干式變壓器鐵心多點接地的診斷及危害

姚 麗，楊傳文，王興隆，王 瑾

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京100068；2.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108）

干式變壓器鐵心多點接地的診斷及危害

姚 麗1，楊傳文1，王興隆2，王 瑾2

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京100068；2.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108）

通過對新源公司某電站一臺發(fā)電機中性點接地變壓器鐵心發(fā)生多點接地故障，引起變壓器低壓側(cè)絕緣性能嚴重下降的案例進行分析判斷，探討此類故障的成因和危害，闡述對此類絕緣缺陷的診斷方法，以便更加準確、及時診斷變壓器鐵心多點接地故障，保障電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。

變壓器；鐵心接地；原因；診斷；危害

1 概況

干式變壓器因其結(jié)構(gòu)簡單，免維護、占地小等特點，目前在系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來越廣泛。但因為其結(jié)構(gòu)特點，使鐵心接地成為常發(fā)性故障，統(tǒng)計資料表明，鐵心接地故障占變壓器總故障的1/3左右。很多參考文獻和資料比較側(cè)重于介紹大型充油變壓器鐵心多點接地故障的現(xiàn)象和判斷方法，而對于干式變壓器卻較少涉獵。干式變壓器的結(jié)構(gòu)與充油變壓器差別很大，很多判斷方法并不完全適用，而且干式變壓器容量一般較小，現(xiàn)場對鐵心多點接地危害的重視程度也不足夠，在實際工作中，一起干式變壓器鐵心多點接地引起低壓繞組絕緣性能破壞。由此來探討這類變壓器鐵心多點接地的危害及診斷方法。

2 現(xiàn)場實例

2.1 故障簡介

新源控股有限公司某抽蓄電站4號機中性點接地變壓器，于2010年投運，型號為DC-70/18，額定容量為70 kVA，額定電壓為18 000/230 V。 2015年9月，在進行的C級檢修過程中，檢修人員發(fā)現(xiàn)變壓器底部殘留不明黃色液體，可能存在影響設(shè)備安全運行的故障。

2.2 故障診斷

2.2.1 設(shè)備運行狀態(tài)分析

4號機中性點接地變壓器為單相干式變壓器，結(jié)構(gòu)較為簡單，以環(huán)氧樹脂為主要絕緣材料澆注而成。低壓側(cè)繞組在高壓側(cè)繞組里邊，與鐵心相距很近。其一次側(cè)串聯(lián)入發(fā)電機中性點接地線，二次側(cè)連接一個小電阻。該小電阻的作用有兩個，一方面，二次側(cè)的小電阻可以使得一次側(cè)呈高阻抗，限制發(fā)電機接地電流；另一方面，二次側(cè)可以為發(fā)電機保護繼電器提供相關(guān)信號，為繼電器保護動作提供判據(jù)。變壓器正常運行時為空載狀態(tài)。經(jīng)查詢，該變壓器運行過程中未發(fā)生過發(fā)電機接地故障。

2.2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

不同試驗項目針對不同絕緣問題的靈敏度是不同的，應(yīng)結(jié)合幾項試驗結(jié)果、設(shè)備結(jié)構(gòu)及運行情況等進行綜合分析判斷。針對這臺變壓器的現(xiàn)狀，高壓試驗人員進行了如下試驗：

1）測量直流電阻與分析。測量變壓器直流電阻目的是檢查導(dǎo)電回路是否存在短路、開路或接錯線；檢查繞組導(dǎo)線的焊接點、引線與套管的連接處是否良好、分接開關(guān)有無接觸不良等；核對繞組所用的導(dǎo)線規(guī)格是否符合設(shè)計要求。經(jīng)現(xiàn)場測量，變壓器高壓繞組的直流電阻為43.78 Ω，低壓繞組的直流為電阻3.863 MΩ。

低壓繞組直流電阻初始值為4.512 MΩ，試驗實測值為3.863 MΩ，溫度換算后與初始值相差14.98%，已大大超過規(guī)程規(guī)定的警示值。高壓側(cè)繞組經(jīng)與初始值對比沒有明顯變化，符合規(guī)程規(guī)定。QGDW 11150-2013《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求：①直流電阻相間互差不大于2%（警示值）；②同相初值差不超過±2%（警示值）；③各相繞組電阻與以前相同部位、相同溫度下的歷次結(jié)果相比，不應(yīng)有明顯差別，其差別一般應(yīng)不大于2%。低壓側(cè)直流電阻的異常使我們懷疑低壓側(cè)繞組存在匝間、層間短路情況，絕緣已經(jīng)劣化。但是直流電阻試驗是變壓器的特性試驗，不能單獨作為判斷變壓器絕緣狀態(tài)的依據(jù)，接下來又進行了絕緣電阻試驗。

2）測量絕緣電阻及分析。檢測變壓器絕緣電阻目的是檢查其整體絕緣是否良好，內(nèi)部是否存在短路、斷線等故障。檢測鐵心絕緣電阻是判斷鐵心是否存在多點接地的有效手段。在測量鐵心對地絕緣電阻時，應(yīng)斷開鐵心正常接地線，試驗電壓為2 500 V。在測試變壓器鐵心對地絕緣過程中，出現(xiàn)以下異常情況：①試驗電壓加不上；②變壓器下部有明顯的放電現(xiàn)象。變壓器絕緣電阻測試結(jié)果，見表1。

表1 變壓器絕緣電阻測量統(tǒng)計表

通過對測試數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)變壓器高壓側(cè)繞組對低壓側(cè)及地絕緣電阻值正常，低壓側(cè)繞組對高壓側(cè)繞組及地絕緣電阻值偏低，且吸收比低于規(guī)程要求的警示值，基本沒有吸收現(xiàn)象。鐵心對地絕緣電阻為零，初步判定該臺變壓器鐵心存在嚴重問題，為鐵心多點穩(wěn)定性接地故障；低壓側(cè)絕緣存在問題，為了進一步確認缺陷性質(zhì)，又進行了變壓比試驗。

3）變壓比及分析。測量變壓比的主要目的是檢查變壓器繞組匝數(shù)比的正確性；檢查分線開關(guān)連接是否正確；變壓器故障后，常利用測量變比來檢查繞組是否存在匝間短路；判斷變壓器是否可以并列運行。變壓器變壓比測試結(jié)果，見表2。

表2 變壓器變壓比測量統(tǒng)計表

根據(jù)QGDW 11150-2013《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求：①各相分接頭的電壓比與銘牌數(shù)據(jù)相比應(yīng)無明顯差別，且應(yīng)符合變壓比的規(guī)律；②額定分接電壓比允許偏差為±0.5%，其它分接的電壓比應(yīng)在變壓器阻抗電壓值（%）的1/10以內(nèi)，但偏差不得超過±1%（警示值）。從測試數(shù)據(jù)來看，變壓比改變明顯，印證低壓側(cè)繞組存在匝間短路。

2.2.3 結(jié)論

綜合以上情況，得出結(jié)論：鐵心多點接地時產(chǎn)生環(huán)流引起發(fā)熱，造成靠近鐵心的低壓側(cè)繞組發(fā)熱，樹脂絕緣融化脫落造成低壓側(cè)繞組匝間短路，絕緣破壞，如果此時發(fā)電機發(fā)生接地故障，將造成非常嚴重的后果。

通過分析診斷過程可以看出，現(xiàn)場廣泛應(yīng)用的通過測量鐵心對地絕緣電阻判斷干式變壓器鐵心是否存在多點接地是非常有效的，但采用此方法存在一定不足：

1）試驗周期較長，變壓器鐵心接地雖然能造成惡性循環(huán)的局部過熱，但在初期帶來的發(fā)熱和損耗都比較小，不容易發(fā)現(xiàn)。

2）檢修和預(yù)防性試驗有可能造成新的設(shè)備故障現(xiàn)象。

該廠這臺變壓器就是因試驗周期較長，對鐵心多點接地問題沒有及時有效的檢測出，引起缺陷進一步擴大，最終導(dǎo)致低壓側(cè)絕緣燒壞的典型案例。在現(xiàn)場判斷過程中，應(yīng)針對不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場條件靈活掌握診斷方法。對于有接地引出線的變壓器測量其接地電流，也是判斷干式變壓器是否存在鐵心多點接地的有效手段，另外，如現(xiàn)場條件具備，變壓器空載試驗對鐵心絕緣缺陷的檢出，更具有決定性意義。

3 變壓器鐵心故障的類型和成因

3.1 鐵心正常運行時必須一點接地的原因

變壓器正常運行中，繞組周圍存在著交變的磁場。由于電磁感應(yīng)的作用，高壓繞組與低壓繞組之間，低壓繞組與鐵心之間，鐵心與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使鐵心對地產(chǎn)生懸浮電位。由于鐵心及其他金屬構(gòu)件與繞組的距離不相等，使各構(gòu)件之

3.2 鐵心多點接的危害

干式變壓器的安全運行和使用壽命，很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導(dǎo)致變壓器不能正常工作的主要原因之一。當鐵心或其他金屬構(gòu)件有兩點或多點接地時，接地點就會形成閉合回路，造成環(huán)流，引起局部過熱，絕緣性能下降，嚴重時，會使鐵心硅鋼片燒壞甚至燒損變壓器。

3.3 造成鐵心多點接地的原因

干式變壓器鐵心多點接地故障原因可分為外部和內(nèi)在因素。

外部因素是指外圍的原因、環(huán)境和人為致使變壓器鐵心出現(xiàn)接地故障，包括：①變壓器現(xiàn)場施工安裝時疏忽，不慎遺落金屬異物，如螺母、鐵屑等使造成鐵心多點接地。②變壓器鐵心絕緣夾件、鐵心穿心絕緣筒等絕緣材料，由于凝露或受潮大大降低絕緣性能導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)低阻性多點接地。③變壓器在運行中鐵心的漏磁使附近空間產(chǎn)生弱磁性，吸引了周圍的金屬粉末和粉塵。如果長期沒有維護清潔會引起鐵心多點接地的發(fā)生。④鐵心下夾件墊腳與鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損，使墊腳鐵軛處疊片相碰造成接地。

內(nèi)在因素是指變壓器內(nèi)部絕緣材料缺陷或產(chǎn)品設(shè)計和安裝工藝不當?shù)脑蛑率棺儔浩麒F心出現(xiàn)多點接地故障：①由于鐵心夾件肢板距心柱太近、鐵心疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點接地。②鐵軛螺桿的襯套過長，與鐵軛疊片相碰，構(gòu)成了新的接地點。由于變壓器鐵心多點接地內(nèi)在因素屬隱性問題，出廠或現(xiàn)場檢查不容易發(fā)現(xiàn)，故此更需要理性和認真去判斷故障所在并解決問題。

3.4 干式變壓器鐵心接地的類型

鐵心多點接地大致可以分為兩種類型：即穩(wěn)定接地和不穩(wěn)定接地。

穩(wěn)定接地電阻不會出現(xiàn)變動，這是因為變壓器廠家制造者生產(chǎn)不當，以及安裝失誤引起的鐵心穿心螺栓、壓環(huán)壓釘受損，且有時會受到變壓器內(nèi)部絕緣問題導(dǎo)致的接地故障引起。

不穩(wěn)定接地則表現(xiàn)為接地不牢靠，接地電阻會出現(xiàn)不同的變化，這類故障多數(shù)由于金屬粉末等在電磁場作用下引起的導(dǎo)電小橋異常故障。

4 結(jié)語

間存在著電位差。當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電。這種放電是斷續(xù)的，長期下去對絕緣將產(chǎn)生不良影響。為了消除這種現(xiàn)象，把鐵心與外殼可靠地連接起來，使它與外殼等電位。所以變壓器正常運行時必須一點接地。

干式變壓器發(fā)生鐵心多點接地故障后危害非常大，應(yīng)采取以下措施盡量避免此類缺陷的發(fā)生：①在制造時認真清理內(nèi)部遺留的雜質(zhì)，新變壓器安裝時現(xiàn)場應(yīng)檢查鐵芯夾件；②加強變壓器監(jiān)造出廠驗收工作；③積極開展運行變壓器的定期工作，發(fā)現(xiàn)鐵芯多點接地要及時消除。變壓器絕緣缺陷的發(fā)展過程是動態(tài)的、綜合的過程，才能由表及里，電氣技術(shù)人員必須充分了解設(shè)備結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障問題所在，確保變壓器安全穩(wěn)定運行。

［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法及診斷技術(shù)［M］.北京：國科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［2］王世閣.電力變壓器故障分析與技術(shù)改進［M］.北京：中國電力出版社，2004.

TM41 < class="emphasis_bold"> ［文獻標識碼］B

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1002—0624（2017）09—0060—03

2017-06-12