一種現(xiàn)場帶電處理鐵芯多點接地的方法

朱 玲，李春先

（中山ABB變壓器有限公司，廣東 中山 528449）

0 引言

變壓器在運行過程中，由于鐵芯結(jié)構(gòu)中某些材料質(zhì)量不佳、生產(chǎn)過程中工藝欠佳、運輸過程中沖擊加加速度超過設(shè)計要求、安裝過程中工具掉落等原因，導(dǎo)致變壓器鐵芯多點接地的情況時有發(fā)生。統(tǒng)計資料表明，變壓器鐵芯多點接地故障在變壓器的事故中占比較高，而鐵芯多點接地容易導(dǎo)致鐵芯局部過熱，使變壓器油中氣體迅速增加或鐵芯燒壞。鐵芯多點接地導(dǎo)致的短路電流大小取決于環(huán)路的中電阻值大小，與鐵芯接地點的位置和那種材料導(dǎo)致的多點接地相關(guān)。鐵芯多點接地的環(huán)流流過鐵芯本身或者是不穩(wěn)定鐵芯多點接地的情況下，容易導(dǎo)致鐵芯局部過熱引起油溫上升，從而導(dǎo)致變壓器內(nèi)部產(chǎn)氣率增加，或者在不穩(wěn)定的情況下有間斷電弧放電的現(xiàn)場，從而引起油中乙炔等氣體的產(chǎn)生，影響變壓器的安全運行。涉及到變壓器內(nèi)部絕緣時，會導(dǎo)致絕緣材料加速老化以及變壓器的壽命減少。綜上所述，變壓器鐵芯多點接地的危害較多，必須引起高度重視，因此需要對變壓器鐵芯的多點節(jié)點產(chǎn)生的原因及后果進(jìn)行細(xì)致地分析研究。結(jié)合客戶現(xiàn)場變壓器不斷電運行的要求，尋找在現(xiàn)場解決變壓器鐵芯多點接地的方法，滿足客戶現(xiàn)場不斷電運行的要求，通過在鐵芯多點接地的短路環(huán)內(nèi)部增加串聯(lián)電阻降低短路環(huán)內(nèi)的電流，可以較好地限制多點接地的電流，從而穩(wěn)定變壓器油中氣體的增長，滿足變壓器運行的要求。

1 鐵芯多點接地產(chǎn)生的原因

1.1 變壓器鐵芯接地

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的設(shè)備，由鐵芯，高、低壓線圈等主要部件組成。運行中的變壓器鐵芯及其附近的鐵構(gòu)件都處在線圈周圍的電場中，如果鐵芯及其附近的鐵構(gòu)件不接地，一定會感應(yīng)出相應(yīng)的電壓，在外加電場的作用下，當(dāng)感應(yīng)電壓超過對地放電的電壓時，就會發(fā)生對地放電的現(xiàn)象。為了避免在變壓器內(nèi)部發(fā)生這種放電，所以要將鐵芯及其附件的鐵構(gòu)件單點接地。

當(dāng)現(xiàn)場運行的變壓器因特殊情況導(dǎo)致鐵芯出現(xiàn)多點接地時，接地點間形成電流回路，會造成鐵芯過熱，油中氣體迅速增加，從而導(dǎo)致氣體繼電器頻發(fā)報警甚至變壓器跳閘。情況嚴(yán)重時，還會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部絕緣材料加速老化，影響變壓器壽命甚至導(dǎo)致鐵芯局部燒損［1］。

1.2 鐵芯多點接地的可能原因

在正常情況下，變壓器通常有且只有一點接地，但在生產(chǎn)制造、運輸和運行過程出現(xiàn)異常情況時，可能導(dǎo)致變壓器鐵芯多點接地。

（1）變壓器鐵芯最外級片在鐵芯尖角處未進(jìn)行保護(hù)，鐵芯在激磁后磁化導(dǎo)致鐵芯片與夾件之間形成磁力相互吸引，鐵芯片接觸到夾件形成多點接地，這一種接地可能時斷時續(xù)，造成現(xiàn)場很難找到根本原因。

（2）油箱內(nèi)部有導(dǎo)電或半導(dǎo)電物體，在運行過程隨油流漂到鐵芯與油箱或夾件之間，導(dǎo)致鐵芯多點接地。

（3）運輸過程中由于沖撞加速度過大，導(dǎo)致鐵芯絕緣板破裂或者移位，鐵芯與油箱或夾件之間導(dǎo)通，從而引起鐵芯多點接地［2］。

（4）長期運行的變壓器未進(jìn)行油處理或者油品不合格，造成箱底形成油泥，鐵芯與油箱或夾件通過油泥導(dǎo)通，鐵芯接地電流增大。

（5）變壓器在現(xiàn)場運行過程中，由于套管端頭密封不良導(dǎo)致雨水進(jìn)入變壓器內(nèi)部，雨水的密度大于油的密度，最終雨水沉淀到箱底，當(dāng)雨水到達(dá)一定數(shù)量后，鐵芯與油箱或夾件通過雨水導(dǎo)通。

（6）其他原因?qū)е陆饘俜勰┻M(jìn)入油箱內(nèi)部，例如冷卻器內(nèi)部的金屬粉末沒有清洗干凈，在變壓器運行過程中隨著油流進(jìn)行油箱，從而導(dǎo)致鐵芯與油箱或夾件多點接地［3］。

1.3 鐵芯多點接地在現(xiàn)場的檢查發(fā)現(xiàn)方法

鐵芯多點接地在現(xiàn)場的檢查發(fā)現(xiàn)方法如下。

（1）在線測量方法。通過鉗形表來測量變壓器鐵芯接地引線上的電流大小，當(dāng)變壓器的鐵芯接地正常時，測得的電流基本只是繞組對鐵芯的電容電流，其電流值一般不大于0.1 A。如果變壓器鐵芯存在多點接地的情況，那么測得的對地電流將比較大，同時如果是鐵芯與夾件導(dǎo)通，那么鐵芯對地電流與夾件對地電流基本相同［4］。

（2）測量鐵芯對地絕緣電阻。采用2.5 kV或5 kV的兆歐表測量鐵芯對地絕緣電阻，如果測得的對地絕緣電阻比較低或者基本為0，表明鐵芯可能存在多點接地的情況［5］。

（3）油色譜分析法。對變壓器取油樣進(jìn)行油色譜分析，當(dāng)變壓器油色譜分析顯示過熱現(xiàn)象或者乙炔超標(biāo)的情況下，可能是鐵芯出現(xiàn)多點接地或者是動態(tài)多點接地［6］。

1.4 鐵芯多點接地的處理方法

鐵芯多點接地的處理方法如下。

（1）吊芯檢查或吊罩檢查。通過檢查清理鐵芯與油箱之間的油泥、金屬粉末等，或者是對比較狹小的間隙進(jìn)行油沖洗清理，這一方法可以從根本上解決油泥或金屬粉末等原因?qū)е碌蔫F芯多點接地問題，但受器身露空時間和上網(wǎng)負(fù)荷的影響。

（2）串聯(lián)限流電阻的方法。在發(fā)現(xiàn)鐵芯存在多點接地的情況后，由于系統(tǒng)暫不支持停電檢查，可在鐵芯外引出線與接地點之間增加一個串聯(lián)電阻，保證鐵芯環(huán)流在0.1 A以下，但需要注意串聯(lián)電阻的阻值不能太大，鐵芯還是需要基本保持在地電位。

（3）放電沖擊法。在吊芯或吊罩檢查的情況下，由于受露空時間限制，很多情況下無法找到具體切確的接地點，可采用放電沖擊法來進(jìn)行輔助判斷，但需要注意由于硅鋼片本身的絕緣比較薄，故試驗電壓不能超過5 kV［7－8］。

2 現(xiàn)場處理鐵芯多點接地的案例

變壓器在現(xiàn)場運行多年后，根據(jù)取油樣進(jìn)行油色譜分析發(fā)現(xiàn)，油中乙炔含量在一個周期從原來的0增長到1.7 ppm，需要通過加密油色譜分析的間隔觀察油中氣體含量的趨勢，以便發(fā)現(xiàn)根本原因。

2.1 油中乙炔含量異?？赡茉蚍治?/h3>

根據(jù)經(jīng)驗，可能產(chǎn)生乙炔的來源主要有油箱焊接、合閘過程、運行中器身熱點、運行中局部放電和開關(guān)油滲漏等幾種可能。

通過查看變壓器最近的維保記錄，變壓器在運行過程中沒有進(jìn)行過油箱焊接，也沒有分合閘的記錄。可以排除由于焊接導(dǎo)致油箱溫度過高引起的油中分解或合閘過程因為激磁涌流過大引起的毛刺放電產(chǎn)生的乙炔。

變壓器目前負(fù)荷為20%左右，且變壓器的頂油溫度（油溫1＆2：42.0℃＆43.4℃）和繞組熱點溫度（46.8℃）都很低，基本可以排除運行中器身熱點。

另外通過維保記錄發(fā)現(xiàn)，最近變壓器更換過2組片散，片散在現(xiàn)場更換過程中，片散內(nèi)部可能殘留空氣，在運行過程中，氣泡進(jìn)入變壓器油箱，可能產(chǎn)生氣泡放電導(dǎo)致油中乙炔增加，這是一種一次性的氣泡擊穿過程。油中色譜在后續(xù)的運行中應(yīng)基本保持穩(wěn)定［9］。

2.2 后續(xù)測量油中色譜結(jié)果

持續(xù)對該臺變壓器進(jìn)行油色譜分析，連續(xù)2個月的有色譜結(jié)果如表1所示。由表可知，油中氣體是在持續(xù)地增長中，需要對變壓器進(jìn)行更深入地檢查分析。

表1 連續(xù)2個月的有色譜結(jié)果

對調(diào)壓開關(guān)的動作進(jìn)行分析，近段時間有載開關(guān)的動作次數(shù)只有2次，另外C2H2／H2＝0.35＜2，基本可以排除變壓器有載開關(guān)油向變壓器油發(fā)生滲漏的情況。

通過三比值法對已有的油中氣體進(jìn)行分析，結(jié)果為C2H2／C2H4＝0.12；CH4／H2＝0.96；C2H4／C2H6＝10.9。

通過查閱標(biāo)準(zhǔn)得出三比值的代碼為102，可能原因為不同電位之間的油中火花放電或懸浮電位之間的火花放電。結(jié)合以上的分析調(diào)查，鐵芯或夾件多點接地造成油中乙炔增加，可通過測量鐵芯、夾件和油箱對地電流進(jìn)行判斷。對地電流的測量可以在線運行，操作簡單方便［8］。

2.3 現(xiàn)場測試結(jié)果及原因分析

現(xiàn)場測量鐵芯和夾件對地電流的結(jié)果為鐵芯和夾件對地電流相同，都約為8.56 A。結(jié)合油色譜增長趨勢和鐵芯、夾件對地電流的測量結(jié)果進(jìn)行分析，認(rèn)為鐵芯與夾件之間存在絕緣薄弱環(huán)節(jié)，在運行過程中出現(xiàn)鐵芯和夾件連通狀態(tài)，從而在磁通作用下鐵芯與夾件間形成環(huán)流，導(dǎo)致鐵芯接地電流與夾件接地電流同時增加。

油中乙炔主要由鐵芯和夾件導(dǎo)通的放電過程產(chǎn)生，并且鐵芯與夾件處于動態(tài)導(dǎo)通，所以油中氣體含量持續(xù)增長?；阼F芯和夾件接地電流數(shù)值基本相等的測量結(jié)果，鐵芯除本身接地點和通過夾件薄弱環(huán)節(jié)接地點外，沒有其他接地點。

2.4 處理措施

選擇合適電阻串聯(lián)進(jìn)入夾件接地線路，增加環(huán)路額外電阻，減少環(huán)流至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的100 mA以下［10］，如圖1～2所示。

圖1 未接額外電阻前，環(huán)流8.56 A

圖2 連接額外電阻后，環(huán)流小于100 mA

3 結(jié)束語

本文介紹了變壓器鐵芯多點接地導(dǎo)致接地電流過大的原理，在可能導(dǎo)致鐵芯多點接地原因的基礎(chǔ)上，提出了現(xiàn)場便于檢測的多種方法，并提供了幾種可能的解決方案。實際案例中，在油中色譜異常的情況下，通過三比值法判斷可能存在鐵芯多點接地，通過在線測量鐵芯對地電流判斷出變壓器鐵芯與夾件之間存在多點接地，并通過不斷電的情況下增加串聯(lián)電阻的方法降低鐵芯對地電流小于國標(biāo)規(guī)定允許接地電流的100 mA，保證了電網(wǎng)供電的持續(xù)性，為現(xiàn)場帶電處理鐵芯多點接地提供了一種簡便的方法。