變壓器鐵芯多點(diǎn)接地情況及影響分析

汪晟達(dá)， 徐志剛

（國網(wǎng)無錫供電公司， 江蘇 無錫 214000）

1 變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)與接地形式

目前，電網(wǎng)中運(yùn)行的變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)以三相五柱式為主，包括部分三相三柱式。鐵芯一般由硅鋼片疊加而成，其接地一般由夾件上引出接地線（片）到外殼上形成。本文主要介紹一些常見的變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)，并對多點(diǎn)接地的原因進(jìn)行分析，對危害進(jìn)行介紹。

一般的變壓器鐵芯由鐵芯疊片、絕緣件和鐵芯結(jié)部件等三個部件構(gòu)成。鐵芯疊片一般采用電工磁性鋼帶疊加或卷繞而成，而鐵芯結(jié)部件主要包括夾件、墊腳、撐板、拉帶、拉螺桿和壓釘?shù)?。鐵芯結(jié)部件能夠保障鐵芯疊片的緊固，使鐵芯滿足變壓器在正常運(yùn)行和故障條件下的機(jī)械強(qiáng)度要求。鐵芯疊片和各附件之間均覆蓋有絕緣件，此舉可避免鐵芯內(nèi)部形成環(huán)流和渦流，消除相互干擾，保證變壓器在強(qiáng)電磁環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

在正常運(yùn)行過程中，交變磁場存在于各繞組周圍，繞組之間、鐵芯與繞組之間都會存在電磁感應(yīng)，從而產(chǎn)生寄生電容，使鐵芯產(chǎn)生一個對地的懸浮電位。當(dāng)懸浮電位達(dá)到一定數(shù)值時便會擊穿鐵芯與油箱之間的絕緣，產(chǎn)生間斷性的火花放電，長此以往變壓器油的絕緣性能和內(nèi)部的固態(tài)絕緣均會受到影響，同時也難以確認(rèn)變壓器在試驗和運(yùn)行中的狀態(tài)是否正常。為了消除該現(xiàn)象，一般通過把變壓器鐵芯與外殼可靠連接而與外殼等電位。

如若鐵芯存在兩個及以上的接地點(diǎn)，則由這些接地點(diǎn)構(gòu)成的回路在交變磁通作用下形成感應(yīng)環(huán)流，這些環(huán)流因接地點(diǎn)的增加而增加，這將導(dǎo)致變壓器的空載損耗增大，鐵芯升溫。當(dāng)環(huán)流足夠大時，產(chǎn)生的高溫極有可能燒毀接地引線，從而影響變壓器正常運(yùn)行；所以，變壓器應(yīng)該有且僅有一點(diǎn)接地。在接地時，要注意首先是接地連接要可靠，而且在整個變壓器全壽命周期都要保證其可靠性；其次，不得形成接地環(huán)路，否則環(huán)路電流將導(dǎo)致空載損耗增加，甚至發(fā)生鐵芯局部過熱而影響變壓器正常運(yùn)行。

鐵芯在一點(diǎn)接地時，如存在其他接地點(diǎn)時，類似于通過接地片而短接鐵芯片一樣，使得短接回路中有感應(yīng)環(huán)流。如圖1所示，如夾件與旁螺桿均有接地點(diǎn)時即會形成環(huán)流，環(huán)流回路數(shù)量與接地點(diǎn)數(shù)量形成正比，當(dāng)然也與其余接地點(diǎn)的位置有關(guān)系。

圖1 鐵芯多點(diǎn)接地時形成的回路

2 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障產(chǎn)生的原因

鐵芯多點(diǎn)接地的原因多種多樣，如安裝不善使鐵芯接觸外殼或者夾件、穿心螺栓座套過長與硅鋼片短接、鐵芯損傷導(dǎo)致硅鋼片間高阻、潛油泵軸承磨損產(chǎn)生的金屬粉末造成箱底與鐵芯多點(diǎn)接觸等，如下頁表1所示。

表1 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因

3 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地時的環(huán)流及危害

變壓器多點(diǎn)接地時，其鐵芯內(nèi)部會產(chǎn)生環(huán)流，并對鐵芯、絕緣和變壓器油產(chǎn)生不利影響，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。

3.1 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地時的環(huán)流

通常內(nèi)部絕緣缺陷和外物入侵會導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地故障，其后果是鐵芯除原接地點(diǎn)外又產(chǎn)生了新的接地，新的接地點(diǎn)所在硅鋼片的位置則決定了回路交鏈磁通的大小。鐵芯多點(diǎn)接地的情況很多，形成的等效磁通交鏈回路大小也大相徑庭。簡單來說，一臺220 kV的變壓器，高壓側(cè)繞組匝數(shù)為650匝，則每匝產(chǎn)生195.41 V的感應(yīng)電動勢，假設(shè)鐵芯發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，產(chǎn)生的導(dǎo)電回路交鏈的磁通為正常線圈的一半，則可估算出導(dǎo)電回路感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢為97.705 V，假設(shè)硅鋼片絕緣膜構(gòu)成的回路電阻為100 Ω，則產(chǎn)生的環(huán)流為0.977 A，遠(yuǎn)大于0.1 A的注意值。過大的電流在鐵芯中產(chǎn)生較大熱量，進(jìn)一步破壞絕緣，導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生。

3.2 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的危害

鐵芯如果發(fā)生多點(diǎn)接地，芯體會發(fā)熱，更嚴(yán)重的情況下可能會燒壞。另外，局部過熱會造成絕緣油分解產(chǎn)生氣體，降低變壓器油的絕緣性能，產(chǎn)生的分解氣體可能會促使氣體繼電保護(hù)器發(fā)生動作。根據(jù)國網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GWB 168—2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗規(guī)程》，有關(guān)變壓器鐵芯類缺陷的分級如表2所示。

表2 變壓器鐵芯故障或缺陷的分類

4 結(jié)論

綜上所述，得到以下結(jié)論：

一是變壓器鐵芯多點(diǎn)接地后，將導(dǎo)致放電或內(nèi)部過熱，這將導(dǎo)致相應(yīng)的特征氣體產(chǎn)生，從而影響變壓器正常運(yùn)行；當(dāng)電流過大時，有可能造成接地線燒毀。

二是變壓器在正常工作時接地電流很小，出現(xiàn)接地故障時接地環(huán)流與接地故障的位置、導(dǎo)電性質(zhì)以及是否可靠接地等有關(guān)。

三是變壓器鐵芯因多點(diǎn)接地而出現(xiàn)的過熱或放電與故障之間的對應(yīng)關(guān)系還需要進(jìn)一步深入分析，并結(jié)合油色譜化驗與鐵芯接地電流在線監(jiān)測等手段綜合研判[1-2]。