質量符合標準要求。（2）檢查鐵心的絕緣電阻。包括鐵心對地電阻、鐵心層間電阻必須滿足要求值。防止鐵心多點接地，造成變壓器故障，影響電網安全運行。（3）檢查鐵心的重要尺寸。鐵心直徑尺寸以及心柱垂直度要在直徑允許偏差范圍內，防止影響變壓器線圈套裝。

2 鐵心局部過熱原理及原因分析

2.1 局部過熱原理

變壓器正常運行時，帶電的線圈繞組、引線周圍均存在電場，鐵心和夾件等金屬結構件處于該電場中，由于所處位置不同，所具有的電位也各不相同。當鐵心兩點或兩點以上接地時，則在接地點間形成閉合回路，并與鐵心內的交變磁通相交鏈而產生感應電壓，該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結構件形成的回路中產生數十安的電流或環流，由此引起局部過熱，導致油分解并產生烴類氣體，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵心，導致鐵心電位懸浮，產生放電。這就是變壓器鐵心設計和制造過程中，必須采用單點接地方式的原因。

2.2 局部過熱原因分析

變壓器鐵心局部過熱故障原因，總結有如下幾點：

（1）大型電力變壓器鐵心的最外級鐵心片沒有開槽或開槽的長度不夠或開槽數少，輻向漏磁場在末級鐵心片感應的渦流大，使對應繞組上、下端的末級鐵心片產生局部過熱現象。該過熱故障不僅與鐵心片結構尺寸有關，還取決于流向鐵心一側的輻向漏磁通。因此，設計產品時，調整或優化繞組線匝分布，減小流向鐵心一側和流向油箱側的輻向漏磁通，進而避免這些結構件產生局部過熱。（2）鐵心發生多點接地，在鐵心中產生環流，引起鐵心局部過熱。鐵心多點接地有以下幾種常見類型：①鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞，或箱底沉積油泥及水分，使絕緣電阻降低，引起鐵心多點接地。②強迫油循環方式變壓器的潛油泵軸承磨損產生的金屬粉末或制造過程中的金屬焊渣及其它金屬異物進入油箱并堆積在油箱底部，在電磁力和其它外力的作用下形成橋路，使下鐵軛的下表面與墊腳或箱底短路，造成多點接地。③鐵心疊片邊緣有尖角毛刺、翹邊或不整齊，安裝時疏忽導致鐵心與相鄰夾件之間短路，形成的環流引起的局部過熱。④變壓器運輸過程中，沖撞、振動使部分鐵心疊片移位或竄出，與鄰近結構件相碰而多點接地。由于長時震動，鐵心緊固件松動脫落掉在鐵心上，導致鐵心與相鄰金屬件接觸，引起局部過熱。

2.3 運行過程中鐵心局部過熱故障判斷方法

對鐵心產生局部過熱及多點接地故障有多種判定方法，實際處理中一般會綜合分析，下面介紹幾種常用的方法：

（1）絕緣電阻與入地電流的測量。變壓器鐵心多點接地的檢測主要是測量鐵心對地絕緣電阻和接地電流，在變壓器停用時，用絕緣電阻表測量鐵心對地絕緣電阻，正常阻值應大于200MΩ，若阻值太低則說明有異常；入地電流用鐵心接地電流監測儀或串聯電流表測量，正常時近為毫安級，當變壓器鐵心入地電流或環流為安培級時就需引起注意。（2）油色譜分析。在鐵心故障的判斷過程中，可同時結合變壓器油的色譜分析進行綜合判斷，這是一種較為成熟地判斷變壓器故障的方法。（3）特征氣體法。變壓器發生多點接地時，不僅由于正常負載的磁通在鐵心故障部位產生磁滯損耗和渦流損耗，同時兩接地點間的環流在鐵心故障部位產生有功損耗，在其共同作用下，鐵心過熱。導致油分解，產生烴類氣體。根據氣體成分及所占比例確認故障類型。一般鐵心多點接地故障情況下，乙烯（C2H4）占總烴的比例最高，達40%-60%，其次是甲烷（CH4）。【案例】：型號為QYJ-50000/220的高鐵變壓器運行時，2013年2月鐵芯接地電流突然增大，接地電流由0.02A猛增至6A，1h后接地電流恢復正常。2014年2月運行時出現輕瓦斯保護報警信號，查詢在線檢測系統發現鐵芯電流由原來的0.45mA突然增大至6664mA，1h后降為0.45mA。隨后對變壓器進行檢查，發現瓦斯繼電器內部有氣體，輕瓦斯動作。測鐵心對地絕緣電阻無異常，當天變壓器退出運行。變壓器本體油樣化驗，油中含23.59μL/L的乙炔，乙烯含量183.14μL/L，甲烷含量87.28μL/L，氫氣含量228.49μL/L，總烴含量為303.37μL/L。綜合以上數據，可初步確認為臨時鐵心多點接地導致的故障。（4）電氣試驗法。測量變壓器的空載損耗和空載電流并進行空載試驗前后的油色譜分析，是分析判斷變壓器鐵心或磁路中是否存在故障或缺陷的有效方法。

3 結論

變壓器鐵心產生局部過熱或多點接地故障，將直接影響到變壓器的安全運行，進而影響整個電力網絡的安全運行。因此，能夠對故障類型做出準確判斷，同時及時處理故障具有十分重要的意義。

[參考文獻]

[1]變壓器制造叢書編審委員會.變壓器鐵心制造工藝.北京：機械工業出版社，1998.