變壓器鐵心外部接地故障分析與處理

王曉康 吳志勇 王亞芳

（寧夏吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

變壓器在運(yùn)行時(shí)或在進(jìn)行高壓試驗(yàn)中，鐵心及其金屬部件都處于強(qiáng)電場(chǎng)中的不同位置，使得鐵心和各金屬部件之間或?qū)拥伢w產(chǎn)生電位差，在電位不同的金屬部件之間形成斷續(xù)的火花放電。為了避免上述情況，對(duì)鐵心及其金屬部件（除穿心螺桿外）都必須進(jìn)行可靠地接地。如果變壓器鐵心出現(xiàn)多點(diǎn)接地情況，則每?jī)蓚€(gè)接地點(diǎn)間通過(guò)鐵心自身和接地線路形成一個(gè)閉合回路，其中交鏈的磁通將在回路中感應(yīng)出電流，使鐵心局部過(guò)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成局部燒損，所以變壓器有且只有一個(gè)接地。同時(shí)，變壓器鐵心接地電流的大小是判斷變壓器運(yùn)行狀況的重要依據(jù)。

1 變壓器鐵心接地電流

變壓器鐵心接地電流是由三相接地電流的迭加而組成的。單相接地電流與線圈絕緣厚度、絕緣紙厚、線圈與鐵心相對(duì)電容度密切相關(guān)。如果三相電壓相位完全對(duì)稱(chēng)且各繞組間電容相等，則三相疊加后的接地電流理論上應(yīng)該為零（如圖1所示），但變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，三相電壓相位不可能完全對(duì)稱(chēng)、各繞組間電容也不可能完全相等，故變壓器鐵心接地線實(shí)際總會(huì)呈現(xiàn)出一定數(shù)值的接地電流。

圖1 鐵心一點(diǎn)接地單相等效電路圖

其中，CC-L、CL-M、CM-H分別是鐵心與低壓繞組、低壓與中壓繞組、中壓與高壓繞組之間的分布電容，UH、UM、UL分別是高、中、低壓繞組電壓，RM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜等效電阻、CM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜等效電容、RP是鐵心硅鋼片等效電阻。

2 實(shí)例分析

2.1 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

在對(duì)變電站電氣設(shè)備隱患排查時(shí)發(fā)現(xiàn)某變電站2#變壓器鐵心接地電流經(jīng)測(cè)量為870mA，而對(duì)同一所變電站相同容量的1#變壓器測(cè)得鐵心接地電流為0.6mA。根據(jù)《交流高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，鐵心及夾件接地電流不大于100mA。該設(shè)備是西門(mén)子變壓器廠2000年7月生產(chǎn)，型號(hào)為SZ9-40000/110，于2000年12月投入運(yùn)行。

2.2 原因分析

變壓器鐵心接地電流大小是判斷變壓器故障的必要條件。首先考慮變壓器內(nèi)部是否存在鐵心多點(diǎn)接地。查閱該變壓器例行試驗(yàn)報(bào)告得知，用 5000V兆歐表測(cè)得鐵心絕緣為 50G，同時(shí)利用變壓器油色譜試驗(yàn)報(bào)告（見(jiàn)表1）進(jìn)行判斷。

表1 2#主變油色譜試驗(yàn)報(bào)告

由于總烴含量較低，所以用四比值法對(duì)2012年油色譜試驗(yàn)報(bào)告判斷得知：

不滿足判斷條件即可確定變壓器鐵心無(wú)多點(diǎn)接地故障。

結(jié)合以上兩種判斷得知，變壓器鐵心內(nèi)部不存在多點(diǎn)接地。排除變壓器內(nèi)部原因，繼續(xù)查找外部原因，變壓器外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，變壓器鐵心接地套管處存在兩根接地線，如圖2所示。

圖2 2#主變壓器鐵心接地

圖3 模擬電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)

根據(jù)電磁感應(yīng)原理得知，處在交變磁場(chǎng)中的感應(yīng)導(dǎo)體會(huì)在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。此處變壓器外殼與鐵心多余接地線構(gòu)成閉合回路，這樣閉合回路在變壓器附近的磁場(chǎng)中形成感應(yīng)電流，與變壓器鐵心電流迭加，形成迭加后的鐵心接地電流。從而不能真實(shí)反映變壓器實(shí)際鐵心接地電流。為準(zhǔn)確闡明變壓器鐵心外部閉合電路中感應(yīng)電流存在性，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變壓器鐵心接地外部環(huán)流進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。變壓器鐵心外部接地實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量數(shù)據(jù)為1.0mA，證明變壓器鐵心外部接線環(huán)流的存在性，如果該閉合線圈足夠大或線圈匝數(shù)夠多，則感應(yīng)電流會(huì)愈大，從而證實(shí)變壓器鐵心外部接地方式對(duì)鐵心電流的影響。

3 處理措施

將2#變壓器多余的鐵心接地線拆除后，投入運(yùn)行測(cè)得該變壓器鐵心接地電流小于100mA，鐵心接地電流故障排除。針對(duì)以上出現(xiàn)的鐵心接地電流缺陷，為加強(qiáng)電氣設(shè)備安裝規(guī)范，保證電氣設(shè)備良好運(yùn)行，結(jié)合實(shí)際工作中出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題，制定以下三點(diǎn)防范措施：

1）接地片應(yīng)有一定的強(qiáng)度和截面積，一般采用0.3mm×20mm、0.3mm×30mm 或 0.3mm×40mm的鍍鋅紫銅片制成。

2）接地片與變壓器箱體應(yīng)加強(qiáng)絕緣，使二者不能相碰，并有一定得絕緣間隙。否則二者相碰將造成鐵心兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地。

3）鐵心接地點(diǎn)一般應(yīng)設(shè)置在低壓側(cè)。

4 結(jié)論

變壓器鐵心接地由于不規(guī)范導(dǎo)致鐵心電流偏大，具有代表性。利用模擬實(shí)驗(yàn)和電磁感應(yīng)原理分析缺陷原因，并結(jié)合相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)提出預(yù)防措施。為規(guī)范電氣設(shè)備安裝要求，加強(qiáng)電氣設(shè)備管理，消除變壓器鐵心接地缺陷，結(jié)合各個(gè)廠家變壓器的實(shí)際情況，提出了變壓器鐵心接地規(guī)范及措施，保證變壓器經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，為變壓器鐵心電流在線監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

[1] 郭海清.變壓器檢修[M].北京:中國(guó)電力出版社, 2005.

[2] 董其國(guó).電力變壓器故障與診斷[M].北京:中國(guó)電力出版社, 2002.

[3] 陳化鋼.電力設(shè)備事故處理手冊(cè)[M].北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社, 2004.