變壓器鐵芯的實驗分析及處理建議

陳勇勝，王 超，任率兵，何天驥

（國網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

電力系統(tǒng)是我國電力行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，保證電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，對當今社會發(fā)展及居民生活保障有著重要意義。變壓器作為電力傳輸、變換過程中非常重要的元件之一，其包括繞組、鐵芯兩個部分,負責傳遞與交換電磁能量，鐵芯質量的好壞直接關系到變壓器設備運行的穩(wěn)定與否。根據(jù)以往變壓器運行經驗，組織鐵芯實驗，通過實驗過程的分析了解存在的故障，完善變壓器甚至是電力系統(tǒng)運行方案，有利于加強變壓器運行安全性。鑒于此，下面圍繞變壓器鐵芯實驗分析進行論述。

1 變壓器鐵芯運行原理

變壓器運行狀態(tài)下帶電繞組、引線、油箱外殼共同組成電場，而且該電場沒有分布規(guī)律，不僅分步零散而且十分雜亂，正因如此變壓器鐵芯、金屬構件會產生感應電壓也十分容易理解，產生感應電壓也會動態(tài)變化，變化程度和電場中鐵芯位置有直接關系[1]。換言之，變壓器放電產生的根本原因，為鐵芯兩個部位存在電壓差，或者是鐵芯、地面電壓差將絕緣體擊穿。影響變壓器正常運行的原因，可能是間接性放電使得變壓器油分解劣化，損壞固體絕緣。要想優(yōu)化變壓器應用效果，要保證變壓器鐵芯、加減系統(tǒng)、接地系統(tǒng)有效連接[2]。接地時保證鐵芯、夾件、地面接觸點超過兩個，便會形成閉合回路，容易出現(xiàn)鐵芯局部過熱或燒損、精確性降低、變壓器報廢等問題。因此，為了保證變壓器穩(wěn)定運行，必須保證鐵芯、夾件一點接地。

2 變壓器鐵芯故障實驗分析

2.1 實驗方法

針對鐵芯故障的實驗，可選擇的實驗方法包括油色譜分析法、測試絕緣電阻法、在線監(jiān)測方法等。

（1）變壓器油氣相色譜分析法。按照變壓器結構，其中包括絕緣油和絕緣紙。一旦這兩個組件出現(xiàn)變化，代表絕緣也隨之改變，絕緣油和絕緣紙絕緣狀態(tài)被破壞，隨后油性狀也會發(fā)生變化，并且會有氣體產生。采用該方法展開實驗，便是以具體操作期間產生氣體為對象實施檢測，若氣體成分改變，便代表絕緣破損，可以直接判斷變壓器存在故障[3]。如果變壓器鐵芯存在局部過熱故障，可能會導致甲烷、烯烴含量異常增多，采用油色譜分析法也會有更加直觀的體現(xiàn)。根據(jù)這一點，也可以在實驗過程中判斷變壓器存在故障。

（2）測試絕緣電阻法。測量變壓器電阻一般會利用兆歐表，該方法在鐵芯實驗中也可以得到運用。測量絕緣電阻，根據(jù)測量數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在多點接地故障。若離線運行變壓器，此時可以開啟箱體吊罩，采集鐵芯絕緣電阻值發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值較小，便可確定有多點接地故障存在。但要注意該方法在鐵芯實驗分析中應用不能過于頻繁，否則會損壞變壓器。

（3）變壓器在線監(jiān)測。實驗過程中鐵芯和引線套管接地線作為測量對象，并且在接地線上方安裝電流表，觀察電流表發(fā)現(xiàn)測量數(shù)值較大，可以初步判定有多點接地故障存在。因為變壓器處于正常運行狀態(tài)下并不會有通入電流產生，加之線路內部并沒有電流存在，所以電流表很難通過測量發(fā)現(xiàn)獲取電流數(shù)值。如果存在接地故障，那么電流會轉變?yōu)橥窢顟B(tài)，處于該狀態(tài)下電流表所顯示數(shù)值也會增加[4]。

2.2 鐵芯故障實驗

假定變壓器存在鐵芯多點接地故障，在實驗分析過程中將側重點放在故障檢測與處理上，避免變壓器故障范圍擴大。通常變壓器鐵芯多點接地的原因根據(jù)實驗總結以下幾點：

（1）穿心螺栓絕緣襯套發(fā)生破損，且和鐵芯疊片直接碰撞。

（2）油箱中雜質較多，致使鐵芯多點接地。

（3）運輸過程中強烈的沖擊，致使變壓器鐵芯移位。一旦確定鐵芯多點接地故障，建議采用氣體色譜分析法、電氣法進行診斷。

組織實驗過程中氣體色譜分析法應用效果相對明顯，如果變壓器鐵芯有多點接地故障存在，根據(jù)變壓器由內部溶解得到的氣體色譜分析數(shù)據(jù)，總結發(fā)現(xiàn)總烴含量較高，甚至超出了電力設備規(guī)定值，即150μl/L。C2 H2 在鐵芯多點接地故障中是最為關鍵的氣體，產生總降速率超出電力設備規(guī)定值，而且C2 H2 產生速率明顯增加。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，采用三比值法對鐵芯多點接地故障進行診斷效果最為理想。

變壓器鐵芯實驗中采用電氣實驗法，一般會選擇帶電電氣測試分析法、停電電氣測試分析法兩種。

（1）帶電電器測試分析法在實驗中應用需要用到鉗形電流表，對鐵芯的接地回路電流進行測量[5]。處于運行狀態(tài)下的電力變壓器測量選擇鉗形電流表，觀測鐵芯外部接引地套管接地引引線電流，實驗人員將電流表直接接入，也可以接入串接地故障指示器，一般在實驗中采用該方法電流比較小。如果確定有接地故障存在，那么鐵芯主磁通附近也可以直接理解為存在短路匝，匝內有環(huán)流通過，且環(huán)流值可以作為判斷故障點依據(jù)。

（2）如果采用停電電器測試法，需要在停電狀態(tài)下進行實驗，并且將接地線斷開，選擇2500v 絕緣電阻表展開絕緣電阻測量，判斷鐵芯是否有接地故障存在。針對無套管引出接地線變壓器，采用色譜數(shù)據(jù)分析的方式便可以得出是否有故障存在。

例如某變電所中運行的變壓器經常出現(xiàn)故障，為此管理人員采用實驗的方式分析變壓器故障點、總結原因。此次實驗中采用油色譜分析法，經過實驗分析與觀察發(fā)現(xiàn)鐵芯有多點接地故障存在。在實驗中通過停電處理確定該鐵芯多點接地故障為永久性。經過所有工作人員之間的討論開始實施吊罩檢查，由專業(yè)人員進入現(xiàn)場全方位檢查，并未發(fā)現(xiàn)有接地點存在。隨后采用交流電弧法明確接地點，基于原本接地線和金屬夾件中間位置施加20v 交流電壓，3 分鐘之后發(fā)現(xiàn)故障點位置有白煙冒出。經過檢查確定下鐵軛突出硅鋼片破壞了鐵芯和墊腳之間的絕緣。結束實驗后及時通知維修人員將該故障解決，快速恢復變壓器鐵芯正常運行。

3 變壓器鐵芯故障解決方法

如果在實驗過程中發(fā)現(xiàn)鐵芯存在短路問題，那么鐵芯夾件一旦位移，必然會導致螺桿絕緣管破損、鐵芯片位移或者脫落等危害，以上危害情節(jié)嚴重甚至會出現(xiàn)鐵芯兩點接地?；诖?，結合實驗過程進行分析，面對變壓器鐵芯兩點接地故障，建議放松三相線圈壓釘螺絲，每項夾件的兩側位置分別保留兩個壓釘，其余壓釘螺絲均放松處理，約為10mm 左右[6]。與此同時，上鐵軛穿芯螺栓、方鐵螺栓三相線圈、剩余壓釘螺絲調整位置，其中鐵軛需要調整到正位。為了保證操作安全性，鐵芯片鼓起情節(jié)相對嚴重地穿心螺口需要加工制作環(huán)氧樹脂板，厚度約為5mm，在環(huán)氧樹脂板上方鉆孔，參數(shù)為φ50，在穿芯螺桿的上方銜接絕緣板，并且放置在夾件和鐵軛中間位置，不僅可以保證芯片和夾件不會碰撞，還能夠提高絕緣板緊密度，以免今后變壓器鐵芯檢修再次發(fā)生夾件位移這一問題。

鐵軛兩端的方鐵上方和鐵軛中間位置放置同樣參數(shù)的環(huán)氧樹脂板，杜絕鐵軛夾件位移問題。將鐵軛芯孔內存在錯位問題的芯片調整位置，夾件的兩側位置如果發(fā)現(xiàn)芯片下移，需要同時調整下移芯片和與絕緣塊，并且在其中插入膠木絕緣管、穿心螺桿。鐵軛穿心螺絲與方鐵需要壓緊處理，根據(jù)順序壓緊螺絲，所有壓釘螺絲壓緊要保證均勻性。當鐵芯檢修完全結束后，工作人員利用2500v 的搖表對穿芯螺絲、鐵芯對夾件絕緣、方鐵對鐵芯絕緣以及鐵芯對地絕緣的電阻進行測量，確保滿足要求即可結束。

完成變壓器鐵芯安裝之后，箱蓋上方的定位銷沒有及時翻轉或者去除，導致多點接地故障。此時根據(jù)實驗結果建議翻轉定位銷或直接將其除去。鐵軛和夾件墊腳之間絕緣紙板發(fā)生損壞或直接脫落，應該要根據(jù)絕緣要求更換新紙板，而且要保證更換紙板厚度。由于夾件夾板和鐵芯之間距離過近，有可能會碰撞翹起疊片。此時建議技術人員掰直已經翹起的疊片或者調整夾件夾板位置，重新規(guī)劃夾件夾板和鐵芯距離，直至滿足絕緣間隙規(guī)范要求。如果發(fā)現(xiàn)有內有大量金屬顆?；蛘唠s質存在，要將油箱內部油泥全部去除。如果條件允許，還可以將變壓器油放置在真空環(huán)境下干燥處理，去除有內所有水分。完成以上吊罩檢查后，技術人員綜合考慮氣候條件，在天氣晴朗的環(huán)境下展開常規(guī)吊罩檢查，尤其要規(guī)避大型變壓器吊罩在檢查過程中可能會面臨的風險。

變壓器鐵芯故障的處理，如果沒有直接確定故障點，而且不能直接開展吊罩檢查，此時建議采用直流法、交流法查找故障點。應用直流電流沖擊法，將變壓器鐵芯中的接地線直接去除，油箱和鐵芯中間施加直流電壓，此時會產生短時大電流沖擊，沖擊次數(shù)在4 次左右，便可以將鐵芯多余接地點去除，從而解決多點接地故障。

若選擇不同的電網(wǎng)運行方式，個別區(qū)域單主變運行，無法達成環(huán)網(wǎng)供電，這也會影響到停電消缺以及變壓器運行質量。變壓器鐵芯引下線位置串聯(lián)限流電阻，便可以起到抑制鐵芯接地電流的作用。

除此之外，變壓器鐵芯故障處理建議應用先進裝置。如果電網(wǎng)為110kv，變壓器鐵芯存在多點接地故障，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)該故障之后需要馬上組織停電檢修，開始檢修前的準備階段，為了保證變壓器能夠穩(wěn)定運行，需要通過裝置限制鐵芯接地電流，以免鐵芯絕緣破損。針對存在多點接地故障的變壓器鐵芯，處在運行狀態(tài)下需要合理安排檢修時間，確保電網(wǎng)運行質量。針對鐵芯接地電流抑制處理，選擇設備時如果變壓器無法停止運行，建議在外引接地線的上方接入限流電阻，便可以抑制鐵芯電流[7]。

連接鐵芯的兩個點同時會有電壓產生，受到額定激勵電壓作用，技術人員要利用電壓表對鐵芯兩端面之間的電壓進行測量，同時便會發(fā)現(xiàn)電位差。產生電位差的原因是電壓表、導線、鐵芯組建的回路連接鐵芯內磁通。如果鐵芯兩點接地，此時形成電流會流經變壓器鐵芯，而且會有感應電動勢生成，調整串聯(lián)電阻可以直接改變鐵芯電流。

4 結語

綜上所述，變壓器鐵芯作為電力系統(tǒng)中非常重要的元件，一旦出現(xiàn)故障必然會對電力系統(tǒng)整體運行帶來影響。所以建議定期組織故障分析與檢修，通過實驗分析的方式了解變壓器鐵芯故障的根本原因、總結故障點，制定針對性的鐵芯故障解決辦法，加強變壓器鐵芯接地電流的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)比較，以此來推動我國電力行業(yè)持續(xù)性發(fā)展。