500 kV 變壓器鐵心接地電流異常誤判問題的分析與處理

夏永強，周怡伶，張冰冰，蔣夢姣，蔣佳杰

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇 無錫 214200）

0 引 言

在大型變壓器的運行期間，鐵心與夾件等金屬構件處于電場中，如果不及時有效接地，便會導致懸浮電位的形成，會導致局部放電故障的發生。因此，鐵心與夾件在變壓器運行過程中必須保障接地的可靠性。因為多種因素的影響，假設鐵心和夾件形成接地，此時接地點之間便會形成閉合回路，從而形成感應電動勢形成環流并引發局部過熱，最終嚴重燒毀鐵心。在500 kV 變壓器工作中，必須確保鐵心與夾件對地的理想絕緣效果，及時發現多點接地的故障問題。在變壓器運行中定期做好相應的檢測，并針對接地故障問題采取有效的處理措施。因此，探討500 kV 變壓器鐵心接地電流異常誤判相關問題具有顯著的實踐價值。

1 500 kV 變壓器鐵心接地電流異常誤判問題

以某接地電流超標的誤判案例為主，該項目以500 kV 的主變鐵心與夾件的接地電流偏大問題為主。該變壓器從引出套管位置并聯兩支銅排并分別接地，此時鐵心屬于接地銅排，首端的短接連接到鐵心引出套管，末端為接地地網[1]。夾件的接地方式和鐵心的方式相同。夾件接地銅排中，鐵心與夾件接地電流測試儀對不同接地銅排電流進行測試。數據顯示，鐵心與夾件的電流測試中，兩個銅排鐵心電流分別為643.5 mA、636.4 mA，夾件電流分別為531.2 mA、605.2 mA。通過分析發現，接地銅排電流并不是鐵心與夾件接地電流的真實數據。通過分析夾件接地電氣的聯結圖，可以明確夾件接地銅排收尾形成閉合回路[2]。按照電磁感應定律，閉合導體的回路處于交變磁場，此時交變磁場的通量會促使閉合導體形成電動勢形成感應電流。變壓器的漏磁會在接地銅排回路上形成感應電流，上述的測試數據涉及到感應電流數值，所以認為測試數據涉及到感應電流，并不是夾件接地電流的真實數據。對此，斷開接地銅排和地的聯結后，促使兩個銅排不形成回路，此時測試銅排的電流值可以獲得真實的電流，結果為72.5 mA，滿足真實變壓器夾件電流值的正常范圍。根據上述的方式對鐵心進行測試，數據顯示夾件電流72.5 mA，鐵心1.9 mA。

2 500 kV 變壓器鐵心接地電流異常相關影響因素

對500 kV 變壓器接地電流異常因數和電容量測量的工具，以前使用的是比較傳統的西林電橋。這種儀器測量的原理是將橋臂平衡的條件通過計算的方式得到介質損耗因數和電容量[3]。由于電子技術發展極為迅速，現在常用的儀器為數字式自動介質損耗測試儀，工作原理是將被試回路與標準回路進行比較。這種儀器有著很強的抗干擾能力，精度高，操作便捷。500 kV變壓器接地電流異常因素以及電容量測試，一般使用的是反接法。在進行數據測試時，通常只需要測試每個繞組在其他繞組中的介質損耗因素和電容量即可。在進行其他項目測試時，都是數據出現異常才測試，需要利用分解實驗測試。鐵芯接地對接地電流異常因素和電容量測量的影響而言，主要集中在兩個方面。

2.1 500 kV 變壓器中的繞組和等效電容分析

將繞組500 kV 變壓器作為分析對象，一般從靠近鐵芯開始測量，順序大概為低壓繞組、重要繞組、高壓繞組。在每一個繞組之間，對于鐵芯的建議等效電容基本差不多。在進行500 kV 變壓器試驗時，需要測量高壓繞組對中低壓繞組和低壓繞組對高中壓繞組的介質損耗因素和電容量，將結果和標準電容比較，并借助介質損耗與電容量進行分析[4]。

2.2 鐵芯末接地或虛接時，對測量結果的影響

如果500 kV 變壓器的鐵芯沒有接地，鐵芯和地面會分布電容。雖然繞組間的電容不會變，但繞組對地電容會產生變化。在部分回路上串入鐵芯，對于地面的電容，在串入電容后，繞組經過鐵芯對地面上的回路電容會減小。在高壓繞組和中亞繞組中，它們距離鐵芯的距離較遠，因為之間還有其他繞組阻擋著，所以影響較小，可以忽略不計[5]。這時高壓繞組和中低壓繞組相比于中亞繞組，對高低壓繞組的測試結果沒有什么變化。如果鐵芯沒有接地，在測低壓繞組的介質損耗時，介質損耗因素會變得較大，因為低壓繞組和鐵芯緊緊連在一起，鐵芯沒有接地時低壓繞組對地電容相應減少，導致測量回路的容性電流減少，但是測量回路的阻性電流并沒有什么影響。根據引入介質損耗因素的原理可以得到，如果容性電流減小，介質損耗因素會加大。另外，對于部分500 kV 變壓器而言，通過分析發現鐵心接地中存在銹蝕鐵心問題，電流異常最嚴重的部位在接地引線上，尤其是垂直體上土位置和水平體彎曲位置。接地引下線的銹斷，斷裂時兩端呈現出針狀，此時存在明顯的剝蝕或點蝕。在這些鐵心接地的電流異常問題影響下，變電站的防雷效果顯著下降，此時需要提高重視，全面分析電流異常的原因，并采取針對性措施降低安全隱患。

3 500 kV 變壓器鐵心接地電流異常的處理措施

實際運行中，還有一種情況是鐵芯兩點或多點接地，在各接地點間會產生環形電流，使鐵芯發熱，增加介質損耗。下面簡要分析關于500 kV 變壓器中鐵芯接地的故障查找方式和處理技巧。

3.1 500 kV 變壓器鐵芯接地故障點查詢

通過介質損耗試驗發現鐵芯接地故障，需要利用吊罩檢查這種最直觀的方法進行檢查。500 kV 變壓器的內芯不可以和空氣長時間接觸，必須把鐵芯解開后和夾片連接，才可以進行一些檢查[6]。第一，測量穿芯螺桿對鐵芯的絕緣條件；第二，檢查每個間隙之間和槽部，看看有沒有遺落的螺帽和廢料等金屬物；第三，清洗底部，避免看不見的地方出現臟東西；第四，字間隙之間利用高壓油流或者氮氣進行沖洗。如果這四種方法不能找到故障原因，需要用到直流法和交流法。直流法是指在鐵芯兩邊觀賞硅鋼片，并通上6 V 的直流電，利用直流電壓表測量每個級別的硅鋼片的電壓，如果電壓等于或者表針呈現負數，說明測量的部位是故障點。交流法是指在500 kV 變壓器低壓繞組當中接入交流電時，鐵芯產生磁通，用交流表進行測量。如果接地出現故障，交流表就會出現電流；如果指針指向的是零，那么這就是故障點。

3.2 500 kV 變壓器鐵芯接地故障處理

當使用一些方法得到驗證后，可以配合低壓交流沖擊法。拉出一套電焊機，把較低的一端接上鐵芯的引出線，另一端連接在接地線上，通過緩慢升壓10 s觀察一次電流。如果沒有這些條件，可以采用臨時措施，使500 kV 變壓器不會受到影響而停止工作。這種方法只是用來應急的，需要排除故障的原因。這時需要獲知500 kV 變壓器鐵芯的實際接地電流的大小，然后選定串電阻的容值大小。在將電阻串入其中后，需要控制接地電流不超過100 mA，以保障電阻在運行時不會損壞釋放高壓，控制鐵芯發熱。

3.3 500 kV 變壓器鐵芯接地故障的預防

針對電流異常較嚴重的鐵心接地，需要做好針對性的改造，同時根據實際情況考慮是否需要重新進行敷設，還需要采用多方面的防護措施。

（1）為了更好地降低接地電阻，預防鐵心接地發生電流異常，在鐵心接地改造期間需要應用高效的膨潤土防腐降阻劑控制電阻，同時提升整體防電流異常的性能，尤其是做好對接地引下線的改善，達到防治性作用。

（2）對裝置接地引下線應用兩根引下線和裝置的不同點進行焊接處理，以雙焊地的方式進行焊接，焊口長度應當超過鐵心接地的直徑6 倍左右，同時針對焊口需要補刷防銹漆。

（3）針對接地引下線從地面土的位置水平及涂瀝青漆后的處理問題，應當規避因為電流異常電位的不同導致電化學電流異常問題的發生，從而導致接地引下線電流異常問題的加快。

（4）針對電流異常較嚴重的黏土與黃土等環境，需要應用金屬防腐的處理措施，且接地引線需要采用金屬保護層。

（5）在材料中加入適當的稀土元素，從而保障整體防腐效果。

（6）采用陰極保護法。針對金屬陰極保護的處理措施，主要原理是借助陰極電流的應用實現對金屬結構物的保護，并最大程度降低裝置的陽極電流異常效率。金屬的陰極保護法主要劃分為兩種：一種是借助外加電源的方式對金屬傳輸陰極電流外加電流的保護方式，借助相對于被保護的金屬電位更負位的金屬，從而以犧牲電流的方式形成保護作用；另一種是針對變電站的鐵心接地應用犧牲陽極的陰極保護方式，為地下埋進相對于鐵心接地材料電位更負位的金屬，從而和被保護的基地裝置形成藕接，形成電流異常預防和控制作用。

（7）應用緩蝕劑。適當濃度的緩蝕劑可以促使電流異常環境明顯改變，從而降低金屬的電流異常效率，甚至可以達到預防電流異常問題的發生。根據緩蝕劑的化學成分，可以將緩蝕劑劃分為無機與有機兩種。根據電流異常劑在電流異常期間的作用，可以將其劃分為陽極型緩蝕劑、陰極型緩蝕劑以及混合型的緩蝕劑。前兩種類型的緩釋作用主要是針對電流異常原電池的陽極與陰極的反應形成預防作用，而混合型緩蝕劑主要是對陽極與陰極反應過程形成抑制作用。

（8）表面涂層保護。表面涂層保護的防腐方式屬于當前應用相對廣泛的一種，主要借助在金屬表面覆蓋一層保護層形成隔離電流異常環境的作用。表面保護性的涂層可以根據涂層的材料劃分為金屬與非金屬兩種。金屬的覆蓋層主要是借助化學鍍、滲鍍、熱噴涂以及電鍍的方式進行材料加工，但是金屬覆蓋層必須保障完整性覆蓋的基礎才可以達到保護的作用。而非金屬覆蓋層則是防腐效果較好的一種，主要是應用塑料、瀝青以及油漆等材料形成進行包裹保護，防腐作用突出。

4 結 論

綜上所述，鐵芯是否接地對于500 kV 變壓器接地電流異常因素以及電容量測量結果有著明顯影響。鐵芯沒有接地，500 kV 變壓器附近的低壓繞組對于高中壓繞組及地的電容量就會減少，介質損耗的因素就會加大。在進行500 kV 變壓器繞組接地電流異常因素和電容量測試的時候，當發現檢測的數據和標準數值不符合時需要進行分析，尋找故障原因。如果接地電流異常因素和電容量數據不正常時，可以把等效電容引入測量，需要時也可以利用分解測試。