一起110 kV變壓器鐵心多點接地故障的跟蹤分析與現場處理

何金海，江 波，姚文吉，謝 彬，趙劍雄，胡心平

（1.國網湖北省電力公司黃石供電公司，湖北 黃石 435000；2.華能玉環電廠，浙江 玉環 317600；3.江蘇磐泰智能科技有限公司，江蘇 南京 210017）

0 引言

變壓器鐵心多點接地故障是變壓器常見的故障之一［1-8］。在變壓器鐵心多點接地后便產生一個或多個電磁回路，根據接地點位置的不同，交鏈磁通也有所不同［9-15］，這導致了該接地回路內電壓和電流的不同，電流較大時會發熱危及變壓器絕緣，需要將多點接地現象用試驗方法加以診斷確認，并采取合理措施消除。

本文針對一臺110 kV變壓器，從鐵心多點接地故障的發現、臨時限制鐵心多點接地電流、接地故障消除等多方面進行探討分析，提出一套完整可行的解決方案，并成功實踐。［16-19］

1 鐵心多點接地危害及發現手段

變壓器在正常運行中，帶電的繞組及引線與油箱間構成的電場為不均勻電場，鐵心及其金屬部件都處于該電場中。由于靜電感應的電位各不相同，使鐵心及其金屬部件具有的懸浮電位也不相同，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產生火花放電。這種放電能夠使變壓器的油分解，并損壞固體絕緣。為了避免這種情況，對鐵心及其金屬部件都必須進行可靠的接地。

鐵心必須一點接地。當鐵心或其他金屬構件有兩點或兩點以上接地時，接地點間就會形成閉合回路，形成環流，該電流有時可以高達數十安培，會引起局部過熱，導致油分解，還可能使接地片熔斷，燒壞鐵心，這些都是不允許的。因此，鐵心必須接地，而且必須一點接地。

變壓器鐵心多點接地故障可根據鐵心接地電流、變壓器油色譜試驗以及鐵心絕緣電阻等試驗進行準確判斷。根據《DL/T596-2021 電力設備預防性試驗規程》，變壓器鐵心接地電流檢測周期為1 個月，110 kV變壓器油色譜試驗周期為1 a，變壓器鐵心絕緣電阻試驗周期為3 a，因此運行中的變壓器往往最先通過鐵心接地電流試驗發現鐵心多點接地故障，再通過變壓器油色譜試驗及鐵心絕緣電阻等試驗進行準確判斷。

2 故障的發現

該變壓器2001年3月底投入使用，型號為SZ9-10000/110，額定電壓為110±8×1.25%/10.5 kV，空載損耗為12.4 kW，負載損耗為45.7 kW，阻抗電壓為9.82%。

2.1 帶電檢測

2021年8月運維人員對某變壓器進行鐵心接地電流測試，發現鐵心接地電流達到5 A，遠超標準值（0.1 A），初步判斷鐵心多點接地。隨即通知試驗人員對變壓器進行取油分析，發現油色譜個別組分含量增長的現象，其測試結果見表1。

《DL/T 722—2014 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》中規定：油中總烴＞150 μL/L 或H2＞150μL/L或C2H2＞5 μL/L 應引起注意，假如變壓器特征氣體超標，應采用三比值法進行故障分析［20-21］。該變壓器油色譜試驗數據未發現乙炔，說明變壓器內部沒有放電現象，但總烴超標，且利用三比值法分析編碼為012，由此推斷，變壓器出現了溫度高于700 ℃的高溫過熱現象，進一步佐證了變壓器存在鐵心多點接地故障。

2.2 停電檢查

2021 年8 月3 日對該變壓器進行停電試驗，試驗時發現變壓器鐵心對地絕緣電阻為零，進一步驗證了變壓器鐵心多點接地。

由于當時正值迎峰度夏，出于運行需要，變壓器不能長時間停運，為了判斷變壓器能否繼續投入運行，針對該變壓器開展了其余診斷性試驗，試驗項目包含直流電阻、繞組變形、繞組介損及電容量和變壓器局放試驗。

變壓器繞組變形試驗結果如圖1-圖2所示，由圖1-圖2可知變壓器高壓繞組低頻段和低壓繞組中頻段均出現三相不一致現象，說明變壓器內部等效電容和電感參數發生改變，有可能變壓器繞組發生移位造成分布電容發生改變或者墊塊松動造成內部電感發生改變。

圖2 變壓器低壓繞組變形Fig.2 Transformer low voltage winding deformation

但是變壓器繞組介損及電容量試驗發現電容量數據在合格范圍內，如表2所示，說明變壓器繞組未發生明顯變形，可能只是鐵心多點接地，同時墊塊松動造成繞組內部分布電感發生改變，導致變壓器頻率響應特性發生變化。

表2 繞組介損及電容量試驗數據Table 2 Winding dielectric loss and capacitance test data

隨后對變壓器進行局放試驗，試驗結果如圖3 所示，局放量為303 pC（注意值為300 pC），未明顯超標。

圖3 處理前局放Fig.3 Pre-processing PD

考慮到變壓器油色譜試驗未發現乙炔，同時其余停電試驗數據均在合格范圍內，結合當時正值迎峰度夏，根據運行需要，該變壓器停電試驗后恢復送電。

3 臨時處理措施

鑒于變壓器帶缺陷運行，隨時可能擴大故障范圍，造成嚴重后果，運行單位隨后立即組織相關技術人員制定下一步檢修方案，考慮到暫時無法長時間停電檢修，故先采取現場帶電測試接地回路的電氣參數和采取臨時限流措施。

由于該變壓器運行中無法及時查找及消除異常接地點，所以無法采用停電處理的辦法。鑒于鐵心是多點穩定的接地，現場采用在合理位置打開接地引下線串入300 Ω電阻的辦法來抑制接地電流，通過該方法將接地電流限制到滿足規程要求的0.1 A以下，使變壓器發熱水平下降，有效抑制油中氣體含量的增長，避免絕緣缺陷使故障擴大而帶來嚴重損失。同時定期對環流和串聯電阻電壓進行測量，實際測量環流為37.5 mA，鐵芯對地電壓12 V，色譜分析正常，之后一直跟蹤監視變壓器油色譜數據，油色譜數據如表3所示。

表3 油色譜跟蹤數據（單位：μL/L）Table 3 Oil chromatography tracking data(Unit:μL/L)

4 缺陷處理

4.1 試用電容充放電法消除接地點

考慮到處理流程的合理性和高效性，先采取電容充放電法將可能存在的懸浮物在電場作用下形成的導電小橋或尖端毛刺消除。在對鐵心進行沖擊試驗后，接地現象仍未消除，鐵心對地的絕緣電阻值仍為0，說明該方法不適用于該變壓器鐵心多點接地的消除。

4.2 現場吊罩處理

為了徹底解決主變鐵心多點接地問題，在負荷較小時對該主變進行吊罩檢查，變壓器內部整體如圖4所示。

圖4 吊罩后主變整體圖Fig.4 Overall view of main transformer after lifting the cover

檢查發現A 相線圈處夾件變形碰到鐵心上鐵軛，造成鐵心多點接地，如圖5所示。

圖5 夾件碰鐵心上鐵軛Fig.5 The clip touches the iron yoke on the iron core

因夾件變形，A、B相線圈處于自由狀態，頂壓絕緣塊已不起作用，如圖6所示。

圖6 A、B相線圈處于自由狀態Fig.6 Phase A and B coils in free state

4.3 故障處理方法

對故障點進行分析后，采取了如下消除措施：

1）將夾件調平，消除鐵芯多點接地。

2）墊塊恢復，固定A、B相繞組。

3）對有裂紋的層壓木進行更換。

檢修后的夾件與上鐵軛恢復正常，如圖7所示。

圖7 檢修后的鐵心與上鐵軛Fig.7 Iron core and upper iron yoke after overhaul

故障消除后進行交接試驗，各項試驗數據均在合格范圍內，其中鐵心對地絕緣電阻為14 000 MΩ，遠大于標準值。

繞組變形試驗結果如圖8-圖9 所示，由圖可知變壓器高低壓繞組變形曲線完全重合，說明變壓器繞組變形故障已完全解決。

圖8 處理后高壓繞組變形圖Fig.8 Deformation diagram of high voltage winding after treatment

圖9 處理后低壓繞組變形圖Fig.9 Deformation diagram of low-voltage winding after treatment

隨后進行變壓器局放試驗，局放結果如圖10 所示，最大局放量為90.2 pC（注意值為300 pC），局放結果也說明問題已完全解決。

圖10 處理后局放Fig.10 PD after processing

5 結語

1）根據《DL/T596-2021 電力設備預防性試驗規程》，變壓器鐵心接地電流檢測周期為1 個月，注意值為100 mA。帶電檢測發現鐵心多點接地故障時，可采用氣相色譜法和監視接地電流、電壓來跟蹤監測，數據明顯增大時，要立即申請停電試驗，通過電容量變化率、繞組變形、局放試驗等多種手段判斷故障嚴重程度。

2）對變壓器鐵心多點接地，可采取安裝限流電阻的方式作為臨時過渡措施，對接地電流抑制效果理想，可有效避免短時無法停電檢修而導致故障范圍擴大。

3）為提高檢修效率，處理變壓器鐵心多點接地故障應采取先易后難的措施，即先不吊罩，通過電容沖擊法等方法消除故障，若故障仍未消除，則再安排吊罩檢修。

4）變壓器受沖擊后，要注意及時對變壓器取油做色譜分析，并監視鐵心接地電流，防止變壓器夾件受沖擊產生變形造成鐵心多點接地。對于金屬異物造成的鐵芯接地故障，進行吊罩檢查，可以發現問題。