對(duì)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析及處理

王秋榮

國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司佳木斯供電公司 佳木斯 154000

對(duì)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析及處理

王秋榮

國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司佳木斯供電公司 佳木斯 154000

本文詳細(xì)介紹了變壓器常發(fā)性故障—鐵芯多點(diǎn)接地的幾種類型及成因，從而提出變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析處理程序并列舉了兩個(gè)處理實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。

變壓器；鐵芯；接地；故障；程序

變壓器的繞組和鐵芯是傳遞、變換電磁能量的主要部件。保證它們的安全是變壓器可靠運(yùn)行的關(guān)鍵。統(tǒng)計(jì)資料表明因鐵芯問(wèn)題造成故障，占變壓器總事故中的第三位。鐵芯多點(diǎn)接地會(huì)在接地點(diǎn)形成閉合回路，造成環(huán)流，引起鐵芯局部過(guò)熱導(dǎo)致絕緣油分解，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵芯，導(dǎo)致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電，甚至損壞變壓器[1]。因此準(zhǔn)確、及時(shí)地診斷與處理變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障，對(duì)保證變壓器的安全運(yùn)行具有重要意義。

一、變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的類型和成因

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障按接地性質(zhì)可分為兩大類：不穩(wěn)定接地和穩(wěn)定接地。[2]1、不穩(wěn)定接地是指接地點(diǎn)接地不牢靠，接地電阻變化較大，多是由于異物在電磁場(chǎng)作用下形成導(dǎo)電小橋造成的接地故障，如變壓器油泥、金屬粉末等。2、穩(wěn)定接地（也稱死接地現(xiàn)象）是指接地點(diǎn)接地牢靠，接地電阻穩(wěn)定無(wú)變化，多是由于變壓器內(nèi)部絕緣缺陷或廠家設(shè)計(jì)安裝不當(dāng)造成的接地故障，如鐵芯穿芯螺栓、壓環(huán)壓釘?shù)鹊慕^緣破壞等[3]。

二、變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析處理程序

變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析處理分如下四個(gè)步驟

1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，判斷是否存在鐵芯多點(diǎn)接地故障

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析包括變壓器油色譜數(shù)據(jù)分析和電氣測(cè)量數(shù)據(jù)分析。

1.1 色譜數(shù)據(jù)分析：目前，用油中溶解氣體色譜分析方法是監(jiān)測(cè)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障最簡(jiǎn)便、最為有效的方法。常用的是“三比值法”和德國(guó)“四比值法”。由于三比值法只能在變壓器油中溶解氣體各組分含量超過(guò)注意值或產(chǎn)氣速率超過(guò)限值方可進(jìn)行判斷，不便于在故障初期進(jìn)行判別，因此建議使用“四比值法”進(jìn)行判斷。利用五種特征氣體的四對(duì)比值來(lái)判斷故障，在四比值法中，以“鐵件或油箱中出現(xiàn)不平衡電流”一項(xiàng)來(lái)判斷變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障，其準(zhǔn)確度是相當(dāng)高。

判據(jù)為：CH4/H2＝1～3；C2H6/C2H4＜1；C2H4/C2H6≥3；C2H2/ C2H4＜0.5。其中CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2為被測(cè)充油電氣設(shè)備中特征氣體的含量（ppm）。

滿足判據(jù)條件即可判定為鐵芯多點(diǎn)接地故障。

1.2 電氣測(cè)量數(shù)據(jù)分析：變壓器正常運(yùn)行時(shí)，可在變壓器鐵芯外引接地套管的接地引下線上用鉗型電流表測(cè)量引線上是否有電流，正常情況下此電流很小，為mA級(jí)（一般小于0.3A），當(dāng)存在多點(diǎn)接地故障時(shí)，環(huán)流上升到“A”級(jí)，最大電流可達(dá)數(shù)百安培，通過(guò)測(cè)量環(huán)流便能對(duì)鐵芯接地故障進(jìn)行判斷。

當(dāng)設(shè)備停止運(yùn)行時(shí)，斷開(kāi)鐵芯引出接地線，用2500V兆歐表對(duì)鐵芯接地套管測(cè)量絕緣電阻，如電阻值為零或與歷年數(shù)據(jù)相比較其值降低很多，則表明變壓器內(nèi)部可能存在鐵芯多點(diǎn)接地，此時(shí)應(yīng)正確測(cè)量各級(jí)繞組的的直流電阻，若各組數(shù)據(jù)未超標(biāo)，且各相之間與歷次測(cè)試數(shù)據(jù)之間相比較無(wú)明顯偏差，變化規(guī)律基本一致，則可排除故障部位在電氣回路內(nèi)，從而確認(rèn)主變鐵芯多點(diǎn)接地故障。

2、設(shè)備運(yùn)行狀況分析，判斷鐵芯多點(diǎn)接地故障類型

在確認(rèn)了變壓器鐵芯確實(shí)存在多點(diǎn)接地故障，則應(yīng)對(duì)變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，判斷鐵芯多點(diǎn)接地故障的類型，以便于確認(rèn)應(yīng)急措施及處理方案。

首先應(yīng)查詢變壓器投運(yùn)的時(shí)間、負(fù)荷情況、有無(wú)突發(fā)故障或沖擊等，其次是變壓器歷史運(yùn)行情況，安裝試驗(yàn)記錄等，綜合以上因素再結(jié)合色譜分析、電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，確認(rèn)鐵芯接地故障的類型。如變壓器鐵芯電阻突然降低，色譜分析數(shù)據(jù)無(wú)異常，而變壓器長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有運(yùn)行，則可能是由于油泥沉淀導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地，屬于不穩(wěn)定接地故障，對(duì)應(yīng)采取措施消除即可。

3、采取應(yīng)急措施，排除不穩(wěn)定接地故障，限制鐵芯多點(diǎn)接地故障發(fā)展

在確認(rèn)了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的類型后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及故障類型采取應(yīng)急措施，從而排除不穩(wěn)定接地或限制故障的發(fā)展。

對(duì)于不穩(wěn)定接地故障，在設(shè)備停運(yùn)的情況下，可采用電容放電沖擊法排除故障，方法如下：如圖一，將K接于鐵芯正常接地點(diǎn)（變壓器鐵芯接地引出線斷開(kāi)），利用兆歐表對(duì)電容進(jìn)行充電約60S后，將刀閘開(kāi)關(guān)K倒向放電回路，電容對(duì)鐵芯接地故障點(diǎn)放電，然后測(cè)試鐵芯絕緣電阻，如電阻值恢復(fù)正常則故障排除，否則重復(fù)充放電過(guò)程幾次即可排除故障。由于變壓器鐵芯底部絕緣墊塊較薄，采取的沖擊電流不宜過(guò)大，避免發(fā)生擊穿。

對(duì)于變壓器出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障，但不能退出運(yùn)行者，則應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，并采取臨時(shí)措施，限制接地故障的發(fā)展。①縮短變壓器色譜分析周期，監(jiān)視故障點(diǎn)的產(chǎn)氣速率②定期測(cè)量鐵芯的接地電流，如故障電流較大可臨時(shí)打開(kāi)地線運(yùn)行，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，避免故障點(diǎn)消除后鐵芯出現(xiàn)懸浮電位，產(chǎn)生放電現(xiàn)象③對(duì)于不穩(wěn)定接地，可在鐵芯接地引出線中串入一個(gè)可調(diào)電阻，將電流限制在1A以下。

4、停電檢修，徹底排除鐵芯多點(diǎn)接地故障

如故障很嚴(yán)重，且有不斷發(fā)展的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全，在條件允許下，可對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩檢修，徹底排除故障。

在吊罩檢修查找故障時(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)步驟：①外觀檢查。檢查鐵芯與夾件支板是否相碰，硅鋼片是否有波浪鼓起，上下夾件與鐵芯之間、鐵芯柱與拉板之間有無(wú)異物，夾件與油箱壁是否相碰，下鐵軛與箱底是否有異物橋接短路等，如未發(fā)現(xiàn)異常，則進(jìn)行下一步試驗(yàn)②直流法。將鐵心與夾件的連接片打開(kāi)，在鐵軛兩側(cè)的硅鋼片上通人6V的直流，然后用直流電壓表依次測(cè)量各級(jí)硅鋼片間的電壓，當(dāng)電壓等于零或者表針指示反向時(shí)，則可認(rèn)為該處是故障接地點(diǎn)。③交流法。將變壓器低壓繞組接人220—380V交流電壓，高壓側(cè)與中壓側(cè)短路接地，此時(shí)鐵心中有磁通存在。如果有多點(diǎn)接地故障時(shí)，用毫安表測(cè)量會(huì)出現(xiàn)電流(鐵心和夾件的連接片應(yīng)打開(kāi))。用毫安表沿鐵軛各級(jí)逐點(diǎn)測(cè)量，當(dāng)毫安表中電流為零時(shí)，則該處為故障點(diǎn)。這種測(cè)電流法比測(cè)電壓法準(zhǔn)確、直觀。若用②③兩種方法，仍查不出故障點(diǎn)，最后可確定為鐵心下夾件與鐵軛階梯間的木塊受潮或表面有油泥。將油泥清理干凈后，進(jìn)行干燥處理，故障可排除。—般對(duì)變壓器油進(jìn)行微水分析可發(fā)現(xiàn)是否受潮。④鐵心加壓法。就是將鐵心的正常接地點(diǎn)斷開(kāi)，用交流試驗(yàn)裝置給鐵心加電壓，若故障點(diǎn)接觸不牢固，在升壓過(guò)程中會(huì)聽(tīng)到放電聲，根據(jù)放電火花可觀察到故障點(diǎn)。當(dāng)試驗(yàn)裝置電流增大時(shí)，電壓升不上去，沒(méi)有放電現(xiàn)象，說(shuō)明接地故障點(diǎn)很穩(wěn)固，此時(shí)可采用下述的電流法。⑤鐵心加大電流法。也是將鐵心的正常接地點(diǎn)斷開(kāi)，用電焊機(jī)裝置給鐵心加電流。當(dāng)電流逐漸增大，且鐵心故障接地點(diǎn)電阻大時(shí)，故障點(diǎn)溫度升高很快，變壓器油將分解而冒煙，從而可以觀察到故障點(diǎn)部位。故障點(diǎn)是否消除可用鐵心加壓法驗(yàn)證。

三、兩起變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的分析處理實(shí)例

3.1 實(shí)例1

新民220KV變電所2#主變2004年10月9日預(yù)試時(shí)發(fā)現(xiàn)其鐵芯絕緣

電阻為0MΩ，遂按照鐵芯多點(diǎn)接地處理程序處理。

從下表1可以看出新民220KV變電所2#主變色譜分析數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，變壓器內(nèi)部無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生。

表1：新民220KV變電所2#主變色譜分析數(shù)據(jù)對(duì)比表

從表2可以看出新民220KV變電所2#主變鐵芯絕緣電阻2002、2003年良好，2004年預(yù)試時(shí)突然降低，電阻為0MΩ，存在多點(diǎn)接地故障。

表2：新民220KV變電所2#主變鐵芯絕緣電阻數(shù)據(jù)對(duì)比表

調(diào)閱新民220KV變電所2#主變運(yùn)行記錄發(fā)現(xiàn)由于新民220KV變電所2#主變負(fù)荷較小，新民220KV變電所2#主變2004年7月起停止運(yùn)行至10月預(yù)試時(shí)，判斷接地故障屬于不穩(wěn)定接地，可能是由于長(zhǎng)期不運(yùn)行，油泥或金屬粉末短接導(dǎo)致鐵芯多點(diǎn)接地故障的發(fā)生，可以利用電容沖擊法解決。

2004年10.10日，采用2500V兆歐表，50uF電容充電60秒后升壓至370V對(duì)鐵心放電，變壓器內(nèi)一聲悶響，測(cè)試鐵心絕緣電阻恢復(fù)到8KΩ，再次對(duì)電容充電至500V進(jìn)行放電沖擊，變壓器內(nèi)再次傳來(lái)一聲悶響，鐵心絕緣電阻恢復(fù)到1500MΩ，結(jié)果正常，將變壓器潛油泵全開(kāi)30分鐘循環(huán)后，鐵心電阻無(wú)變化，故障徹底消除。

3.2 實(shí)例2

達(dá)蓮河220KV變電所2#主變長(zhǎng)期鐵芯絕緣電阻接近0MΩ，按照鐵芯多點(diǎn)接地處理程序分析，從表3看其色譜分析數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化，變壓器內(nèi)部無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生。

表3：達(dá)蓮河220KV變電所2#主變色譜分析數(shù)據(jù)對(duì)比表

從表4可以看出達(dá)蓮河220KV變電所2#主變鐵芯絕緣電阻歷年處于接近0MΩ，存在多點(diǎn)接地故障。

表4：達(dá)蓮河220KV變電所2#主變鐵芯絕緣電阻數(shù)據(jù)對(duì)比表

由于達(dá)蓮河220KV變電所2#主變鐵芯多點(diǎn)接地故障長(zhǎng)期存在，調(diào)閱達(dá)蓮河220KV變電所2#主變運(yùn)行記錄無(wú)異常現(xiàn)象，無(wú)法有效區(qū)分接地類型，遂加強(qiáng)了對(duì)達(dá)蓮河220KV變電所2#主變的監(jiān)視工作，堅(jiān)持對(duì)運(yùn)行中鐵芯接地電流進(jìn)行監(jiān)視(電流值為3mA，在允許范圍內(nèi))，并安排停電吊罩檢修。

2004年12 月9日對(duì)達(dá)蓮河220KV變電所2#主變吊罩檢修，首先外觀檢查，發(fā)現(xiàn)變壓器下鐵軛與箱底有金屬屑橋接短路現(xiàn)象，清除金屬屑并用變壓器油沖洗箱底后測(cè)試鐵芯絕緣電阻，絕緣電阻恢復(fù)到3000 MΩ，故障排除。

四、結(jié)束語(yǔ)

出現(xiàn)變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障應(yīng)及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷故障類型，確定相應(yīng)的處理方式，對(duì)于油泥等不穩(wěn)定接地故障，不宜盲目采取吊罩檢修方法，可用電容沖擊法排除，以免造成人力資源的浪費(fèi)和停電損失。

[1]馬良騰，王守杰.變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的原因及處理. 電子技術(shù)，1999，23(3)：44-46.

[2]閻永明.變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的檢測(cè)與處理.山西電力技術(shù)，2001/01

[3]查軍.變壓器鐵心故障的分析及處理.高電壓技術(shù)，2002/03

4.3 水下氣囊助浮綁扎

入水前，鋼管上綁扎氣囊，使鋼管與氣囊負(fù)浮力約為其自重的10%。綁扎的氣囊要緊靠管道頂部，這樣可以減少水流的阻力。因水流速度中間最大，水面其次，水底最小，而管道基槽內(nèi)的水流較弱，管頂綁扎的助浮氣囊及沉管受水流的影響不大。

出運(yùn)氣囊的規(guī)格為：直徑1.5m、長(zhǎng)度18m的特制氣囊。一個(gè)氣囊的排水量31.8m3，100m鋼管自重99t，由于每個(gè)氣囊的重量約3.5t，故每100m鋼管綁扎3個(gè)氣囊即可，氣囊布置在原水輸水鋼管頂部。

4.4 水底拖運(yùn)

拖引船泊就位，對(duì)岸拖引鋼纜與管道軸線一致。水底鋼管拖動(dòng)時(shí)，鋼管頭部采用鋼板封堵，并且用浮吊船將鋼管頭部吊至高于河床底部0.5m左右，始終保持抬頭狀態(tài)，通過(guò)測(cè)量和潛水員的探摸來(lái)控制管頭，使鋼管頭部不鉆入沙土中，減少拖管的阻力。如發(fā)現(xiàn)拖引力增大，適當(dāng)增加氣囊浮力。沿著拖拽鋼管管身每間隔50m設(shè)定一根標(biāo)桿，每拖引50m，測(cè)量管道頭部、管身座標(biāo)一次，防止管頭、管身偏離設(shè)計(jì)軸線。如發(fā)現(xiàn)標(biāo)桿偏離設(shè)計(jì)軸線，則采用錨纜和起重船及時(shí)調(diào)整，確保管道能安裝在基槽的正確位置上。

考慮水流影響造成回淤量增加，從而使拉力增大，擬分派3組潛水員分段水下維護(hù)、檢查、清淤。如發(fā)現(xiàn)局部回淤量高于施工允許的誤差，潛水員將用水下吸泥器和高壓水槍及時(shí)把回淤清除。

每一個(gè)循環(huán)拖管長(zhǎng)度為240m（有時(shí)160m），每拖運(yùn)50m要測(cè)量一次鋼管頭部的坐標(biāo)、中間的鋼管通過(guò)浮標(biāo)、測(cè)桿每隔100m進(jìn)行復(fù)檢一次，保證管線不偏離軸線?？紤]水流影響，選擇低平潮拖運(yùn)。

每次發(fā)射管道長(zhǎng)度和拖管長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)，拖運(yùn)速度要慢，陸上、水下、對(duì)岸指揮要統(tǒng)一進(jìn)行。

5.結(jié)束語(yǔ)

氣囊在底拖法施工海底鋼制管道中的作用分為兩部分，第一是陸上出運(yùn)時(shí)，在鋼管下面合理鋪設(shè)氣囊并適當(dāng)充氣，拖拉鋼管時(shí)，利用氣囊滾動(dòng)協(xié)助出運(yùn)；第二部分是水下拖拉部分，在鋼管上按預(yù)定方案綁扎好氣囊，減小管道負(fù)浮力，從而降低鋼管與基槽之間的摩擦力，以防止防腐層破壞。助浮氣囊和滾動(dòng)氣囊的應(yīng)用不但確保了工程質(zhì)量安全，簡(jiǎn)化了施工工藝，大大降低了對(duì)牽引設(shè)備的要求，而且降低了施工成本，加快了施工進(jìn)度。

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