干式變鐵心對地絕緣降低缺陷分析與處理

白 起

（1.湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410000；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

變壓器是電力系統重要的組成部分，其中繞組和鐵心作為傳遞、變換電磁能量的主要部件，一旦出現故障，將嚴重影響系統的安全穩定運行。變壓器在運行時，鐵心處于電場中，若不接地便會產生懸浮電位，引起絕緣放電，造成設備損壞。若存在多點接地，兩個或多個接地點便會形成閉合回路，進而產生環流引起局部過熱，嚴重時會燒損鐵心，造成變壓器嚴重故障。因此運行中變壓器的鐵心必須且只能一點接地，變壓器鐵心對地絕緣的測量也成為變壓器鐵心健康狀況監測的一個重要手段。在日常檢修試驗過程中，一旦發現變壓器鐵心對地絕緣偏低，必須及時予以檢查處理，徹底消除設備隱患。

2 故障情況及分析

2.1 故障情況

某電廠2號高壓廠用變壓器為環氧樹脂干式變壓器，變壓器型號為SC 10-4000/15.75。該變壓器出廠日期為2005年9月12日，在對其歷年檢修預試數據進行分析的過程中，發現其鐵心對地絕緣試驗數據呈現逐年下降的情況，最低時已經低于2 MΩ，嚴重影響變壓器的安全穩定運行。歷年鐵心對地絕緣測量數據詳見表1。

表1 某電廠2號高廠變鐵心對地絕緣歷年試驗數據

2019年10月，專業人員再次對2號高廠變進行停電檢修，并使用兆歐表2 500 V檔位對鐵心在不同溫度下的對地絕緣水平進行了測量和記錄。具體測量數據詳見表2。

表2 某電廠2號高廠變停電后鐵心對地絕緣試驗數據

2.2 故障原因分析

2.2.1 干式變壓器常見接地故障原因分析

干式變壓器鐵心接地主要是由外部因素和內部因素造成的。外部因素是指外圍的原因，環境和人為因素致使變壓器鐵心出現接地故障、內在因素是指變壓器內部絕緣材料缺陷或產品設計和安裝工藝不當的原因致使變壓器鐵心出現多點接地故障。具體包含以下幾種情形：

（1）在檢修工作開展過程中，因人為操作不當，導致金屬異物不慎落入變壓器內部，未能及時發現并完全撿拾出引起鐵心接地故障。

（2）干式變壓器在運行中由于鐵心的漏磁使附近空間產生弱磁性，吸引周圍金屬粉末和粉塵附著，在長期未進行清理或清理不徹底的情況下導致鐵心對地絕緣降低。

（3）鐵心相關絕緣材料在干式變停運后由于凝露或受潮導致絕緣性能降低，進而引起鐵心出現低阻性多點接地。

（4）干式變壓器長期過載或高溫運行，且未及時進行維護，造成鐵心局部嚴重過熱，致使硅鋼片間絕緣老化、破損，從而導致鐵心接地故障。

（5）干式變壓器在制造安裝時，選用了表面粗糙、銹蝕嚴重或絕緣漆涂層脫落等存在質量問題的硅鋼片，造成鐵心接地故障。

2.2.2 高廠變鐵心對地絕緣偏低故障原因排查

（1）仔細檢查高廠變鐵心各可視部位無積塵和磁化金屬粉末，無局部銹蝕、鼓包或絕緣漆層脫落情況。

（2）對高廠變鐵心各部位使用干燥空氣進行吹掃，并使用無水乙醇對各部位進行衛生清掃，再次測量鐵心對地絕緣依舊隨鐵心溫度的降低再次降低，因此排除金屬粉末和灰塵清理不徹底引起的接地故障。

（3）結合2號高廠變停電后鐵心對地絕緣試驗數據分析得知，該變壓器鐵心對地絕緣水平隨著鐵心溫度的降低逐漸降低，但不完全為零，屬于低阻接地，可排除金屬異物接地故障及鐵心片間接地故障。

2.3 初步判斷

初步判斷2號高廠變鐵心對地絕緣降低是由于鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料存在老化現象，導致產生絕緣性能下降。

2.4 絕緣材料老化原因分析

（1）2號高廠變鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料耐熱性不強，耐熱等級不高。

（2）2號高廠變內部未安裝通風散熱設備，且變壓器所處位置通風不暢，全年長時間高負荷運行致使鐵心長期保持高溫狀態，加劇了絕緣材料的老化速度。

（3）受地下式廠房影響，2號高廠變所在區域環境濕度較高，鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料在冷卻過程中吸收環境中潮氣導致鐵心對地絕緣水平下降。

3 故障點排查

3.1 鐵心絕緣結構分析

根據干式變壓器的結構（圖1）分析，鐵心與相鄰金屬部件之間的絕緣材料所在位置包括：

圖1 干式變結構

（1）鐵心與穿心螺桿之間的絕緣材料；

（2）鐵心與夾件之間的絕緣材料；

（3）鐵心與拉板之間的絕緣材料。

3.2 故障點排查

3.2.1 鐵心與穿心螺桿之間絕緣測量

使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心對每個穿心螺桿的絕緣情況，測量絕緣數值均合格。據此判斷鐵心與穿心螺桿之間的絕緣材料無異常，可以排除穿心螺桿絕緣套筒及螺桿絕緣墊片可能存在的絕緣性能問題。

3.2.2 鐵心與上夾件之間絕緣材料檢查

拆除干式變上高壓線圈連桿、低壓側引線及支撐絕緣子，拆除上下夾件緊固螺桿，拆除上夾件穿心螺桿及緊固螺桿，整體拆除上夾件。使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心和夾件之間絕緣材料絕緣性能，測量絕緣數值均合格，排除鐵心與上夾件之間的絕緣材料問題。

3.2.3 鐵心與拉板之間絕緣材料的檢查和更換

（1）逐層拆除上端部鐵心，并按順序碼放。

（2）使用專用工具吊出高低壓線圈。

（3）現場使用兆歐表2 500 V檔測量鐵心與拉板之間的絕緣電阻數據不合格。

（4）拆除鐵心心柱上的玻璃綁扎帶，更換鐵心與拉板之間的絕緣材料，重新使用玻璃綁扎帶固定拉板后，再次使用兆歐表2 500 V檔測量鐵心與拉板之間的絕緣電阻數據合格。

3.3 故障點排查結果

2號高廠變鐵心心柱與拉板之間的絕緣材料存在老化情況，是導致變壓器鐵心對地絕緣降低的直接原因。

4 變壓器回裝及預試

4.1 變壓器回裝

（1）使用專用工具將變壓器高低壓線圈回裝至心柱上，并做好底部墊塊支撐。

（2）按順序回裝上端部鐵心，邊回裝邊對鐵心進行整理，確保鐵心端面平整、疊片接縫符合要求。

（3）對鐵心表面均勻涂刷鐵心漆并充分干燥。

（4）回裝夾件，并緊固各部位螺栓。

（5）調整高低壓線圈上下支撐墊塊位置，確保線圈水平固定牢靠。

（6）恢復高壓側連桿及低壓側引線。

（7）再次使用兆歐表2 500 V檔位測量鐵心對地絕緣，數據合格。

4.2 變壓器交接試驗

全部回裝完成后，按照干式變壓器交接試驗標準進行以下試驗項目：

（1）測量繞組的直流電阻

各相繞組相互間差別不應大于2%，線間相互間差別不應大于1% 。

（2）檢查所有分接的電壓比

與制造廠銘牌數據相比，額定分接下電壓比允許偏差不應超過±0.5%。

（3）檢查變壓器的三相接線組別

變壓器的三相接線組別應與銘牌上的標記和外殼上的符號相符。

（4）測量鐵心及夾件的絕緣電阻

使用兆歐表2 500 V檔位測量，持續時間應為1 min，應無閃絡及擊穿現象，絕緣電阻應不小于200 MΩ。

（5）測量繞組的絕緣電阻、吸收比

絕緣電阻值不應低于產品出廠試驗值的70% 或不低于 10 000 MΩ（20 ℃） ，吸收比與產品出廠值相比應無明顯差別，在常溫下不應小于1.3。

（6）進行繞組的交流耐壓試驗

兩倍額定電壓下，耐受時間不低于60 s。

（7）進行額定電壓下的空載沖擊合閘試驗

在額定電壓下對變壓器實施3次沖擊合閘試驗，應無異常現象。

（8）相位檢查

檢查變壓器的相位，應與電網相位一致。

4.3 空載及帶負荷試運行

所有交接試驗完成且試驗數據合格后空載運行24 h，觀察無異常后將變壓器帶負荷投入運行，持續觀察該變壓器運行情況，無異常24 h后解除觀察正式投入運行。

5 改進措施與預防措施

5.1 改進措施

5.1.1 絕緣材料更換選型

使用絕緣性能更好、耐熱性更好的絕緣材料替換存在老化的絕緣材料，提升變壓器絕緣性能的穩定性。

5.1.2 增強變壓器通風散熱

在高廠變內加裝6臺橫流式軸流風機，配合溫控裝置，增強變壓器運行過程中的散熱能力，降低變壓器絕緣材料的老化速度。

5.1.3 做好設備檢修期間除濕工作

針對地下廠房環境濕度較大的問題，通過開啟母線洞排風機、開啟廠房通風除濕系統、在變壓器區域臨時增設除濕設備等方式，做好變壓器停運后的通風除濕工作，減少絕緣材料在冷卻過程中的吸潮現象。

5.2 預防措施

5.2.1 同類型設備全面排查

全面排查全廠所有干式變壓器鐵心對地絕緣情況，記錄每臺變壓器停運后由熱態到冷態過程中鐵心對地絕緣的變化數據，統計每臺變壓器歷年檢修試驗數據。

5.2.2 加強設備試驗數據綜合分析

持續加強對每臺設備歷年鐵心對地絕緣試驗數據的統計分析，及時發現設備異常動態過程，做到早發現、早干預、早處理。

5.2.3 做好定期巡視檢查和檢修工作

定期巡視檢查干式變是否有過載、異音、異味、異常放電等現象，檢查三相繞組溫升是否正常，檢查箱體通風是否正常。檢修過程重點檢查附件緊固件、穿芯螺桿、引出線、接地片是否松動，檢查底部絕緣墊塊、壓環壓釘、鐵心與夾件間絕緣漆是否脫落嚴重，檢查鐵心硅鋼片是否有波浪鼓起、鐵心柱與拉板間是否有異物，并做好衛生清理工作。

6 結束語

通過對電廠2號高廠變鐵心對地絕緣偏低故障的分析排查，最終確定鐵心與拉板之間的絕緣材料發生老化后，在冷卻過程中吸潮導致鐵心對地絕緣水平降低。通過更換新型絕緣材料、加裝軸流風機等措施徹底解決了該問題，消除了可能發生高廠變鐵心多點接地的隱患。在對全廠干式變進行排查后發現，該變壓器廠家生產的同批次干式變均存在鐵心對地絕緣逐年下降的情況，本次的排查處理過程可以很好地應用到全廠其余干式變的處理過程中去，也可以對行業內所有干式變鐵心對地絕緣偏低故障的分析處理提供參考。