大型變壓器鐵芯接地故障分析與處理

王磊

摘 要：通過對國電漢川發(fā)電有限公司#2主變鐵芯夾件接地故障的處理與分析，文章對變壓器鐵芯多點接地故障的起因及危害做出了全局性的分析與總括，通過對解決措施的全程跟進闡釋了大型變壓器鐵芯一點接地的工作原理，提出了故障診斷方法及處理建議。

關(guān)鍵詞：變壓器；鐵芯夾件；接地

中圖分類號：TM41 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）19-0137-02

Abstract： Through the treatment and analysis of the grounding fault of the core clamp of the #2 main transformer in Guodian Hanchuan Power Generation Co.， Ltd.， this paper makes an overall analysis and summary of the cause and harm of the multi-point grounding fault of the transformer core. Through the follow-up of the whole process of solving measures， the working principle of one-point grounding of iron core of large transformer is explained， and the fault diagnosis method and treatment suggestions are put forward.

Keywords： transformer； core clamp； grounding

1 概述

國電漢川發(fā)電有限公司在 2018年 9 月14 日#2機組大修試驗過程中，經(jīng)過檢驗，發(fā)現(xiàn)主變鐵芯夾件的對地絕緣電阻值出現(xiàn)大幅下降，阻值甚至已經(jīng)無限接近于0，已有發(fā)生故障的苗頭。但是經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)鐵芯引出線絕緣瓷瓶絕緣的絕緣電阻并無明顯異常。經(jīng)過專業(yè)人員的分研討，排除故障的起源與檢測表計及變壓器外部接地并無直接聯(lián)系，他們傾向于是主變內(nèi)部鐵芯夾件接地狀況出現(xiàn)了問題，即多點接地。

2 變壓器鐵芯一點接地的工作原理

正常情況下，在變壓器運行過程中帶電繞組及其引線和油箱外殼構(gòu)成的電場分布是沒有規(guī)律的，零散且雜亂，正因為其電場散亂的分布狀態(tài)，變壓器鐵芯及其金屬構(gòu)件是如何產(chǎn)生感應電壓這個問題也就很好解釋了，而其產(chǎn)生的感應電壓大小也不是一成不變的，其變化程度往往與鐵芯各部位在電場中的位置脫不開關(guān)系。也就是說，變壓器的內(nèi)部放電現(xiàn)象歸根結(jié)底是鐵芯兩個部位之間或者鐵芯與地面之間的電壓差足夠大到能夠擊穿絕緣體的程度。變壓器最終無法正常使用的本質(zhì)原因可以理解為變壓器油在間接性的放電下分解劣化，使固體絕緣受損。所以，為保證變壓器的最優(yōu)化使用，應確保變壓器的鐵芯及其加減與接地系統(tǒng)連接是準確無誤的。接地時，只要鐵芯與夾件和地面出現(xiàn)了兩個以上的接觸點，形成的閉合回路就將導致危害，輕則鐵芯局部過熱，影響運作精確程度；重則鐵芯局部燒損，使整個變壓器作廢。所以，為使變壓器能夠正常運作，必須確保其鐵芯和夾件務(wù)必是一點接地的。

3 變壓器鐵芯多點接地故障的原因分析

造成多點接地故障的起因是鐵芯與外接變壓器短路接地，而這一切的罪魁禍首只是一些金屬粉末。常見的大中型變壓器普遍配備潛油泵裝置，這些影響惡劣的金屬粉末就來自于軸承的磨損。這些始作俑者一旦鉆了空子進入油箱，受電磁場的影響，就會集結(jié)成帶電小橋，導致多點接地故障。

4 檢測變壓器鐵芯多點接地故障的常用手法

（1）在確定變壓器停運時，即檢測人員的安全性有保障的前提下，可以直接對相應的零件絕緣電阻進行檢測。若絕緣電阻較以往檢測相比出現(xiàn)大幅度下降的情況，基本可以推測出鐵芯存在接地故障。

（2）利用氣相色譜分析法，這種方法在檢測多點接地故障時是最普及的檢測方法。通過檢測油中含氣量并比照正常數(shù)值來判斷是否出現(xiàn)多點接地以及多點接地的具體程度。色譜分析的結(jié)果如果是一氧化碳和二氧化碳含量均在正常范圍內(nèi)，但烴類成分含量處于較高水平，就意味著鐵芯過熱，也即變壓器鐵芯多點接地的可能性八九不離十。若檢測出乙炔，則基本可以斷定鐵芯多點接地狀況是存在的但是這種狀況是間接性的。

5 電容直流電壓放電沖擊法

直觀來說，這種方法借助能產(chǎn)生電流直流電壓的設(shè)備放電對變壓器鐵芯造成一個沖擊，通過瞬間產(chǎn)生的強大電流將殘留物質(zhì)沖離原位或者直接熔化或燒毀。但是放電電容電壓應該嚴格控制在3000V以內(nèi)，防止造成絕緣墊片的損壞。

6 實際處理過程

6.1 #2主變鐵芯接地故障發(fā)現(xiàn)過程

國電漢川發(fā)電有限公司 #2主變在1989年6月于保定制造，于 1990 年 1 月投產(chǎn)運行，型號為SFP7-360000/220，額定容量360000kVA。為了確保測得的變壓器鐵芯和夾件的對地電流數(shù)據(jù)準確性，應對變壓器單獨加設(shè)一根鐵芯接地引出線與鐵芯夾件接地引出線。在207A修中#2主變進行常規(guī)測試實驗時，測量到#2主變鐵芯對地絕緣數(shù)值為0（2500V電動搖表測量），檢測到的電阻是2.5KΩ，將變壓器油位放至鐵芯接地瓷瓶以下，拆除絕緣瓷瓶，使其與鐵芯引出線分開，分別測得絕緣瓷瓶絕緣100000MΩ，鐵芯引線絕緣為零，用萬用表測得鐵芯引線電阻為2.5KΩ，認定主變鐵芯為高阻接地。檢修部高試班人員隨即對變壓器油進行取樣，第一時間對樣本進行測譜分析以及數(shù)據(jù)比對，經(jīng)檢測，各項氣體含量均在正常數(shù)值范圍內(nèi)，烴類氣體總含量也沒有超標，見表1。在測量此次#2主變大修電氣實驗參數(shù)較之之前的實驗參數(shù)五顯著變化，且排除鐵芯出線套管接地后，初步判斷為變壓器鐵芯夾件多點接地，經(jīng)分析，其加建多點接地的緣由極有可能是停止運作的油泵的變壓器里面的諸如三氧化二鐵等雜質(zhì)堆積。經(jīng)過對變壓器內(nèi)部進行徹底沖洗，其絕緣阻值仍保持不變，則需考慮其他處理方案。

鑒于機組大修即將結(jié)束，留給變壓器排油吊芯檢查的時間并不充足，為保障變壓器按時投入使用，經(jīng)征詢變壓器廠家技術(shù)人員的建議，與生技部商討后暫定不進行變壓器排油吊芯檢驗，先采用電容直流電壓放電沖擊的方法進行加工，再用電容器瞬間放電造成的大脈沖電流把遺留的雜質(zhì)燒凈。

6.2 儀器、材料準備

CH82電容器1臺（30KV標稱電容2μf）；共立3125電動兆歐表1個；阻容分壓器1臺，試驗變壓器1臺，調(diào)壓器1個，F(xiàn)LUK萬用表1個；用放電棒1根（雙投刀閘用放電棒代替）；10Ω、14A滑線電阻1個；高壓絕緣導線若干條。

6.3 實際沖擊操作步驟

電容直流電壓放電沖擊接線圖（如圖1）。

9月14日，在相關(guān)儀器用料均已預備完成后，按照圖1進行線路連接，對可以調(diào)節(jié)的電阻值進行調(diào)整，給試驗變壓器升壓，對電容進行充電，達到試驗電壓后，用事先接好的放電棒對變壓器鐵芯夾件接地，將線的一側(cè)牽出，對鐵芯夾件放電加以沖擊，充電電壓為1000V、1500V、2000V、2500V，逐步遞加沖擊，直至無放電現(xiàn)象后，在啪的響聲之后，松開放電棒，連續(xù)兩次后，對變壓器鐵芯夾件對地的絕緣電阻進行檢查。循環(huán)進行，變換沖擊電壓的數(shù)值，對變壓器鐵芯夾件加以沖擊，最后發(fā)現(xiàn)測絕緣發(fā)現(xiàn)鐵芯對地絕緣60秒和15秒的比值為14000/8000MΩ，鐵芯絕緣正常，其接地現(xiàn)象沒有了。

6.4 按照后續(xù)方案處理后結(jié)果

檢修部高試班人員嚴格按照后續(xù)方案對故障加以跟蹤，并每天定時測量鐵芯夾件的絕緣電阻值，發(fā)現(xiàn)電阻阻值并未出現(xiàn)異常，懸浮雜物也并沒有重新搭接，重復對變壓器油進行取樣做色譜分析的操作，氣體含量基本沒有變動，證實沖擊的效果較好。

#2主變開始使用后，經(jīng)檢測，鐵芯夾件的接地電流為2.87mA，與場內(nèi)其他的變壓器鐵芯及其夾件相比，這個電流數(shù)值在標準范圍內(nèi)，符合運作需求。在變壓器投入運行后，設(shè)置為時30天左右的監(jiān)測期，每天定時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其接地電流始終穩(wěn)定在2.7mA左右，沒有上升的趨勢。然后對變壓器的油樣加以色譜分析，所有氣體含量仍舊未出現(xiàn)顯著增加。這也就表明在本次操作中，電容直流電壓放電沖擊法取得較為顯著的成效，證實這種方法有利于處理變壓器鐵芯夾件絕緣故障，成功地避免了大規(guī)模變壓器停運故障的產(chǎn)生。

7 結(jié)束語

在使用中的變壓器鐵芯或夾件數(shù)處出現(xiàn)故障后，可以選用電容直流電壓放電沖擊法和電焊機交流電流法，這兩種方法能夠有效減少故障帶來的損失，大型變壓器在電力系統(tǒng)里的地位十分突出，因此，在變壓器發(fā)生故障時，保險起見，還是應該及時停運，作出徹底整修。

參考文獻：

[1]路長柏.電力變壓器鐵芯多點絕緣技術(shù)[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，1997.