一起變壓器鐵心多點接地故障分析

林翠婷

（廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000）

0 前言

電力變壓器安全穩定運行對保證電網安全可靠至關重要。變壓器繞組及鐵心是傳遞及變換電磁能的主要部件，也是造成變壓器故障及重大缺陷的部件之一。據統計，因變壓器鐵心問題造成的變壓器故障排其第三位[1]。變壓器正常運行時鐵心要求單點接地，當出現多點接地時，則接地點之間構成閉合回路，在鐵心內部磁通交鏈下形成環流。該環流會引起局部過熱，導致變壓器油分解劣化，特征氣體含量超標，嚴重時會損壞鐵心，導致變壓器不能正常運行[2-5]。因此，開展鐵心多點接地故障檢測技術研究具有重要的工程意義。

電力變壓器鐵心多點接地故障的診斷方法包括：吊罩查找故障點法、紅外法、電氣法（主要指測試絕緣電阻、鐵心接地電流等）、油中溶解氣體氣相色譜分析法等[1,4-7]。吊罩檢查是最為直接有效的方法，但對于大容量高電壓等級的變壓器而言不具有頻繁實施的條件。紅外法是利用變壓器多點接地故障的熱效應通過變壓器溫度分布進行故障檢測[8]。由于紅外線穿透能力較弱，不能穿透外殼和絕緣材料，所以在鐵心接地故障檢測中未能實際使用。目前常見的電氣法是直接用鉗形電流表在鐵心接地引線上測量變壓器鐵心接地電流，接地電流突然異常增大可以作為鐵心多點接地的判據[9]。這種方法可以用于帶電檢測，投資小，缺點在于檢測的時效性較差。絕緣電阻檢測是通過測量鐵心對地電阻進行多點接地故障判斷，測量時需要斷開鐵心的正常接地線，只能在變壓器大修時進行[10-11]。此外，行波法和高頻法在實際中也有應用。行波法通過對鐵心中注入的方波信號的折反射畸變推斷多點接地位置，系統較為復雜[12]；高頻法則通過一二次繞組中的高頻信號關系推斷鐵心阻抗和多點接地情況[13]。最后，變壓器油中溶解氣體的氣相色譜分析是目前最常用最成熟的鐵心多點接地技術，應用最為廣泛[14]。

本文將基于油中溶解氣體特征判斷鐵心多點接地故障的檢測方法用于實際變壓器故障診斷。對一臺220 kV變壓器油中溶解氣體進行了跟蹤分析，提出了鐵心多點接地導致過熱的判斷依據，進而通過吊罩檢查說明所應用方法的可行性，并最終通過針對性治理提高變壓器運行可靠性。

1 油中溶解氣體的鐵心多點故障檢測

油中溶解氣體組分與變壓器內部潛伏性故障的能量直接相關，油中溶解氣體分析可用于變壓器內部潛伏性故障的檢測。在利用油中溶解氣體組分的比例關系進行變壓器故障診斷時，常將以過熱故障，放電故障和受潮進行故障分類。過熱故障又分為低溫過熱（低于300℃）、高溫過熱（高于700℃）和介于兩者之間的中溫過熱三種。其中鐵心多點接地時，由于鐵心中流過很大的換流，局部過熱溫度可能很高，屬于高溫過熱故障，其特征氣體為C2H4，其次為CH4，嚴重過熱時，也會產生微量C2H2，其最大含量不超過總烴的6%。當故障涉及到固體絕緣時，會產生CO或CO2。

南方電網公司檢修試驗規程《Q/CSG1206007-2017》規定了油中溶解氣體的濃度注意值和產氣速率注意值，兩者均超過注意值時可以判斷發生了變壓器內部故障。由于不同故障所對應的油中氣體含量和組分不同，可以根據氣體含量的比例進行故障類型判斷，IEC推薦使用三比值法進行判斷。三比值即C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H2/C2H6。三 比 值 法 根 據 氣體含量計算編碼組，然后查表即可確定故障類型。IEC三比值法的編碼規則如表1所示。高于700℃的高溫過熱故障所對應的編碼為0,2,2。

2 鐵心多點接地故障實例

220 kV某變電站#2主變型號為SFSZ7-180000/220，額定容量180000kVA，色譜預試中，發現該主變油樣中的總烴含量達到180.33μL/L，超過規程規定注意值。對該情況進行說明及分析，為采取下一步措施提供參考依據。

表1 IEC三比值法編碼規則表

2.1 變壓器試驗及分析

2.1.1 油色譜測試情況及分析

變壓器油色譜試驗總烴與該變壓負荷關系如圖1所示。從油色譜數據及其與負荷關系圖看有以下分析結論：

1）近年來主變油樣中CH4+C2H4占總烴比例數值一直穩定在90%，表明#2主變壓器長期處于該運行狀態，運行狀態相對穩定；

2）該主變油樣一個月以來總烴含量的相對產氣速率為27.8%，大于判斷導則中10%的注意值，可判斷主變內部存有異常；

3）油樣中CH4+C2H4占總烴比例達到90%，C2H4占主導，且總烴含量的增長與該主變負荷成正相關性，經綜合分析，判斷變壓器內部存在過熱情況。符合高溫過熱缺陷氣體特征。按照三比值法編碼規則對近5次的主變油樣色譜測試結果進行編碼，得出的結果均為“0,2,2”，對應的故障類型為高于700℃的高溫過熱。同時由于CO含量明顯偏高，該過熱故障可能涉及到絕緣紙。

圖1 #2主變總烴與負荷關系

2.1.2 電氣試驗情況及分析

為更進一步判斷該主變缺陷情況，對該主變進行了停電后的電氣試驗。斷開該主變鐵心引出接地線，用兆歐表測量該主變鐵心接地套管對地絕緣電阻。該主變鐵心對地絕緣電阻為0，表明該主變內部可能存在鐵心多點接地故障。測量該主變高、中、低側繞組直流電阻，各組數據未超過相關規程的注意值，且各相之間與歷年數據無明顯偏差，結合色譜H2含量較低，可排除該主變故障部位在電氣回路的可能。

2.2 吊罩檢查驗證及處理

經分析認為油道絕緣間放電原因可能是由于鐵心內有雜質造成或有某部位碰接以及絕緣油的質量下降影響而導致鐵心多點短路造成的，該現象還會產生環流造成渦流發熱，而且會根據電流變化溫度也隨著增高發熱，這也是有該臺主變總烴超標的直接原因。

對高壓側中性點套管引線的焊接部位進行重焊接加固和包扎處理，避免其由于焊接不良而導致的變壓器發熱問題。對油道進行取消軟連接用鋼條進行固定連接，這樣使其形成一個整體鐵芯，并不會影響鐵心容量及散熱效果，之后對器身及鐵心表面進行清潔并用熱油循環方法將器身及鐵心雜質進行過濾、干燥等措施。經處理，對鐵心進行絕緣電阻試驗，鐵心對地絕緣電阻大于10MΩ。后期跟蹤該主變油色譜情況無異常，主變運行狀部良好。

3 結束語

本文應用油中溶解氣體分析法成功診斷了一起220 kV在運變壓器鐵心多地接地故障，通過分析故障原因采取了針對性治理措施，提高了變壓器運行可靠性。得到的主要結論包括：

1）基于油中溶解氣體分析的變壓器鐵心多點接地故障檢測方法具有很強的可行性；

2）鐵心多點接地故障的原因較多，通過過熱故障判定故障后可以通過吊罩檢查和處理排除潛在隱患。