變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障判斷及處理方法

摘 要：文章介紹了變壓器鐵芯只能一點(diǎn)接地的原因，闡述了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的檢測(cè)方法及處理方法，并結(jié)合一起110kV變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的處理過(guò)程，解決了實(shí)際問(wèn)題，保證了設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供電可靠性。

關(guān)鍵詞：變壓器鐵芯；多點(diǎn)接地；判斷處理

1 鐵芯只能一點(diǎn)接地的原因

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過(guò)寄生電容的耦合作用使鐵芯對(duì)地產(chǎn)生一定的懸浮電位。當(dāng)電位達(dá)到能夠擊穿絕緣時(shí)，鐵芯將對(duì)其他金屬構(gòu)件放電，放電會(huì)使變壓器油分解，長(zhǎng)期下去，將導(dǎo)致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，變壓器鐵芯應(yīng)與變電站接地系統(tǒng)可靠連接，使鐵芯處于零電位。

當(dāng)鐵芯存在多點(diǎn)接地后，接地點(diǎn)間就會(huì)形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流大小取決于故障點(diǎn)與正常接地點(diǎn)的相對(duì)位置，兩者相對(duì)位置越遠(yuǎn)，環(huán)流越大，一般可達(dá)到幾安到幾十安。該電流會(huì)引起鐵芯局部過(guò)熱，導(dǎo)致變壓器油分解，產(chǎn)生可燃?xì)怏w，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，使變壓器不能繼續(xù)運(yùn)行。因此，鐵芯只能一點(diǎn)接地。

2 鐵芯多點(diǎn)接地故障的檢測(cè)方法

2.1 色譜分析法

通常發(fā)生故障后，油中總烴含量超過(guò)《規(guī)程》規(guī)定的注意值（150ppm），其分組含量按乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）順序遞減?？偀N的產(chǎn)生速率超過(guò)《規(guī)程》規(guī)定的注意值（密封式為0.5ml/h）。因?yàn)橐蚁┦桥袛噼F芯多點(diǎn)接地故障的主要特征氣體，所以乙烯的產(chǎn)生速率也呈急劇上升趨勢(shì)。

在色譜分析中，最常用的是三比值法。三比值法是利用五種特征氣體的三個(gè)比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），按一定的編碼規(guī)則將三個(gè)比值表示成三位數(shù)的一個(gè)編碼，利用這個(gè)編碼對(duì)應(yīng)的狀態(tài)即可對(duì)故障進(jìn)行判斷。其中有三個(gè)編碼組合與變壓器鐵芯故障有關(guān)，編碼是020、021、022，分別對(duì)應(yīng)的故障是150℃至300℃低溫范圍的熱故障，300℃至700℃中等溫度范圍的熱故障，高于700℃的高溫范圍熱故障。應(yīng)注意的是，只有特征氣體超過(guò)注意值，才能用三比值法判斷其故障性質(zhì)，氣體含量正常時(shí)，三比值法沒(méi)有意義。

2.2 電氣法

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，鐵芯外引接地引下線(xiàn)上的電流很小，一般不超過(guò)0.1A。變壓器在運(yùn)行中，可用鉗形電流表在變壓器鐵芯引下線(xiàn)上測(cè)量是否有電流，也可在引下線(xiàn)串入電流表。在用鉗形電流表測(cè)量時(shí)應(yīng)該注意電磁場(chǎng)的干擾，為消除干擾，測(cè)量時(shí)可將鉗形電流表緊挨接地線(xiàn)并保持水平，讀出電流值，之后將接地線(xiàn)嵌入，再讀值，兩次電流值之差就是實(shí)際接地電流值。

變壓器停運(yùn)后，為進(jìn)一步核實(shí)鐵芯是否存在多點(diǎn)接地，應(yīng)將鐵芯引出小套管的接地線(xiàn)打開(kāi)，用2500V兆歐表測(cè)量鐵芯對(duì)地的絕緣電阻，由此來(lái)判斷故障是否存在。如果判斷出鐵芯為多點(diǎn)接地，還應(yīng)該測(cè)量鐵芯對(duì)地電阻，用來(lái)進(jìn)一步判斷接地故障是金屬性接地還是非金屬性接地，以便確定處理方案。

3 鐵芯多點(diǎn)接地故障的處理方法

對(duì)于暫不能退出運(yùn)行的變壓器，可以在引下線(xiàn)串一個(gè)限流電阻，將接地電流限制在安全范圍0.1A以下。電阻的選擇原則，是將正常工作接地線(xiàn)打開(kāi)測(cè)得電壓U除以0.1A，即R≥U/0.1，同時(shí)還應(yīng)該選取適當(dāng)?shù)碾娮韫β?，以滿(mǎn)足運(yùn)行中電阻的發(fā)熱需要，如圖1所示。

能退出運(yùn)行的變壓器，對(duì)于非金屬性接地，故障可判斷為鐵芯與軛鐵間的絕緣墊塊受潮或鐵芯表面附著油泥，一般對(duì)變壓器油進(jìn)行微水分析可判斷絕緣墊塊是否受潮，如果受潮則進(jìn)行干燥處理，油泥附著可用變壓器油進(jìn)行沖刷。對(duì)金屬性接地，可采用電容放電沖擊法和大電流沖擊法處理故障。電容沖擊法是利用兆歐表對(duì)電容器進(jìn)行充電，電容器再對(duì)鐵芯故障點(diǎn)放電的方法，原理如圖2所示。由于變壓器鐵芯底部絕緣墊塊較薄，故采用電容沖擊法的沖擊電流不宜過(guò)大，以免發(fā)生擊穿，一般采用單只高壓并聯(lián)電容器。大電流法是利用大電流通過(guò)時(shí)的高溫將鐵芯故障接地點(diǎn)燒斷來(lái)排除故障的方法。此種方法危險(xiǎn)系數(shù)高，如果操作不當(dāng)，將可能造成嚴(yán)重的后果，甚至可能會(huì)燒壞變壓器。

當(dāng)鐵芯對(duì)地電阻恢復(fù)后，還應(yīng)該承受交流1000V耐壓1min，之后再檢查其對(duì)地絕緣電阻。如果絕緣電阻合格方可認(rèn)為接地點(diǎn)已消除。

4 一起110kV變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障的處理

某110kV變電所#1主變是由山東達(dá)馳變壓器廠2007年3月生產(chǎn)并于2007年10月投入運(yùn)行，其型號(hào)為SFSZ7-20000/110，容量為20MVA的變壓器。此臺(tái)主變?cè)?013年發(fā)生過(guò)鐵芯多點(diǎn)接地故障，故障為鐵芯疊片有一處翻翹，處理后各項(xiàng)試驗(yàn)均合格并投運(yùn)運(yùn)行。2015年試驗(yàn)人員按計(jì)劃對(duì)該變電所#1主變進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)。表1是#1主變幾次油化驗(yàn)色譜取樣數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)可以看出變壓器油各項(xiàng)指標(biāo)均未達(dá)到注意值，分析結(jié)果均正常。但常規(guī)停電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵芯對(duì)地絕緣電阻不穩(wěn)定，分析是由于異物在電磁場(chǎng)作用下形成導(dǎo)電小橋造成的不穩(wěn)定接地故障，異物可能為金屬粉末等。

2015年10月27日，按照檢修計(jì)劃對(duì)#1主變進(jìn)行吊罩檢查。從外觀上并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的接地痕跡，之后用2500V兆歐表檢查了穿芯螺栓對(duì)鐵芯及夾件的絕緣，發(fā)現(xiàn)絕緣良好。用2500V兆歐表檢查鐵芯對(duì)地絕緣，發(fā)現(xiàn)在鐵芯底部有短暫間歇放電聲，隨后放電聲消失，兆歐表顯示為零，出現(xiàn)了穩(wěn)定接地現(xiàn)象。

為了能確切找到接地點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)決定采用直流法測(cè)試。在鐵軛兩側(cè)的硅鋼片上通入6V的直流電源，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)電壓等于零時(shí)，則可認(rèn)為該處是故障連接點(diǎn)，如圖3所示。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)第6片硅鋼片電壓為零，判斷故障接地點(diǎn)應(yīng)在第6片硅鋼片上。由于鐵芯與下夾件之間空間狹小，經(jīng)多次處理并不理想。

對(duì)于這種情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及兩種沖擊法的優(yōu)缺點(diǎn)，試驗(yàn)人員決定采用電容沖擊法進(jìn)行故障排除最為合適。首先用5000V兆歐表對(duì)一臺(tái)電容量為1.32μF的高壓并聯(lián)電容器充電，之后用電容器對(duì)變壓器鐵芯放電，聽(tīng)見(jiàn)了鐵芯與下夾件之間有清脆的放電聲，再測(cè)鐵芯對(duì)地絕緣電阻為2000MΩ，同時(shí)對(duì)其他部位進(jìn)行了詳細(xì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常，故障消失，表明沖擊成功。蓋罩充油后，對(duì)直流電阻等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，均達(dá)到運(yùn)行要求。投運(yùn)后，對(duì)色譜進(jìn)行跟蹤分析，未發(fā)現(xiàn)異常。

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵芯接地故障已成為變壓器常見(jiàn)故障之一，平時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器鐵芯在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)進(jìn)行判斷分析處理。通過(guò)此次事故處理可以得到兩點(diǎn)值得注意的問(wèn)題：在實(shí)例中變壓器鐵芯發(fā)生不穩(wěn)定接地故障時(shí)，色譜分析并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯異常，可能是由于故障點(diǎn)比較接近正常接地點(diǎn)，環(huán)流值很小，使色譜分析指標(biāo)沒(méi)有達(dá)到注意值；在處理鐵芯多點(diǎn)接地故障過(guò)程中，應(yīng)該慎重使用電焊機(jī)進(jìn)行沖擊，電焊機(jī)電流大，故障點(diǎn)溫度升高很快，如果觸及時(shí)間稍長(zhǎng)就會(huì)把故障點(diǎn)焊牢，再持續(xù)沖擊將有可能對(duì)鐵芯造成損害，為故障處理造成困難。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T7252-2001.變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則[S].國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2001.

[2]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)[M].中國(guó)水利水電出版社，2009.

[3]陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].中國(guó)水利水電出版社，2009.