變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障原因分析及對(duì)策措施

陳建偉

【摘 要】本文結(jié)合筆者多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹了變壓器正常運(yùn)行時(shí)鐵芯一點(diǎn)接地的原因，分析了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的危害及產(chǎn)生原因，重點(diǎn)探討了變壓器鐵芯點(diǎn)接地故障的檢測(cè)工作，并結(jié)合實(shí)際處理案例提出了一些切實(shí)有效的診斷方法和處理措施，以供業(yè)界人士參考。

【關(guān) 鍵 詞】變壓器；鐵芯；接地故障；診斷方法

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM41【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0236-02

1 故障案例

本廠(chǎng)150000kVA聯(lián)絡(luò)變（三卷變壓器242/121/10.5kV）承擔(dān)著升壓站220kV與110kV兩系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)，位置在我廠(chǎng)的一次系統(tǒng)中相當(dāng)重要，曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)較大的升級(jí)改造（包括更換線(xiàn)圈和冷風(fēng)器），投運(yùn)后的幾天內(nèi)，有聽(tīng)到輕微的“嘭、嘭”聲，取絕緣油化驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)逐漸上升。停電檢查，鐵芯對(duì)夾件間的絕緣電阻為零（解開(kāi)鐵芯正常接地）。

還有某2×600MW電廠(chǎng)在2011年7月機(jī)組小修試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)到1號(hào)主變鐵芯夾件對(duì)地絕緣電阻值大幅降低，用1000V絕緣表檢測(cè)為0，用萬(wàn)用表檢測(cè)為47kΩ，同時(shí)檢查鐵芯對(duì)地、鐵芯對(duì)夾件間的絕緣電阻正常。經(jīng)多方查找分析，排除了檢測(cè)表計(jì)及變壓器外部接地原因，確定主變內(nèi)部鐵芯夾件存在多點(diǎn)接地現(xiàn)象。

2 變壓器正常運(yùn)行時(shí)鐵芯接地的原因

鐵芯當(dāng)有2個(gè)以上單點(diǎn)接地發(fā)生時(shí)叫多點(diǎn)接地，正常變壓器出廠(chǎng)和運(yùn)行是單點(diǎn)接地（由制造廠(chǎng)工藝引出），不允許不接地和2點(diǎn)以上接地。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，帶電繞組及其引線(xiàn)與油箱外殼間構(gòu)成的電場(chǎng)分布不均勻，變壓器鐵芯及其金屬構(gòu)件處于不均勻的電場(chǎng)中，必然會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，而由于鐵芯各部位在這個(gè)電場(chǎng)中的位置不一樣，產(chǎn)生的感應(yīng)電壓大小也不一樣。當(dāng)鐵芯對(duì)地電壓或者鐵芯不同兩點(diǎn)之間的電壓差達(dá)到絕緣的擊穿電壓時(shí)，就會(huì)發(fā)生變壓器的內(nèi)部放電現(xiàn)象。斷續(xù)的放電會(huì)使變壓器油分解劣化，并逐步使固體絕緣損壞，導(dǎo)致變壓器損壞的事故發(fā)生。通常表現(xiàn)在：絕緣材質(zhì)性能退化、安裝工藝不合格包括螺栓把緊、安裝尺寸、檢查驗(yàn)收不嚴(yán)謹(jǐn)，本廠(chǎng)案例便是如此、絕緣油水分含量較多、用才不過(guò)關(guān)（機(jī)械強(qiáng)度、絕緣強(qiáng)度）等或幾種重疊原因。

3 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的危害

（1）在變壓器鐵芯中產(chǎn)生渦流，鐵損增加，使鐵芯的接地引線(xiàn)過(guò)熱。

（2）較長(zhǎng)時(shí)間的多點(diǎn)接地發(fā)熱或放電，會(huì)使油浸變壓器油質(zhì)劣化而產(chǎn)生可燃性氣體，使氣體繼電器動(dòng)作。

（3）多點(diǎn)接地嚴(yán)重，又較長(zhǎng)時(shí)間未處理時(shí)，變壓器連續(xù)運(yùn)行將導(dǎo)致油及繞組也過(guò)熱，使油紙絕緣逐漸老化，會(huì)引起兩片鐵芯疊片間絕緣層老化而脫落，惡性循環(huán)，將引起更大的鐵芯過(guò)熱，最終將鐵芯燒毀。

（4）因鐵芯過(guò)熱使器身中木質(zhì)墊塊及夾件碳化。

（5）嚴(yán)重的多點(diǎn)接地會(huì)使接地線(xiàn)燒斷，使變壓器失去了正常的一點(diǎn)接地，當(dāng)接地故障點(diǎn)消失后，使鐵芯出現(xiàn)懸浮高電位引起放電現(xiàn)象。

4 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的原因分析

變壓器鐵芯及其夾件多點(diǎn)接地是變壓器一種故障類(lèi)型，故障大多由以下原因引起。

（1）變壓器安裝完畢后，未將油箱頂蓋上運(yùn)輸?shù)亩ㄎ讳N(xiāo)拆除或翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，構(gòu)成多點(diǎn)接地。

（2）變壓器側(cè)梁、上梁、墊腳絕緣周?chē)薪饘佼愇锱c油箱短接。

（3）夾件接地線(xiàn)連接不可靠，脫落后與油箱短接。

（4）鐵芯接地引出套管破裂，從箱蓋內(nèi)引出的接地線(xiàn)與箱蓋短接。

（5）變壓器箱蓋的定位螺栓與夾件的絕緣降低。

（6）由于鐵芯夾件肢板距芯柱太近，鐵芯疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點(diǎn)接地。

（7）鐵芯螺桿的襯套過(guò)長(zhǎng)，與鐵芯疊片相碰，構(gòu)成了多個(gè)接地點(diǎn)。

（8）鐵芯下夾件墊腳與鐵芯間的絕緣紙板脫落或破損，使墊腳鐵芯處疊片相碰造成接地。

（9）具有潛油泵裝置的大中型變壓器，由于潛油泵軸承磨損，金屬粉末進(jìn)入油箱中，這些金屬粉末在電磁場(chǎng)的作用下，形成導(dǎo)電小橋，使鐵芯與變壓器外殼短路接地。

（10）變壓器油箱蓋上的溫度計(jì)座套過(guò)長(zhǎng)，與上夾件或鐵芯、旁柱邊沿相碰，構(gòu)成接地。

（11）夾件與鐵芯階梯間的木墊塊受潮或表面不清潔，附有較多的油泥，使其絕緣電阻值降低，構(gòu)成了多點(diǎn)接地。

（12）鐵芯壓板夾件的穿心螺栓位置的絕緣套工藝尺寸不準(zhǔn)（通常是較大時(shí)），穿心螺栓上緊時(shí)受擠壓破裂，運(yùn)行振動(dòng)后穿心螺桿碰到壓板或鐵芯（本廠(chǎng)案例）。

5 變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的查找及處理方法

5.1 變壓器停運(yùn)徹底檢修

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障后，鑒于變壓器在電力系統(tǒng)中的重要性，為保證設(shè)備的安全，應(yīng)將變壓器停電，進(jìn)行吊芯檢查和處理，并根據(jù)變壓器多點(diǎn)接地類(lèi)型及原因，采取相應(yīng)的檢修措施及時(shí)徹底消除故障。但在某些情況下，如將變壓器排油吊芯后仍找不到故障點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)可采用如下方法查找。

5.2 變壓器停運(yùn)臨時(shí)處理

在實(shí)際運(yùn)行中，由于變壓器安裝現(xiàn)場(chǎng)空氣潮濕，變壓器身在空氣中暴露時(shí)間不宜太長(zhǎng)，以及受變壓器本身裝配形式的制約，現(xiàn)場(chǎng)很多情況下無(wú)法及時(shí)找到其確切接地點(diǎn)?；蛴袝r(shí)變壓器上不允許停電解體檢修，對(duì)于鐵銹、焊渣、金屬粉末、油泥沉積等造成的多點(diǎn)接地故障，可試用電容直流電壓法和電焊機(jī)交流電流法處理。

5.3 變壓器不停運(yùn)臨時(shí)處理方法

對(duì)于系統(tǒng)暫不允許停電檢查的變壓器，可采用以下方法臨時(shí)處理。

（1）當(dāng)變壓器鐵芯、夾件有單獨(dú)外引接地線(xiàn)時(shí)，如果接地故障電流較大且接地電流變化不大，可臨時(shí)打開(kāi)接地線(xiàn)運(yùn)行。但必須加強(qiáng)檢測(cè)鐵芯、夾件的電壓，以防鐵芯內(nèi)部接地故障點(diǎn)消失后使鐵芯出現(xiàn)懸浮高電位。

（2）如果多點(diǎn)接地故障點(diǎn)不穩(wěn)定，可在鐵芯工作接地回路中串入一個(gè)滑線(xiàn)電阻作為臨時(shí)應(yīng)急措施，將接地電流限制在0.1A以下，防止故障進(jìn)一步惡化。滑線(xiàn)電阻的選擇，是將正常工作接地線(xiàn)打開(kāi)時(shí)測(cè)得的電壓除以地線(xiàn)上的電流。注意所串電阻不宜太大，以保護(hù)鐵芯基本處于地電位，也不宜太小，太小起不到限流作用，同時(shí)還需注意所串電阻的熱容量，以防電阻燒壞后造成鐵芯開(kāi)路。

6 實(shí)際處理過(guò)程

某電廠(chǎng)1號(hào)主變于2007年9月投產(chǎn)運(yùn)行，額定容量720000kVA。為了正確檢測(cè)出運(yùn)行中的變壓器鐵芯及夾件的接地電流，變壓器分別單獨(dú)設(shè)置一條鐵芯接地引出線(xiàn)和鐵芯夾件接地引出線(xiàn)。在小修中檢測(cè)到1號(hào)主變鐵芯夾件對(duì)地絕緣大幅降低后，專(zhuān)業(yè)維修人員隨即取變壓器油樣做色譜分析，并與以往變壓器油色譜分析數(shù)據(jù)對(duì)比，檢查各項(xiàng)氣體含量沒(méi)有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，且總烴含量均沒(méi)有超過(guò)規(guī)定的注意值，其中乙烯、甲烷含量低或不出現(xiàn)，見(jiàn)表1。

1號(hào)主變鐵芯、夾件接地電流因檢測(cè)用電流表計(jì)損壞沒(méi)有檢測(cè)數(shù)據(jù)，在檢查1號(hào)主變本次小修電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)與以往試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比沒(méi)有明顯變化后，初步判斷為變壓器鐵芯夾件多點(diǎn)接地，且接地故障的時(shí)間應(yīng)該不長(zhǎng)，很有可能是主變油泵在停運(yùn)后，變壓器內(nèi)部的鐵銹、焊渣、金屬粉末等懸浮雜物或油泥沉積造成的夾件多點(diǎn)接地。試開(kāi)啟變壓器油泵將變壓器鐵芯、繞組沖洗一段時(shí)間后，變壓器鐵芯夾件的絕緣電阻仍維持原來(lái)數(shù)值，沒(méi)有發(fā)生任何變化，需另想辦法處理。

考慮到機(jī)組小修即將結(jié)束，變壓器需馬上投入運(yùn)行，已不允許再花費(fèi)大量時(shí)間對(duì)變壓器排油吊芯，進(jìn)行內(nèi)部檢查。經(jīng)參考變壓器廠(chǎng)家技術(shù)人員意見(jiàn)及其他單位處理變壓器鐵芯接地的成功經(jīng)驗(yàn)，專(zhuān)業(yè)人員研究決定暫不對(duì)變壓器排油吊芯檢查，先采用電容直流電壓放電沖擊法或電焊機(jī)交流電流法進(jìn)行處理，在處理無(wú)效的情況下再考慮采取下一步處理措施。

因電氣實(shí)驗(yàn)室有現(xiàn)成的電容器等設(shè)備儀器，同時(shí)考慮電焊機(jī)笨重不好搬運(yùn)，且電流大小、通電時(shí)間不好控制，大電流比較容易損壞鐵芯夾件的絕緣等原因，首先采用電容直流電壓放電沖擊法。

（1）儀器、材料準(zhǔn)備：3000V、108μf、150kvar電容器1臺(tái)；共立3122電動(dòng)兆歐表、FLUK1550B電動(dòng)兆歐表各一個(gè)；FLUK萬(wàn)用表一個(gè)；雙投刀閘1個(gè)；10Ω、14A滑線(xiàn)電阻1個(gè)；高壓絕緣導(dǎo)線(xiàn)若干條。

（2）電容直流電壓放電沖擊接線(xiàn)圖（如圖1）：

（3）實(shí)際沖擊操作步驟；

在準(zhǔn)備好相關(guān)設(shè)備材料后，按圖1接線(xiàn)完畢，調(diào)整好可調(diào)節(jié)電阻阻值后，將刀閘打到絕緣表一側(cè)，按下絕緣表測(cè)試按鈕對(duì)電容充電，待電容充電到試驗(yàn)電壓后，將刀閘打到變壓器鐵芯夾件接地引出線(xiàn)一側(cè)，對(duì)鐵芯夾件放電沖擊，聽(tīng)到“啪”一聲響后，拉開(kāi)刀閘，測(cè)量變壓器鐵芯夾件對(duì)地絕緣電阻。

分中試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)電容沖擊電壓較低時(shí)，鐵芯夾件絕緣電阻上升較慢，將沖擊電壓升高至3000V后，鐵芯夾件絕緣電阻值馬上提高，效果明顯。同時(shí)沖擊過(guò)程中鐵芯夾件的絕緣電阻并不是直線(xiàn)規(guī)律的提高，其中絕緣電阻值在幾次沖擊過(guò)程中有反復(fù)，說(shuō)明沖擊過(guò)程并沒(méi)有使懸浮雜物完全斷開(kāi)，還有重新搭接起來(lái)的可能。所以在對(duì)變壓器進(jìn)行電容放電沖擊后，變壓器投運(yùn)前的這三天時(shí)間里，專(zhuān)業(yè)人員每天測(cè)量一次鐵芯夾件絕緣電阻，電阻值基本維持在22MΩ左右，沒(méi)有出現(xiàn)懸浮雜物重新搭接的現(xiàn)象。并再次取變壓器油樣進(jìn)行色譜分析，檢查各項(xiàng)氣體含量沒(méi)有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明沖擊效果良好，沒(méi)有對(duì)變壓器造成損害。

7 存在的問(wèn)題及建議

（1）當(dāng)運(yùn)行中的變壓器鐵芯或夾件出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障時(shí)，要進(jìn)行綜合測(cè)定和全面分析檢查后，再視現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇處理方案，切不可盲目進(jìn)行放電沖擊或電焊燒除，以免造成變壓器絕緣損壞，使故障擴(kuò)大。

（2）建議在變壓器鐵芯及夾件接地線(xiàn)上裝設(shè)電流表，并加強(qiáng)巡視，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)接地故障。特別是在放電沖擊法消除接地故障后，更需加強(qiáng)監(jiān)視，防止再次形成故障。

（3）每次變壓器吊芯大修時(shí)，需要清潔油箱底部的油泥、鐵銹等雜物，并用油對(duì)鐵芯進(jìn)行一次全面沖洗。

（4）加強(qiáng)變壓器潛油泵的檢修維護(hù)，防止由于軸承的磨損或金屬的剝落，引起變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障。

8 結(jié)束語(yǔ)

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地是變壓器不算常見(jiàn)的一種故障，但對(duì)變壓器的安全運(yùn)行具有很大的威脅。因此，技術(shù)人員應(yīng)提高對(duì)鐵芯多點(diǎn)接地故障的認(rèn)識(shí)，通過(guò)分析故障產(chǎn)生的原因，制定出合理的、科學(xué)的診斷方法及處理措施，最大限度減少設(shè)備停電時(shí)間和降低處理成本。同時(shí)大型變壓器是電力系統(tǒng)的重要裝置，所以筆者建議在變壓器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止運(yùn)行，并將變壓器吊芯作詳細(xì)檢查徹底處理，以達(dá)到避免損壞設(shè)備、減少經(jīng)濟(jì)損失的目的。

參考文獻(xiàn)

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