變壓器外部金屬聯接件等位線過熱原因分析及處理

朱定鋒　歐麗君　夏秋　陰祖強　姚飛

摘? 要：電氣設備運行時的有效接地，保證設備的正常運行，并起到防止雷擊，避免設備漏電和感應電壓等的電擊，保證電力設備的運行安全等作用。該文首先介紹了電氣接地的概念，電力接地的類別、原則及作用。并結合特高壓變壓器試壓時外部金屬聯結件等位線過熱現象，從電場傳遞及磁場感應兩方面分析了過熱的原因，并提出解決方法，為變壓器外部等位線的設計制造提供借鑒。

關鍵詞：變壓器? 等位線? 電場傳遞? 磁場感應? 過熱

中圖分類號：TM407 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0037-02

電氣設備運行時的有效接地，保證設備的正常運行，并起到防止雷擊，避免設備漏電和感應電壓等的電擊，保證電力設備的運行安全等作用。

變壓器是電力系統中較重要的一種電力設備，在運行時需要保證可靠接地。在相關規定中，變壓器外殼需要接地，它是為了防止雷電沖擊擊穿變壓器絕緣，必須將變壓器高低壓側避雷器的接地線，變壓器外殼及低壓側中性點三點連一起后共同接地，這樣可以保障配電變壓器的安全運行，確保供電系統的連續性和可靠性。目前，部分電力變壓器產品，為了保證產品外部各金屬件可靠接地，在每一個接觸面都增加等位線。

1? 缺陷的發現

我國配電系統的接地方式已經使用IEC規定，其分類仍然是以配電系統和電氣設備的接地組合來分，一般分為TN、TT、IT系統等。

目前，在變壓器外部金屬聯接件的等位線設計上還不夠合理，部分變壓器外部金屬聯接件的等位線使用量過多，浪費成本，甚至引發了一些局部過熱、耗能增加的負面影響。以某變壓器為例，所有外部金屬聯接件彼此間采用35mm2絕緣軟電纜BVR作為等位線，僅一臺產品就使用了500多條，這種盲目的行為浪費了大量的成本。在產品試驗時，法蘭接地引線、法蘭局部出現過熱現象，等位線外部絕緣層熔化，如圖1所示。

目前，研究人員對變壓器內部鐵芯、夾件等出現的多點接地故障進行研究和分析，多點接地會造成變壓器局部過熱、油色譜分析異常。據統計，多點接地故障已占到變壓器總事故的30%以上，嚴重威脅著產品及系統的安全運行。

2? 故障原因分析

根據該次試驗時發現的缺陷，分析主要是因為等位線內部流過較大的電流，引起等位線過熱。該文主要分析外部金屬聯接件產生電位主要原因：電場傳遞和磁場傳遞。

2.1 電場傳遞

從電場傳遞過來的電位主要來自于套管、架空線等高電位帶電體通過電場向每個金屬聯接件傳遞，每個金屬聯接件可等效為一節點，金屬聯接件間通過法蘭采用螺栓固定，可以等效為一接觸電阻R和法蘭間電容C并聯的基本元件，多個金屬聯接件相互聯接可等效為一系列RC并聯基本元件的串聯組合，外部金屬聯接件電位的電場傳遞原理如圖2所示。由于高電位帶電體和外部金屬聯接件間具有一個數米長的安全空氣間隙，以致高電位帶電體與金屬聯接件間的容抗非常大。而金屬聯接件法蘭間的間隙僅數毫米且有聯接螺栓的接觸電阻并聯通路，以致兩金屬聯接件節點間的阻抗非常小。故外部金屬結構件即使處于浮置電極狀態，由電場感應過來的電位也非常小，可以忽略不計，若采用可靠接地方式，其容性電流也非常小，僅為毫安級以下水平。

2.2 磁場感應

變壓器運行時，內部一些未被屏蔽住的泄漏磁通及外部空間引線電流所產生的磁通，這些磁通穿過鋼鐵件，并在其中產生雜散損耗。在大容量變壓器的負載損耗中，雜散損耗可達負載損耗的30%，必須引起重視。

變壓器鐵芯或者夾件也需要單獨接地，否則會在鐵芯或夾件等金屬件因漏磁通而產生感應電位（寄生電位），同時在繞組與鐵芯、繞組與油箱、鐵芯與大地之間存在寄生電容。如果鐵芯或夾件沒有有效接地，則會使其產生懸浮電位，如果懸浮電位達到能夠擊穿兩者之間的絕緣時，則會產生放電，損壞絕緣，導致產品被破壞。因此需要將鐵芯和夾件分別接地，使鐵芯或夾件與大地之間的寄生電容被短接，鐵芯處于地電位。

同時，變壓器內部鐵芯、夾件等金屬件只允許一點接地，如果有兩點或多點接地，就會使鐵芯與油箱等形成閉合回路，產生環流，環流有時會高達數十安培，該電流會引起閉環內的金屬件發熱，當溫度過高時，會導致變壓器油分解，產生烴類氣體，影響變壓器安全運行。電流過大，還容易導致接地線因過熱熔斷，導致被接地部分懸浮，產生發電和擊穿。因此鐵芯、夾件只能一點接地。

從磁場感應過來的電位，主要來源于漏磁通在金屬結構件回路中產生的感應電動勢，原理如圖3所示，一般而言該感應電動勢僅數百毫伏。但若采用的外部金屬聯接件采用等位線全部聯成一整體時，由于回路內的阻抗非常小，容易產生一個非常大的感應電流，就會導致某些等位線或法蘭產生局部過熱，同時也引起了能耗的增加。

3? 解決方案

鑒于上述原因，變壓器外部金屬聯接件大量使用等位線進行聯接是多余的，且有負面作用。在變壓器出廠試驗時，也檢查外部等位線的溫度變化情況，發現局部過熱現象時，要對該位置的等位線進行處理。

以上兩種原因中，電磁感應原理產生的環流為過熱的主要原因，根據產生環流的原理，我們要盡量減少阻抗值較小的回路，即取消金屬件之間多余的等位線，將外部金屬件按順序一點連接，避免直接將等位線與金屬件連接成一個閉合回路。

4? 結語

在產品設計時，特別是大容量、特高壓等重點產品，盡量保證變壓器外部等位線一點接地，減小環流，避免過熱及能耗的增加，使變壓器產品更加節能高效。

參考文獻

[1] 張全元.變電運行現場技術問答[M].北京：中國電力出版社，2013.

[2] 劉德祥，白秋杰，段明慧.淺談電力變壓器鐵芯多點接地過熱危害分析與處理方法[J].科技與企業，2015（5）：232-233.

[3] 李政芮.電氣接地和電氣安全問題探討[J].山東工業技術，2016（1）：172，181.

[4] 路長柏.電力變壓器理論與計算[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2007.

[5] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2003.

[6] 黃祖榮，陳瑋光，王睿宣.鐵芯多點接地致35kV并聯電抗器過熱故障分析[J].電力安全技術，2018，20（7）：25-28.