變壓器鐵心質(zhì)量及局部過熱故障分析處理

賈浩

摘 要：介紹了變壓器鐵心的作用以及鐵心制造質(zhì)量控制，分析鐵心局部過熱原理及故障產(chǎn)生原因，判斷局部過熱的常用方法。

關(guān)鍵詞：變壓器；鐵心；局部過熱；多點(diǎn)接地

變壓器工作原理是電磁感應(yīng)原理。鐵心是變壓器的基本部件，是變壓器的磁路和安裝骨架。它把一次電路的電能轉(zhuǎn)為磁能，同時(shí)將磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔?，是能量轉(zhuǎn)換的媒介。鐵心質(zhì)量的優(yōu)劣，直接關(guān)系到變壓器的安全運(yùn)行。

1 鐵心材料與質(zhì)量檢查

1.1 鐵心材料

在變壓器中，鐵心材料作為一種媒介材料扮演了一個(gè)重要角色，它的特性在很大程度上決定了變壓器本體性能的優(yōu)劣。電工硅鋼片由于其鐵損低、性能優(yōu)良、飽和磁密較高等特點(diǎn)，被廣泛用于制造變壓器鐵心。

1.2 鐵心質(zhì)量檢查

（1）鐵心制作過程中及整理完成后所要進(jìn)行的最基本的質(zhì)量檢查項(xiàng)目就是外觀檢查。主要檢查鐵心片表面絕緣膜有無損傷，絕緣良好，鐵心及零部件的表面清潔度，鐵心緊固件緊固可靠，鐵心及金屬件表面涂裝質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。（2）檢查鐵心的絕緣電阻。包括鐵心對(duì)地電阻、鐵心層間電阻必須滿足要求值。防止鐵心多點(diǎn)接地，造成變壓器故障，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。（3）檢查鐵心的重要尺寸。鐵心直徑尺寸以及心柱垂直度要在直徑允許偏差范圍內(nèi)，防止影響變壓器線圈套裝。

2 鐵心局部過熱原理及原因分析

2.1 局部過熱原理

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，帶電的線圈繞組、引線周圍均存在電場(chǎng)，鐵心和夾件等金屬結(jié)構(gòu)件處于該電場(chǎng)中，由于所處位置不同，所具有的電位也各不相同。當(dāng)鐵心兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上接地時(shí)，則在接地點(diǎn)間形成閉合回路，并與鐵心內(nèi)的交變磁通相交鏈而產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓在鐵心及其它處于零電位的金屬結(jié)構(gòu)件形成的回路中產(chǎn)生數(shù)十安的電流或環(huán)流，由此引起局部過熱，導(dǎo)致油分解并產(chǎn)生烴類氣體，還可能使接地片熔斷或燒壞鐵心，導(dǎo)致鐵心電位懸浮，產(chǎn)生放電。這就是變壓器鐵心設(shè)計(jì)和制造過程中，必須采用單點(diǎn)接地方式的原因。

2.2 局部過熱原因分析

變壓器鐵心局部過熱故障原因，總結(jié)有如下幾點(diǎn)：

（1）大型電力變壓器鐵心的最外級(jí)鐵心片沒有開槽或開槽的長度不夠或開槽數(shù)少，輻向漏磁場(chǎng)在末級(jí)鐵心片感應(yīng)的渦流大，使對(duì)應(yīng)繞組上、下端的末級(jí)鐵心片產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。該過熱故障不僅與鐵心片結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，還取決于流向鐵心一側(cè)的輻向漏磁通。因此，設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，調(diào)整或優(yōu)化繞組線匝分布，減小流向鐵心一側(cè)和流向油箱側(cè)的輻向漏磁通，進(jìn)而避免這些結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生局部過熱。（2）鐵心發(fā)生多點(diǎn)接地，在鐵心中產(chǎn)生環(huán)流，引起鐵心局部過熱。鐵心多點(diǎn)接地有以下幾種常見類型：①鐵心夾件絕緣、墊腳絕緣等受潮或損壞，或箱底沉積油泥及水分，使絕緣電阻降低，引起鐵心多點(diǎn)接地。②強(qiáng)迫油循環(huán)方式變壓器的潛油泵軸承磨損產(chǎn)生的金屬粉末或制造過程中的金屬焊渣及其它金屬異物進(jìn)入油箱并堆積在油箱底部，在電磁力和其它外力的作用下形成橋路，使下鐵軛的下表面與墊腳或箱底短路，造成多點(diǎn)接地。③鐵心疊片邊緣有尖角毛刺、翹邊或不整齊，安裝時(shí)疏忽導(dǎo)致鐵心與相鄰?qiáng)A件之間短路，形成的環(huán)流引起的局部過熱。④變壓器運(yùn)輸過程中，沖撞、振動(dòng)使部分鐵心疊片移位或竄出，與鄰近結(jié)構(gòu)件相碰而多點(diǎn)接地。由于長時(shí)震動(dòng)，鐵心緊固件松動(dòng)脫落掉在鐵心上，導(dǎo)致鐵心與相鄰金屬件接觸，引起局部過熱。

2.3 運(yùn)行過程中鐵心局部過熱故障判斷方法

對(duì)鐵心產(chǎn)生局部過熱及多點(diǎn)接地故障有多種判定方法，實(shí)際處理中一般會(huì)綜合分析，下面介紹幾種常用的方法：

（1）絕緣電阻與入地電流的測(cè)量。變壓器鐵心多點(diǎn)接地的檢測(cè)主要是測(cè)量鐵心對(duì)地絕緣電阻和接地電流，在變壓器停用時(shí)，用絕緣電阻表測(cè)量鐵心對(duì)地絕緣電阻，正常阻值應(yīng)大于200MΩ，若阻值太低則說明有異常；入地電流用鐵心接地電流監(jiān)測(cè)儀或串聯(lián)電流表測(cè)量，正常時(shí)近為毫安級(jí)，當(dāng)變壓器鐵心入地電流或環(huán)流為安培級(jí)時(shí)就需引起注意。（2）油色譜分析。在鐵心故障的判斷過程中，可同時(shí)結(jié)合變壓器油的色譜分析進(jìn)行綜合判斷，這是一種較為成熟地判斷變壓器故障的方法。（3）特征氣體法。變壓器發(fā)生多點(diǎn)接地時(shí)，不僅由于正常負(fù)載的磁通在鐵心故障部位產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，同時(shí)兩接地點(diǎn)間的環(huán)流在鐵心故障部位產(chǎn)生有功損耗，在其共同作用下，鐵心過熱。導(dǎo)致油分解，產(chǎn)生烴類氣體。根據(jù)氣體成分及所占比例確認(rèn)故障類型。一般鐵心多點(diǎn)接地故障情況下，乙烯（C2H4）占總烴的比例最高，達(dá)40%-60%，其次是甲烷（CH4）?！景咐浚盒吞?hào)為QYJ-50000/220的高鐵變壓器運(yùn)行時(shí)，2013年2月鐵芯接地電流突然增大，接地電流由0.02A猛增至6A，1h后接地電流恢復(fù)正常。2014年2月運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)輕瓦斯保護(hù)報(bào)警信號(hào)，查詢?cè)诰€檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)鐵芯電流由原來的0.45mA突然增大至6664mA，1h后降為0.45mA。隨后對(duì)變壓器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器內(nèi)部有氣體，輕瓦斯動(dòng)作。測(cè)鐵心對(duì)地絕緣電阻無異常，當(dāng)天變壓器退出運(yùn)行。變壓器本體油樣化驗(yàn)，油中含23.59μL/L的乙炔，乙烯含量183.14μL/L，甲烷含量87.28μL/L，氫氣含量228.49μL/L，總烴含量為303.37μL/L。綜合以上數(shù)據(jù)，可初步確認(rèn)為臨時(shí)鐵心多點(diǎn)接地導(dǎo)致的故障。（4）電氣試驗(yàn)法。測(cè)量變壓器的空載損耗和空載電流并進(jìn)行空載試驗(yàn)前后的油色譜分析，是分析判斷變壓器鐵心或磁路中是否存在故障或缺陷的有效方法。

3 結(jié)論

變壓器鐵心產(chǎn)生局部過熱或多點(diǎn)接地故障，將直接影響到變壓器的安全運(yùn)行，進(jìn)而影響整個(gè)電力網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行。因此，能夠?qū)收项愋妥龀鰷?zhǔn)確判斷，同時(shí)及時(shí)處理故障具有十分重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]變壓器制造叢書編審委員會(huì).變壓器鐵心制造工藝.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.