變壓器外部金屬聯(lián)接件等位線過熱原因分析及處理

朱定鋒　歐麗君　夏秋　陰祖強　姚飛

摘? 要：電氣設備運行時的有效接地，保證設備的正常運行，并起到防止雷擊，避免設備漏電和感應電壓等的電擊，保證電力設備的運行安全等作用。該文首先介紹了電氣接地的概念，電力接地的類別、原則及作用。并結合特高壓變壓器試壓時外部金屬聯(lián)結件等位線過熱現(xiàn)象，從電場傳遞及磁場感應兩方面分析了過熱的原因，并提出解決方法，為變壓器外部等位線的設計制造提供借鑒。

關鍵詞：變壓器? 等位線? 電場傳遞? 磁場感應? 過熱

中圖分類號：TM407 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0037-02

電氣設備運行時的有效接地，保證設備的正常運行，并起到防止雷擊，避免設備漏電和感應電壓等的電擊，保證電力設備的運行安全等作用。

變壓器是電力系統(tǒng)中較重要的一種電力設備，在運行時需要保證可靠接地。在相關規(guī)定中，變壓器外殼需要接地，它是為了防止雷電沖擊擊穿變壓器絕緣，必須將變壓器高低壓側避雷器的接地線，變壓器外殼及低壓側中性點三點連一起后共同接地，這樣可以保障配電變壓器的安全運行，確保供電系統(tǒng)的連續(xù)性和可靠性。目前，部分電力變壓器產(chǎn)品，為了保證產(chǎn)品外部各金屬件可靠接地，在每一個接觸面都增加等位線。

1? 缺陷的發(fā)現(xiàn)

我國配電系統(tǒng)的接地方式已經(jīng)使用IEC規(guī)定，其分類仍然是以配電系統(tǒng)和電氣設備的接地組合來分，一般分為TN、TT、IT系統(tǒng)等。

目前，在變壓器外部金屬聯(lián)接件的等位線設計上還不夠合理，部分變壓器外部金屬聯(lián)接件的等位線使用量過多，浪費成本，甚至引發(fā)了一些局部過熱、耗能增加的負面影響。以某變壓器為例，所有外部金屬聯(lián)接件彼此間采用35mm2絕緣軟電纜BVR作為等位線，僅一臺產(chǎn)品就使用了500多條，這種盲目的行為浪費了大量的成本。在產(chǎn)品試驗時，法蘭接地引線、法蘭局部出現(xiàn)過熱現(xiàn)象，等位線外部絕緣層熔化，如圖1所示。

目前，研究人員對變壓器內(nèi)部鐵芯、夾件等出現(xiàn)的多點接地故障進行研究和分析，多點接地會造成變壓器局部過熱、油色譜分析異常。據(jù)統(tǒng)計，多點接地故障已占到變壓器總事故的30%以上，嚴重威脅著產(chǎn)品及系統(tǒng)的安全運行。

2? 故障原因分析

根據(jù)該次試驗時發(fā)現(xiàn)的缺陷，分析主要是因為等位線內(nèi)部流過較大的電流，引起等位線過熱。該文主要分析外部金屬聯(lián)接件產(chǎn)生電位主要原因：電場傳遞和磁場傳遞。

2.1 電場傳遞

從電場傳遞過來的電位主要來自于套管、架空線等高電位帶電體通過電場向每個金屬聯(lián)接件傳遞，每個金屬聯(lián)接件可等效為一節(jié)點，金屬聯(lián)接件間通過法蘭采用螺栓固定，可以等效為一接觸電阻R和法蘭間電容C并聯(lián)的基本元件，多個金屬聯(lián)接件相互聯(lián)接可等效為一系列RC并聯(lián)基本元件的串聯(lián)組合，外部金屬聯(lián)接件電位的電場傳遞原理如圖2所示。由于高電位帶電體和外部金屬聯(lián)接件間具有一個數(shù)米長的安全空氣間隙，以致高電位帶電體與金屬聯(lián)接件間的容抗非常大。而金屬聯(lián)接件法蘭間的間隙僅數(shù)毫米且有聯(lián)接螺栓的接觸電阻并聯(lián)通路，以致兩金屬聯(lián)接件節(jié)點間的阻抗非常小。故外部金屬結構件即使處于浮置電極狀態(tài)，由電場感應過來的電位也非常小，可以忽略不計，若采用可靠接地方式，其容性電流也非常小，僅為毫安級以下水平。

2.2 磁場感應

變壓器運行時，內(nèi)部一些未被屏蔽住的泄漏磁通及外部空間引線電流所產(chǎn)生的磁通，這些磁通穿過鋼鐵件，并在其中產(chǎn)生雜散損耗。在大容量變壓器的負載損耗中，雜散損耗可達負載損耗的30%，必須引起重視。

變壓器鐵芯或者夾件也需要單獨接地，否則會在鐵芯或夾件等金屬件因漏磁通而產(chǎn)生感應電位（寄生電位），同時在繞組與鐵芯、繞組與油箱、鐵芯與大地之間存在寄生電容。如果鐵芯或夾件沒有有效接地，則會使其產(chǎn)生懸浮電位，如果懸浮電位達到能夠擊穿兩者之間的絕緣時，則會產(chǎn)生放電，損壞絕緣，導致產(chǎn)品被破壞。因此需要將鐵芯和夾件分別接地，使鐵芯或夾件與大地之間的寄生電容被短接，鐵芯處于地電位。

同時，變壓器內(nèi)部鐵芯、夾件等金屬件只允許一點接地，如果有兩點或多點接地，就會使鐵芯與油箱等形成閉合回路，產(chǎn)生環(huán)流，環(huán)流有時會高達數(shù)十安培，該電流會引起閉環(huán)內(nèi)的金屬件發(fā)熱，當溫度過高時，會導致變壓器油分解，產(chǎn)生烴類氣體，影響變壓器安全運行。電流過大，還容易導致接地線因過熱熔斷，導致被接地部分懸浮，產(chǎn)生發(fā)電和擊穿。因此鐵芯、夾件只能一點接地。

從磁場感應過來的電位，主要來源于漏磁通在金屬結構件回路中產(chǎn)生的感應電動勢，原理如圖3所示，一般而言該感應電動勢僅數(shù)百毫伏。但若采用的外部金屬聯(lián)接件采用等位線全部聯(lián)成一整體時，由于回路內(nèi)的阻抗非常小，容易產(chǎn)生一個非常大的感應電流，就會導致某些等位線或法蘭產(chǎn)生局部過熱，同時也引起了能耗的增加。

3? 解決方案

鑒于上述原因，變壓器外部金屬聯(lián)接件大量使用等位線進行聯(lián)接是多余的，且有負面作用。在變壓器出廠試驗時，也檢查外部等位線的溫度變化情況，發(fā)現(xiàn)局部過熱現(xiàn)象時，要對該位置的等位線進行處理。

以上兩種原因中，電磁感應原理產(chǎn)生的環(huán)流為過熱的主要原因，根據(jù)產(chǎn)生環(huán)流的原理，我們要盡量減少阻抗值較小的回路，即取消金屬件之間多余的等位線，將外部金屬件按順序一點連接，避免直接將等位線與金屬件連接成一個閉合回路。

4? 結語

在產(chǎn)品設計時，特別是大容量、特高壓等重點產(chǎn)品，盡量保證變壓器外部等位線一點接地，減小環(huán)流，避免過熱及能耗的增加，使變壓器產(chǎn)品更加節(jié)能高效。

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