變壓器鐵芯多點接地故障判斷及處理方法

摘 要：文章介紹了變壓器鐵芯只能一點接地的原因，闡述了變壓器鐵芯多點接地故障的檢測方法及處理方法，并結合一起110kV變壓器鐵芯多點接地故障的處理過程，解決了實際問題，保證了設備的穩(wěn)定運行，提高了供電可靠性。

關鍵詞：變壓器鐵芯；多點接地；判斷處理

1 鐵芯只能一點接地的原因

變壓器正常運行時，高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對地產(chǎn)生一定的懸浮電位。當電位達到能夠擊穿絕緣時，鐵芯將對其他金屬構件放電，放電會使變壓器油分解，長期下去，將導致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，變壓器鐵芯應與變電站接地系統(tǒng)可靠連接，使鐵芯處于零電位。

當鐵芯存在多點接地后，接地點間就會形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流大小取決于故障點與正常接地點的相對位置，兩者相對位置越遠，環(huán)流越大，一般可達到幾安到幾十安。該電流會引起鐵芯局部過熱，導致變壓器油分解，產(chǎn)生可燃氣體，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，使變壓器不能繼續(xù)運行。因此，鐵芯只能一點接地。

2 鐵芯多點接地故障的檢測方法

2.1 色譜分析法

通常發(fā)生故障后，油中總烴含量超過《規(guī)程》規(guī)定的注意值（150ppm），其分組含量按乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）順序遞減?？偀N的產(chǎn)生速率超過《規(guī)程》規(guī)定的注意值（密封式為0.5ml/h）。因為乙烯是判斷鐵芯多點接地故障的主要特征氣體，所以乙烯的產(chǎn)生速率也呈急劇上升趨勢。

在色譜分析中，最常用的是三比值法。三比值法是利用五種特征氣體的三個比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），按一定的編碼規(guī)則將三個比值表示成三位數(shù)的一個編碼，利用這個編碼對應的狀態(tài)即可對故障進行判斷。其中有三個編碼組合與變壓器鐵芯故障有關，編碼是020、021、022，分別對應的故障是150℃至300℃低溫范圍的熱故障，300℃至700℃中等溫度范圍的熱故障，高于700℃的高溫范圍熱故障。應注意的是，只有特征氣體超過注意值，才能用三比值法判斷其故障性質，氣體含量正常時，三比值法沒有意義。

2.2 電氣法

變壓器正常運行時，鐵芯外引接地引下線上的電流很小，一般不超過0.1A。變壓器在運行中，可用鉗形電流表在變壓器鐵芯引下線上測量是否有電流，也可在引下線串入電流表。在用鉗形電流表測量時應該注意電磁場的干擾，為消除干擾，測量時可將鉗形電流表緊挨接地線并保持水平，讀出電流值，之后將接地線嵌入，再讀值，兩次電流值之差就是實際接地電流值。

變壓器停運后，為進一步核實鐵芯是否存在多點接地，應將鐵芯引出小套管的接地線打開，用2500V兆歐表測量鐵芯對地的絕緣電阻，由此來判斷故障是否存在。如果判斷出鐵芯為多點接地，還應該測量鐵芯對地電阻，用來進一步判斷接地故障是金屬性接地還是非金屬性接地，以便確定處理方案。

3 鐵芯多點接地故障的處理方法

對于暫不能退出運行的變壓器，可以在引下線串一個限流電阻，將接地電流限制在安全范圍0.1A以下。電阻的選擇原則，是將正常工作接地線打開測得電壓U除以0.1A，即R≥U/0.1，同時還應該選取適當?shù)碾娮韫β剩詽M足運行中電阻的發(fā)熱需要，如圖1所示。

能退出運行的變壓器，對于非金屬性接地，故障可判斷為鐵芯與軛鐵間的絕緣墊塊受潮或鐵芯表面附著油泥，一般對變壓器油進行微水分析可判斷絕緣墊塊是否受潮，如果受潮則進行干燥處理，油泥附著可用變壓器油進行沖刷。對金屬性接地，可采用電容放電沖擊法和大電流沖擊法處理故障。電容沖擊法是利用兆歐表對電容器進行充電，電容器再對鐵芯故障點放電的方法，原理如圖2所示。由于變壓器鐵芯底部絕緣墊塊較薄，故采用電容沖擊法的沖擊電流不宜過大，以免發(fā)生擊穿，一般采用單只高壓并聯(lián)電容器。大電流法是利用大電流通過時的高溫將鐵芯故障接地點燒斷來排除故障的方法。此種方法危險系數(shù)高，如果操作不當，將可能造成嚴重的后果，甚至可能會燒壞變壓器。

當鐵芯對地電阻恢復后，還應該承受交流1000V耐壓1min，之后再檢查其對地絕緣電阻。如果絕緣電阻合格方可認為接地點已消除。

4 一起110kV變壓器鐵芯多點接地故障的處理

某110kV變電所#1主變是由山東達馳變壓器廠2007年3月生產(chǎn)并于2007年10月投入運行，其型號為SFSZ7-20000/110，容量為20MVA的變壓器。此臺主變曾在2013年發(fā)生過鐵芯多點接地故障，故障為鐵芯疊片有一處翻翹，處理后各項試驗均合格并投運運行。2015年試驗人員按計劃對該變電所#1主變進行預防性試驗。表1是#1主變幾次油化驗色譜取樣數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)可以看出變壓器油各項指標均未達到注意值，分析結果均正常。但常規(guī)停電試驗發(fā)現(xiàn)鐵芯對地絕緣電阻不穩(wěn)定，分析是由于異物在電磁場作用下形成導電小橋造成的不穩(wěn)定接地故障，異物可能為金屬粉末等。

2015年10月27日，按照檢修計劃對#1主變進行吊罩檢查。從外觀上并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的接地痕跡，之后用2500V兆歐表檢查了穿芯螺栓對鐵芯及夾件的絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣良好。用2500V兆歐表檢查鐵芯對地絕緣，發(fā)現(xiàn)在鐵芯底部有短暫間歇放電聲，隨后放電聲消失，兆歐表顯示為零，出現(xiàn)了穩(wěn)定接地現(xiàn)象。

為了能確切找到接地點，現(xiàn)場決定采用直流法測試。在鐵軛兩側的硅鋼片上通入6V的直流電源，然后用直流電壓表依次測量各級硅鋼片間的電壓，當電壓等于零時，則可認為該處是故障連接點，如圖3所示。經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)第6片硅鋼片電壓為零，判斷故障接地點應在第6片硅鋼片上。由于鐵芯與下夾件之間空間狹小，經(jīng)多次處理并不理想。

對于這種情況，結合現(xiàn)場實際及兩種沖擊法的優(yōu)缺點，試驗人員決定采用電容沖擊法進行故障排除最為合適。首先用5000V兆歐表對一臺電容量為1.32μF的高壓并聯(lián)電容器充電，之后用電容器對變壓器鐵芯放電，聽見了鐵芯與下夾件之間有清脆的放電聲，再測鐵芯對地絕緣電阻為2000MΩ，同時對其他部位進行了詳細檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，故障消失，表明沖擊成功。蓋罩充油后，對直流電阻等各項指標進行試驗，均達到運行要求。投運后，對色譜進行跟蹤分析，未發(fā)現(xiàn)異常。

5 結束語

鐵芯接地故障已成為變壓器常見故障之一，平時應加強對變壓器鐵芯在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常及時進行判斷分析處理。通過此次事故處理可以得到兩點值得注意的問題：在實例中變壓器鐵芯發(fā)生不穩(wěn)定接地故障時，色譜分析并沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常，可能是由于故障點比較接近正常接地點，環(huán)流值很小，使色譜分析指標沒有達到注意值；在處理鐵芯多點接地故障過程中，應該慎重使用電焊機進行沖擊，電焊機電流大，故障點溫度升高很快，如果觸及時間稍長就會把故障點焊牢，再持續(xù)沖擊將有可能對鐵芯造成損害，為故障處理造成困難。

參考文獻

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[2]陳化鋼.電力設備預防性試驗方法及診斷技術[M].中國水利水電出版社，2009.

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