變壓器鐵心外部接地故障分析與處理

王曉康 吳志勇 王亞芳

（寧夏吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

變壓器在運行時或在進行高壓試驗中，鐵心及其金屬部件都處于強電場中的不同位置，使得鐵心和各金屬部件之間或對接地體產生電位差，在電位不同的金屬部件之間形成斷續的火花放電。為了避免上述情況，對鐵心及其金屬部件（除穿心螺桿外）都必須進行可靠地接地。如果變壓器鐵心出現多點接地情況，則每兩個接地點間通過鐵心自身和接地線路形成一個閉合回路，其中交鏈的磁通將在回路中感應出電流，使鐵心局部過熱，嚴重時會造成局部燒損，所以變壓器有且只有一個接地。同時，變壓器鐵心接地電流的大小是判斷變壓器運行狀況的重要依據。

1 變壓器鐵心接地電流

變壓器鐵心接地電流是由三相接地電流的迭加而組成的。單相接地電流與線圈絕緣厚度、絕緣紙厚、線圈與鐵心相對電容度密切相關。如果三相電壓相位完全對稱且各繞組間電容相等，則三相疊加后的接地電流理論上應該為零（如圖1所示），但變壓器在實際運行中，三相電壓相位不可能完全對稱、各繞組間電容也不可能完全相等，故變壓器鐵心接地線實際總會呈現出一定數值的接地電流。

圖1 鐵心一點接地單相等效電路圖

其中，CC-L、CL-M、CM-H分別是鐵心與低壓繞組、低壓與中壓繞組、中壓與高壓繞組之間的分布電容，UH、UM、UL分別是高、中、低壓繞組電壓，RM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜等效電阻、CM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜等效電容、RP是鐵心硅鋼片等效電阻。

2 實例分析

2.1 發現問題

在對變電站電氣設備隱患排查時發現某變電站2#變壓器鐵心接地電流經測量為870mA，而對同一所變電站相同容量的1#變壓器測得鐵心接地電流為0.6mA。根據《交流高壓電氣設備試驗規程》規定，鐵心及夾件接地電流不大于100mA。該設備是西門子變壓器廠2000年7月生產，型號為SZ9-40000/110，于2000年12月投入運行。

2.2 原因分析

變壓器鐵心接地電流大小是判斷變壓器故障的必要條件。首先考慮變壓器內部是否存在鐵心多點接地。查閱該變壓器例行試驗報告得知，用 5000V兆歐表測得鐵心絕緣為 50G，同時利用變壓器油色譜試驗報告（見表1）進行判斷。

表1 2#主變油色譜試驗報告

由于總烴含量較低，所以用四比值法對2012年油色譜試驗報告判斷得知：

不滿足判斷條件即可確定變壓器鐵心無多點接地故障。

結合以上兩種判斷得知，變壓器鐵心內部不存在多點接地。排除變壓器內部原因，繼續查找外部原因，變壓器外觀檢查時發現，變壓器鐵心接地套管處存在兩根接地線，如圖2所示。

圖2 2#主變壓器鐵心接地

圖3 模擬電磁感應實驗

根據電磁感應原理得知，處在交變磁場中的感應導體會在其兩端產生感應電動勢。此處變壓器外殼與鐵心多余接地線構成閉合回路，這樣閉合回路在變壓器附近的磁場中形成感應電流，與變壓器鐵心電流迭加，形成迭加后的鐵心接地電流。從而不能真實反映變壓器實際鐵心接地電流。為準確闡明變壓器鐵心外部閉合電路中感應電流存在性，現場對變壓器鐵心接地外部環流進行模擬實驗。變壓器鐵心外部接地實驗中，測量數據為1.0mA，證明變壓器鐵心外部接線環流的存在性，如果該閉合線圈足夠大或線圈匝數夠多，則感應電流會愈大，從而證實變壓器鐵心外部接地方式對鐵心電流的影響。

3 處理措施

將2#變壓器多余的鐵心接地線拆除后，投入運行測得該變壓器鐵心接地電流小于100mA，鐵心接地電流故障排除。針對以上出現的鐵心接地電流缺陷，為加強電氣設備安裝規范，保證電氣設備良好運行，結合實際工作中出現類似問題，制定以下三點防范措施：

1）接地片應有一定的強度和截面積，一般采用0.3mm×20mm、0.3mm×30mm 或 0.3mm×40mm的鍍鋅紫銅片制成。

2）接地片與變壓器箱體應加強絕緣，使二者不能相碰，并有一定得絕緣間隙。否則二者相碰將造成鐵心兩點或多點接地。

3）鐵心接地點一般應設置在低壓側。

4 結論

變壓器鐵心接地由于不規范導致鐵心電流偏大，具有代表性。利用模擬實驗和電磁感應原理分析缺陷原因，并結合相關工作經驗提出預防措施。為規范電氣設備安裝要求，加強電氣設備管理，消除變壓器鐵心接地缺陷，結合各個廠家變壓器的實際情況，提出了變壓器鐵心接地規范及措施，保證變壓器經濟可靠運行，為變壓器鐵心電流在線監測提供準確數據。

[1] 郭海清.變壓器檢修[M].北京:中國電力出版社, 2005.

[2] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京:中國電力出版社, 2002.

[3] 陳化鋼.電力設備事故處理手冊[M].北京:中國科學技術出版社, 2004.