變壓器鐵芯多點接地故障診斷與處理

［摘 要］鐵芯是變壓器的主要部件之一，是變壓器的磁路部分，主要由硅鋼片和夾緊裝置組成。運行中的變壓器為避免產(chǎn)生懸浮電位，鐵芯必須有一點可靠接地。然而變壓器在運行中，由于油箱內(nèi)有異物、鐵芯位移等原因，會發(fā)生兩點或多點接地現(xiàn)象，從而產(chǎn)生環(huán)流，造成鐵芯發(fā)熱，嚴重時還將導(dǎo)致氣體繼電器動作，發(fā)生變壓器跳閘事故。文章對變壓器鐵芯多點接地故障的診斷與處理方法進行了研究。

［關(guān)鍵詞］變壓器；鐵芯；多點接地

［中圖分類號］TM41 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）02–0050–03

1 變壓器鐵芯多點接地故障的危害與原因

1.1 危害

正常運行的變壓器的鐵芯，必須且只能有一點可靠接地，嚴禁兩點或多點接地。變壓器運行時，交變的電動勢在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場，由于交變磁場的影響，變壓器內(nèi)部的高壓繞組、低壓繞組、鐵芯及外殼均會產(chǎn)生寄生電容，在電容的耦合作用下，鐵芯和地之間會存在一個懸浮電位。由于鐵芯及金屬緊固件之間存在電位差，在交變電勢的長期影響下，變壓器內(nèi)部絕緣薄弱的區(qū)域就會發(fā)生局部絕緣擊穿，引起局部放電。這種局部放電是持續(xù)性的，受溫度、濕度影響，并會隨著時間的推移緩慢擴大，對變壓器的絕緣油和絕緣材料產(chǎn)生不可逆的損壞。為了避免這種事故的發(fā)生，可將變壓器的鐵芯和外殼連接起來，并可靠接地，使鐵芯與外殼等電位。

對于運行中的變壓器接地電流，DL/T 596—2021《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》明確規(guī)定，接地電流一般不大于100 mA。如果鐵芯或緊固件發(fā)生兩點或多點接地，其多個接地點之間會形成閉合回路，由于各點存在電位差，從而產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流的大小與電容大小、故障類型、系統(tǒng)電壓等因素有關(guān)，大小從幾十到幾百安培不等，遠超過規(guī)定的數(shù)值。過高的環(huán)流會引起變壓器過熱，使變壓器絕緣性能下降，噪聲增大，嚴重時會使變壓器跳閘或引起火災(zāi)，導(dǎo)致主變壓器發(fā)生重大事故。

1.2 主要原因

1.2.1 安裝作業(yè)人員的影響

大型變壓器需要現(xiàn)場組裝，鉆芯作業(yè)人員在變壓器內(nèi)部作業(yè)時，若其專業(yè)素質(zhì)和技術(shù)水平較低，會導(dǎo)致運行故障。如攜帶的工具遺失在油箱中，緊固件的螺絲松動掉落，作業(yè)用的銅線、焊條頭或其他金屬物遺落等。

1.2.2 制造工藝和大修的影響

（1）由于變壓器工藝尺寸設(shè)計的不合理，造成鐵芯夾件的支板距離芯柱太近，鐵芯與夾板之間有金屬異物或金屬粉末，在電磁場的作用下形成“金屬橋”，引起多點接地。

（2）用于固定鐵芯的墊腳脫落，在運行振動的影響下，墊腳觸碰到硅鋼片。

（3）變壓器本體、油枕、散熱片、管路等在制造或大修時，由于工作人員的疏忽，焊渣等雜物未清理干凈，變壓器運輸和運行的振動使焊渣脫落，掉落在變壓器鐵芯上或油箱底部，在電場力的作用下，雜質(zhì)被吸附在一起，連通鐵芯與油箱壁，造成多點接地。

1.2.3 運行過程中形成

（1）變壓器運行時，工作中的潛油泵將絕緣油循環(huán)送至各個部件及散熱片，保證變壓器正常運行。但由于潛油泵長期工作，會導(dǎo)致軸承磨損，磨損的金屬粉沉積到油箱底部，受電磁作用形成導(dǎo)電橋接地。

（2）若絕緣油不純（如含有雜質(zhì)、水分等），在變壓器運行溫度、壓力的影響下，會導(dǎo)致變壓器油分解，產(chǎn)生大量油泥，附著在油箱及鐵芯上，由于油泥沉積造成變壓器鐵芯多點接地。

2 鐵芯多點接地故障的測試與處理方法

2.1 測試

絕緣電阻測量是查找變壓器鐵芯多點接地的常用方法。使用5 000 V 的絕緣電阻測試儀測量絕緣電阻。將變壓器鐵芯接地斷開，測量鐵芯緊固件和地之間的絕緣電阻值，試驗1 min，對于110 kV 及以上的變壓器而言，其阻值一般不小于10 MΩ，如果高于該數(shù)值，可能存在多點接地的危險，則要進一步查找原因。試驗完畢，將被試品對地充分放電。

2.2 變壓器鐵芯多點接地故障的處理方法

2.2.1 一般處理方法

對于內(nèi)部金屬異物造成的多點接地故障，進行鉆芯或吊罩全面檢查，清理異物。對于毛刺、金屬粉末引起的接地故障，可以采用電容放電沖擊、大電流沖擊、交流電弧沖擊。

2.2.2 臨時處理方法

對于變壓器鐵芯有多點接地，但必須又要帶故障運行時，可采用臨時處理方法。根據(jù)接地電流大小，選擇合適的限流電阻，串接在變壓器鐵芯接地回路之間，用來限制接地電流，但此方法只能用于應(yīng)急保障措施，不能長時間運行。

3 變壓器鐵芯多點接地故障的判斷

3.1 運行時鐵芯接地電流的檢測

發(fā)生鐵芯多點接地的變壓器，其接地電流將明顯增大，超過規(guī)定值的幾十甚至上百倍。運行中的變壓器，如監(jiān)測到鐵芯接地電流增大，且變壓器噪聲也有明顯增大時，很可能是發(fā)生了多點接地故障，應(yīng)根據(jù)接地電流的大小，采取合理的處理措施。對于接地增大不明顯的，可縮短巡視周期，注意電流變化，擇機停電檢修處理；對于電流明顯增大，但又不能立刻停電的變壓器，可采取應(yīng)急措施應(yīng)對的，應(yīng)及時安裝限流電阻，限制接地電流，用于短時間運行；對于接地電流非常大，經(jīng)評估不能保證安全運行的變壓器，應(yīng)立刻停電處理。

3.2 停電時鐵芯對地絕緣電阻檢查

在進行電氣預(yù)防性試驗時，如果發(fā)現(xiàn)某臺變壓器鐵芯對地絕緣電阻很小，接近于零，但其他試驗數(shù)據(jù)（如直阻、變比、短路阻抗等）正常，則基本可判斷為主變鐵芯多點接地故障。為避免故障擴大，應(yīng)對主變進行檢修處理，采取如清理油箱內(nèi)的異物、清理油箱底部及鐵芯上的油泥、對變壓器進行濾油等。

4 變壓器鐵芯多點接地故障案例分析

4.1 案例1

某110 V 變電站1 號主變壓器， 型號為SZ11–40 000/110，電壓等級110 kV，容量40 000 kVA，生產(chǎn)日期為2010 年3 月。

2018 年9 月，1 號主變進行預(yù)防性試驗時，發(fā)現(xiàn)該鐵芯接電明顯低于標準值10 MΩ，其絕緣電阻為0.67 MΩ。并且檢修前7 個月的鐵芯接地電流數(shù)值也明顯大于規(guī)定值100 mA，具體見表1 和表2。變壓器其他試驗數(shù)據(jù)均符合規(guī)程要求。

經(jīng)過分析，鐵芯絕緣電阻降低，鐵芯電流明顯增加，其他數(shù)據(jù)均無異常，基本可判定為鐵芯多點接地故障。由于現(xiàn)場工作環(huán)境不適用于大電流沖擊法，最終采用電容放電沖擊法，由電容器對變壓器鐵芯放電的方法進行。試驗過程中，施加5 000 V 電壓沖擊兩次，測量絕緣電阻值，和之前相比無明顯差異；再施加10 000 V 電壓沖擊3 次，再次測量鐵芯對地絕緣電阻，阻值為182 MΩ，符合規(guī)程要求值。

4.1 案例2

某110 V 變電站2 號主變壓器，型號為SFZ10–60 000/110，電壓等級110 kV，容量60 000 kVA，生產(chǎn)日期為2013 年9 月。

2 號主變在2019 年5 月停電檢修時，發(fā)現(xiàn)鐵芯對地絕緣電阻為0，其他電氣試驗數(shù)據(jù)均正常。

通過數(shù)據(jù)分析，初步可以判斷鐵芯為多點接地故障。造成鐵芯多點接地原因暫不明確。先不考慮吊罩對鐵芯進行處理，現(xiàn)場不適合采用電焊機進行大電流沖擊法，并且點焊時間不好掌握，易造成鐵芯絕緣受損。所以采用直流對電容器充電，再由電容器對變壓器鐵芯放電的方法進行。施加5 kV 電壓沖擊兩次，10 kV 電壓沖擊3 次后測量鐵芯對地絕緣電阻幾乎無變化，說明造成鐵芯多點接地的原因不是由于鐵芯毛刺或懸浮物引起的，應(yīng)采用吊罩或鉆芯檢查。但考慮到該地目前還處于雨季，鐵芯暴露在外，容易造成變壓器內(nèi)部受潮，不利于吊罩和鉆芯檢測，于是決定在鐵芯和地之間安裝變壓器鐵芯接地電流在線監(jiān)測及過流自動補償裝置，實時在線監(jiān)測變壓器鐵芯接地電流值，并當(dāng)接地電流值超過100 mA 后，自動投切合適的電阻，并進行本地和遠方報警。安裝該裝置后，對鐵芯接地電流數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，數(shù)據(jù)見表3。

4.3 案例3

在2020 年4 月，對2 號主變進行吊罩檢查，油箱內(nèi)繞組、鐵芯、管路、槽部無異物，對變壓器底部的油泥進行清理時，發(fā)現(xiàn)在底部有細狀金屬物存在，與夾件連接形成短接故障，造成變壓器鐵芯兩點接地，可以初步判斷該處為接地點。隨即對異物及油泥進行清理。清理后，使用5 000 V 絕緣電阻表，測量鐵芯對地絕緣電阻，電阻值為310 MΩ，符合規(guī)程要求。

2 號變壓器投運后，連續(xù)對該變壓器鐵芯電流進行監(jiān)測，其數(shù)據(jù)穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)見表4。

5 結(jié)束語

變壓器鐵芯發(fā)生多點接地故障，會嚴重威脅變壓器運行的穩(wěn)定性，甚至誘發(fā)安全事故，為了防止鐵芯多點接地發(fā)生，在主變安裝和吊罩檢修時，要重點檢查油箱內(nèi)壁及箱壁屏蔽裝置，有無毛刺、尖角、雜物、污物等；在變壓器內(nèi)部安裝時，要注意箱頂部與器身之間定位裝置，防止器身定位架與油箱之間，產(chǎn)生金屬連接；器身內(nèi)部作業(yè)完成后，注意對主變內(nèi)部的清理工作，特別對鐵芯槽和各間隙處要用油或氮氣吹掃；作業(yè)人員所使用的工具要進行嚴格的登記、清點，嚴防遺失在油箱中等。總之，在變壓器安裝時，通過一系列的防范措施，可有效減少鐵芯多點接地故障的發(fā)生，防患于未然，確保變壓器投運后安全可靠運行。

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