造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因及處理方法探討

何秉澤，陳子輝，朱文超，李顯榮

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局，廣東 江門(mén) 529000）

0 引 言

變壓器作為電力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一，其正常運(yùn)行對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都有著非常重要的影響。而鐵芯是變壓器的重要組成部分，其在變壓器內(nèi)部承擔(dān)著支撐和固定線圈的重要作用。然而，如果鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地，會(huì)嚴(yán)重危及變壓器的正常運(yùn)行，給電力系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。鐵芯多點(diǎn)接地可能會(huì)導(dǎo)致變壓器發(fā)生局部短路、過(guò)熱、火災(zāi)等故障，甚至可能會(huì)對(duì)變壓器及周邊設(shè)備造成不可逆的損害。因此，探討變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的故障原因和處理方法，對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因

1.1 油紙絕緣老化

油紙絕緣是變壓器中最常見(jiàn)的絕緣形式。在變壓器正常工作期間，油紙絕緣系統(tǒng)不斷受到電場(chǎng)、熱場(chǎng)、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)反應(yīng)和濕度等因素的影響，這些因素導(dǎo)致油紙絕緣老化。油紙絕緣老化是造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的主要原因之一，主要表現(xiàn)為紙層破裂、變壓器油中產(chǎn)生大量的沉淀物和有機(jī)酸等，使得油質(zhì)變差、擊穿電壓降低，從而引起鐵芯局部放電、電暈放電，導(dǎo)致鐵芯局部電勢(shì)升高，形成局部電場(chǎng)。當(dāng)局部電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)絕緣強(qiáng)度時(shí)，鐵芯表面就會(huì)出現(xiàn)放電擊穿，形成局部短路，最終導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地。變壓器鐵芯多點(diǎn)接地不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障，影響供電質(zhì)量，同時(shí)還會(huì)對(duì)人員和設(shè)備安全造成威脅。

1.2 絕緣油水分離

絕緣油是變壓器中常用的絕緣介質(zhì)，而絕緣油中會(huì)存在水分。如果變壓器密封不嚴(yán)或長(zhǎng)期運(yùn)行后，水分會(huì)逐漸分解油紙絕緣，加速絕緣老化。同時(shí)，如果變壓器運(yùn)行時(shí)溫度過(guò)高或過(guò)載，也會(huì)導(dǎo)致絕緣油中水分蒸發(fā)，從而引發(fā)油水分離現(xiàn)象[1]。油水分離后，變壓器內(nèi)部產(chǎn)生了空氣間隙，使得局部放電易于在鐵芯表面形成多點(diǎn)接地故障。因此，絕緣油水分離是造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的另一個(gè)主要原因。

1.3 過(guò)電壓沖擊

過(guò)電壓沖擊是造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的另一個(gè)重要原因。在電力系統(tǒng)中，可能會(huì)發(fā)生各種類型的過(guò)電壓，如雷電、電網(wǎng)短路等。這些過(guò)電壓會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高電壓沖擊，對(duì)變壓器絕緣系統(tǒng)造成損害。在高電壓作用下，絕緣介質(zhì)中的空氣或其他氣體會(huì)被電離，從而形成氣體放電。放電產(chǎn)生的等離子體會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫和高壓，對(duì)絕緣材料造成損害，從而導(dǎo)致絕緣老化和絕緣性能下降。當(dāng)絕緣老化嚴(yán)重時(shí)，就可能出現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地的情況，造成變壓器運(yùn)行不穩(wěn)定，甚至引發(fā)事故[2]。

1.4 空氣濕度過(guò)高

空氣濕度過(guò)高也是導(dǎo)致變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因之一。當(dāng)變壓器運(yùn)行在潮濕的環(huán)境中時(shí)，絕緣材料容易吸收水分，導(dǎo)致其電氣性能下降，從而增加了鐵芯的漏電流。同時(shí)，潮濕的環(huán)境也會(huì)促進(jìn)變壓器絕緣油的氧化，降低其絕緣能力，從而導(dǎo)致變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，潮濕的環(huán)境還會(huì)加速鐵芯的腐蝕，進(jìn)一步削弱絕緣性能。

1.5 雷電擊中

由于變壓器的特殊位置和體積，往往成為雷電攻擊的目標(biāo)。當(dāng)雷電電荷聚集到一定程度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)強(qiáng)度極高的電流放電，此時(shí)電流會(huì)通過(guò)變壓器的繞組和鐵芯。由于電流的瞬時(shí)高峰值和頻率，將會(huì)導(dǎo)致鐵芯的局部過(guò)載和損傷。同時(shí)，電弧的熱效應(yīng)也會(huì)使變壓器油中的氣體和濕度增加，加劇了油紙絕緣的老化與氧化，最終導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地問(wèn)題。

2 變壓器鐵芯常見(jiàn)的故障類型

2.1 鐵芯局部短路

鐵芯局部短路是變壓器鐵芯常見(jiàn)的一種故障類型，也被稱為鐵芯接地。該故障通常由鐵芯內(nèi)部的絕緣材料老化或受潮引起的局部電氣短路所導(dǎo)致。鐵芯局部短路的表現(xiàn)為鐵芯接地，會(huì)導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)漏電流增大、溫度升高等異常現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成變壓器絕緣層擊穿、起火等嚴(yán)重后果。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理鐵芯局部短路故障對(duì)于保障變壓器安全運(yùn)行至關(guān)重要[3]。處理方法包括更換受損的鐵芯部分或整個(gè)鐵芯，進(jìn)行絕緣處理等。同時(shí)，通過(guò)對(duì)變壓器的定期維護(hù)和檢測(cè)，可以有效預(yù)防鐵芯局部短路故障的發(fā)生。

2.2 鐵芯缺陷

變壓器鐵芯缺陷是指鐵芯表面或內(nèi)部存在缺陷，這些缺陷可能會(huì)導(dǎo)致鐵芯局部過(guò)熱和局部放電。常見(jiàn)的鐵芯缺陷有以下幾種：（1）鐵芯表面劃痕或凹槽，這些缺陷可能由鐵芯運(yùn)輸、安裝或維護(hù)引起，會(huì)在鐵芯表面形成局部熱點(diǎn)，導(dǎo)致局部放電和氧化，進(jìn)一步加劇鐵芯缺陷；（2）鐵芯表面銹蝕，鐵芯表面的銹蝕可能由于濕度、氧化或化學(xué)污染等引起，銹蝕可能會(huì)削弱鐵芯的磁導(dǎo)率和熱導(dǎo)率，并引起鐵芯局部熱點(diǎn)和局部放電；（3）鐵芯內(nèi)部有氣泡或雜質(zhì)，可能會(huì)在變壓器運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力和熱點(diǎn)，這些應(yīng)力和熱點(diǎn)可能會(huì)引起鐵芯局部短路或局部放電，從而導(dǎo)致鐵芯故障。

2.3 鐵芯過(guò)渡短路

變壓器鐵芯過(guò)渡短路是指在變壓器鐵芯中存在高磁通密度的位置，磁通密度過(guò)高時(shí)，鐵芯中會(huì)出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，此時(shí)鐵芯的磁阻急劇下降，從而引起鐵芯中的渦流過(guò)大，導(dǎo)致鐵芯溫度升高。長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)渡短路會(huì)導(dǎo)致鐵芯熱損傷、變形或燒毀，從而影響整個(gè)變壓器的正常運(yùn)行。過(guò)渡短路可能是鐵芯結(jié)構(gòu)缺陷、變壓器電路設(shè)計(jì)缺陷或者負(fù)載電流過(guò)大等多種因素造成的。為了避免過(guò)渡短路的發(fā)生，變壓器設(shè)計(jì)中需要考慮磁路的優(yōu)化，以盡量避免磁通密度過(guò)高和飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，對(duì)于運(yùn)行中的變壓器，也需要進(jìn)行定期的檢測(cè)和維護(hù)，以確保鐵芯中不存在過(guò)渡短路的情況，從而保證變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命。

2.4 鐵芯磁飽和

變壓器鐵芯磁飽和是變壓器運(yùn)行過(guò)程中常見(jiàn)的故障類型之一。當(dāng)變壓器中的磁通密度過(guò)大時(shí)，鐵芯磁路中的磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)接近飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，導(dǎo)致鐵芯磁阻突然減小，進(jìn)而造成鐵芯的鐵磁飽和。這會(huì)使得鐵芯產(chǎn)生劇烈的震動(dòng)和噪聲，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起變壓器溫升過(guò)高。鐵芯磁飽和的主要原因是過(guò)載運(yùn)行或突發(fā)的故障電流，如短路或接地故障。此外，變壓器中的諧波電流和母線電壓波動(dòng)等也可能會(huì)導(dǎo)致鐵芯磁飽和。

3 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的處理方法

3.1 更換絕緣油紙

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地是一種嚴(yán)重的故障，需要及時(shí)處理。其中，更換絕緣油紙是處理這種故障的常用方法。具體步驟包括：（1）測(cè)量絕緣電阻值，以確定絕緣的狀態(tài)，一般要求絕緣電阻值應(yīng)在1 mΩ 以上，如果不符合要求，則需要更換絕緣油紙；（2）拆卸變壓器外殼，將變壓器外殼拆卸下來(lái)，將繞組、油紙和鐵芯進(jìn)行清潔，確保更換絕緣油紙時(shí)表面干凈[4]；（3）更換絕緣油紙，將鐵芯上的絕緣油紙逐一拆卸下來(lái)，檢查鐵芯表面是否有損傷或腐蝕，如果有則需要進(jìn)行修復(fù)，然后用新的絕緣油紙覆蓋鐵芯表面，并使用壓力進(jìn)行壓實(shí)；（4）加注絕緣油，更換完絕緣油紙后，需要加注新的絕緣油，在加注之前，需要進(jìn)行篩選、干燥和過(guò)濾，確保絕緣油的純凈度；（5）檢測(cè)絕緣電阻值，更換絕緣油紙后，需要再次測(cè)量絕緣電阻值，確保絕緣性能符合要求；（6）組裝變壓器，完成絕緣油紙更換和絕緣油加注后，需要將變壓器組裝好，并進(jìn)行各項(xiàng)測(cè)試，確保安全可靠。

3.2 增加防雷措施

增加防雷措施是預(yù)防和處理變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的重要方法。雷電是造成變壓器絕緣損壞和鐵芯多點(diǎn)接地的主要原因之一，因此加強(qiáng)防雷措施可以有效減少雷電對(duì)變壓器的影響。一般來(lái)說(shuō)，防雷措施主要包括2 個(gè)方面，一方面是對(duì)變壓器本身進(jìn)行保護(hù)，另一方面是對(duì)變壓器周圍環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。

對(duì)于變壓器本身，可以采取如下措施：（1）安裝避雷針和避雷網(wǎng)，避雷針和避雷網(wǎng)可以將雷電引到地面上，避免對(duì)變壓器產(chǎn)生直接影響；（2）安裝過(guò)電壓保護(hù)器，過(guò)電壓保護(hù)器可以在過(guò)電壓時(shí)自動(dòng)切斷電路，避免過(guò)電壓對(duì)變壓器造成損害；（3）增加絕緣層，可以在變壓器絕緣層表面涂覆一層絕緣漆或絕緣涂料，增加絕緣強(qiáng)度，提高變壓器的耐雷電能力。

對(duì)于變壓器周圍環(huán)境，可以采取如下措施：（1）減少金屬材料的使用，在變壓器周圍盡量少使用金屬材料，降低變壓器受雷電影響的可能性；（2）加強(qiáng)接地，合理接地可以有效降低雷電對(duì)變壓器的影響；（3）安裝遮蔽物，可以在變壓器周圍安裝遮蔽物，如遮陽(yáng)篷、雨棚等，減少雷電直接打擊變壓器的可能性。

3.3 減少過(guò)電壓沖擊

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地是一種常見(jiàn)的故障，對(duì)電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)帶來(lái)重大影響。除了檢測(cè)鐵芯多點(diǎn)接地的方法，及時(shí)采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ㄒ卜浅ｊP(guān)鍵。其中，減少過(guò)電壓沖擊是一種有效的方法。在設(shè)計(jì)和操作變壓器時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置電氣保護(hù)裝置，防止外部過(guò)電壓對(duì)變壓器造成損害。此外，還可以加裝避雷針等雷電保護(hù)裝置，以保證變壓器安全可靠運(yùn)行。在使用變壓器時(shí)，還需要注意合理安裝和維護(hù)絕緣設(shè)備，及時(shí)更換老化的絕緣材料，保證絕緣設(shè)備的良好狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯出現(xiàn)多點(diǎn)接地的情況，則需要及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)并采取相應(yīng)的處理措施，避免故障范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)造成更嚴(yán)重的影響[5]。

3.4 降低空氣濕度

當(dāng)變壓器鐵芯存在多點(diǎn)接地時(shí)，降低空氣濕度也是一種常用的處理方法。空氣中濕度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致絕緣材料受潮、滲漏電流增大等問(wèn)題，加速了變壓器絕緣老化，從而增加了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的風(fēng)險(xiǎn)。因此，控制空氣濕度可以有效減少鐵芯多點(diǎn)接地的發(fā)生。在實(shí)際應(yīng)用中，一般會(huì)在變壓器周圍安裝除濕器、通風(fēng)裝置或者空氣干燥機(jī)，通過(guò)吸收或減少空氣中的濕氣，達(dá)到控制空氣濕度的目的。

另外，還可以采用保護(hù)繞組絕緣的方法來(lái)減少因空氣濕度過(guò)高而導(dǎo)致的鐵芯多點(diǎn)接地。例如，在繞組外部添加一層防潮絕緣層，可以減少外部潮氣對(duì)繞組絕緣的影響。同時(shí)，在繞組內(nèi)部也可以使用防潮材料對(duì)繞組進(jìn)行封裝，從而減少濕氣的滲透。這些措施可以有效減少鐵芯多點(diǎn)接地的發(fā)生，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。

4 結(jié) 論

在變壓器運(yùn)行中，鐵芯多點(diǎn)接地是常見(jiàn)故障，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的電力事故。本文詳細(xì)闡述了造成變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因、檢測(cè)方法以及處理方法，包括更換絕緣油紙、增加防雷措施、減少過(guò)電壓沖擊、降低空氣濕度等。這些方法可以有效預(yù)防和解決鐵芯多點(diǎn)接地故障，未來(lái)的研究方向需要更加關(guān)注新型絕緣材料的研發(fā)和應(yīng)用，提高變壓器的絕緣能力，從而進(jìn)一步減少鐵芯多點(diǎn)接地故障的發(fā)生。此外，智能監(jiān)測(cè)技術(shù)也是未來(lái)研究的重要方向，用以實(shí)現(xiàn)變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理鐵芯多點(diǎn)接地等故障。