電力變壓器鐵心及夾件接地方式優(yōu)化

徐立福，任彥斌

（金安橋水電站有限公司，云南 麗江 674100）

0 引言

變壓器接地保護(hù)措施分為兩種：第一種為變壓器中性點(diǎn)接地。這種保護(hù)措施是為了防止變壓器運(yùn)行時(shí)三相負(fù)載不平衡導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓漂移，可以提高保護(hù)裝置迅速跳閘及降低短路電流，屬于變壓工作接地。第二種措施為變壓器鐵心、夾件接地。這種保護(hù)是為了防止變壓器運(yùn)行時(shí)因內(nèi)部磁場(chǎng)影響，使鐵心和夾件表面產(chǎn)生感應(yīng)電壓，導(dǎo)致局部放電故障，屬于變壓器保護(hù)接地。為保障變壓器安全可靠運(yùn)行，針對(duì)變壓器鐵心和夾件接地進(jìn)行探討分析，優(yōu)化接地方法。

1 鐵心及夾件接地的重要性

變壓器的內(nèi)部主要組成部分為：繞組、鐵心和夾件。繞組是變壓器電路的主要部分，鐵心是變壓器磁路的主要部分，夾件主要是用來穩(wěn)固繞組和鐵心硅鋼片。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈在通流的情況下會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而鐵心和夾件受磁場(chǎng)環(huán)境的影響，表面會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，磁通量大小也會(huì)逐漸增大，導(dǎo)致感應(yīng)電壓逐級(jí)升高。由于受磁場(chǎng)位置的影響，產(chǎn)生不均勻的感應(yīng)電壓，形成電勢(shì)差，造成鐵心及夾件表面出現(xiàn)連續(xù)性放電，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障，這種造成變壓器內(nèi)部故障放電的電壓稱之為“懸浮電壓”。因此變壓器運(yùn)行時(shí)，鐵心和夾件必須有一點(diǎn)接地，來降低和消除感應(yīng)電壓。

變壓器鐵心和夾件接地時(shí)，為防止鐵心和夾件兩者之間形成環(huán)形電流，規(guī)定鐵心和夾件只能有一點(diǎn)接地。如果出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上接地時(shí)，在電勢(shì)差的作用下，鐵心與夾件會(huì)形成環(huán)流，造成變壓器內(nèi)部溫度異常升高，會(huì)直接損壞變壓器內(nèi)部固態(tài)絕緣及絕緣油老化，影響變壓器正常使用壽命。

2 鐵心及夾件的接地方式及優(yōu)化方法

我國(guó)現(xiàn)階段的變壓器，鐵心和夾件接地方式主要是通過小型套管或絕緣螺栓引出變壓器外殼再接地。這種接地又分為兩種接地方式：

第一種接地方式如圖1 這種接地方式是鐵心和夾件經(jīng)套管或絕緣螺栓引出線后直接短接接地，這種接地方式在變壓器正常運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)三種電流流向現(xiàn)象，分別為I1、I2、I3,這三種不同的電流為；

圖1 原有變壓器鐵心接地圖

I1：鐵心—接地端接地

I2：夾件—接地端接地

I3：鐵心—接地端接地—夾件

第二種接地方式如圖2，這種接地方式是，鐵心和夾件經(jīng)套管或絕緣螺栓引出線后分別接地。這種接地方式在變壓器正常運(yùn)行時(shí)也會(huì)出現(xiàn)三種電流流向現(xiàn)象，分別為I1、I2、I3,這三種不同的電流電路為；

圖2 改造后變壓器鐵心夾件接地圖

I1：鐵心—鐵心接地

I2：夾件—夾件接地

I3：鐵心—鐵心接地—大地—夾件接地—夾件

上述兩種接地方式中感應(yīng)接地電流I1、I2都屬于正常情況。但感應(yīng)接地電流I3就不相同了；在圖1 接地方式中，感應(yīng)電流經(jīng)；鐵心—接地端—夾件,在變壓器鐵心和夾件之間形成“環(huán)形電流”，在電流熱效應(yīng)的影響下，造成變壓器內(nèi)部溫度異常升高。高溫又是直接導(dǎo)致固態(tài)絕緣和絕緣油老化的直接因素。由于受環(huán)形電流的影響，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中也不能準(zhǔn)確的測(cè)量到鐵心和夾件的接地電流，設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)導(dǎo)致誤判斷，因此第一種接地方式存在缺陷。而圖2 接地方式中，感應(yīng)電流經(jīng)鐵心—鐵心接地—大地—夾件接地—夾件，電流經(jīng)過高抗（大地），所以鐵心與夾件之間無法形成“環(huán)形電流”，不會(huì)影響變壓器正常溫升，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中也能精準(zhǔn)的測(cè)量到鐵心和夾件的接地電流（根據(jù)DL/T 596—2021 電力預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定變壓器運(yùn)行時(shí)，鐵心接地電流不能大于0.1 A,夾件接地電流不能大于0.3 A），能為判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障提供充分證明。

型號(hào)為xx-223000/500 無勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器，鐵心和夾件的接地方式按圖1 中的接地方式接地，而這種接地方式在變壓器運(yùn)行時(shí)有以下相關(guān)問題：

（1）變壓器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部鐵心與夾件之間容易形成“環(huán)形電流”，在電流的熱效應(yīng)下變壓器內(nèi)部溫度會(huì)異常升高，而高溫會(huì)加速固態(tài)絕緣和絕緣油的老化，影響變壓正常使用壽命；

（2）由于受“環(huán)形電流”的影響，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中不能精準(zhǔn)的測(cè)量到鐵心和夾件的接地電流，不能為判斷變壓器內(nèi)部是否存在故障提供充分證明；

（3）可以時(shí)時(shí)測(cè)量變壓器鐵心及夾件感應(yīng)接地電流，與在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的泄露電流進(jìn)行對(duì)比，來確定在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性；

（4）變壓器檢修維護(hù)時(shí)，在配合測(cè)量鐵心和夾件對(duì)地絕緣電阻時(shí)，需拆除外部接地引線，由于該型號(hào)變壓器鐵心和夾件的引出端采用對(duì)地絕緣M10的銅螺栓，這種銅螺栓優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)電率好；缺點(diǎn)是螺栓強(qiáng)度低，容易斷裂。如果現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，因空間狹隘和受力不協(xié)調(diào)等因素，易導(dǎo)致銅螺栓斷裂。結(jié)合變壓器內(nèi)部狹小結(jié)構(gòu)情況，處理該故障時(shí)需對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩，才能更換處理，會(huì)影響變壓器正常檢修周期和運(yùn)營(yíng)效益。

綜合上述所列的4 種問題，為保障變壓運(yùn)行時(shí)能準(zhǔn)確檢測(cè)到鐵心和夾件感應(yīng)接地電流，延長(zhǎng)變壓器使用壽命，降低和消除“環(huán)形電流”，以及防止因檢修時(shí)操作不當(dāng)，對(duì)變壓器造成損傷擴(kuò)大檢修范圍，建議把變壓器鐵心和夾件接地方式由圖1 接地方式優(yōu)化為圖2 接地方式。

3 總結(jié)

通過對(duì)變壓器內(nèi)部主要組成部件和功能詳細(xì)介紹和對(duì)變壓器在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生放電故障的科學(xué)分析，實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備存在缺陷部分改造處理，達(dá)到了延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高電網(wǎng)系統(tǒng)安全，降低設(shè)備維護(hù)成本的效果。