變壓器鐵芯的實(shí)驗(yàn)分析及處理建議

陳勇勝，王 超，任率兵，何天驥

（國(guó)網(wǎng)鄭州供電公司，河南 鄭州 450000）

電力系統(tǒng)是我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的重要組成部分，保證電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)當(dāng)今社會(huì)發(fā)展及居民生活保障有著重要意義。變壓器作為電力傳輸、變換過(guò)程中非常重要的元件之一，其包括繞組、鐵芯兩個(gè)部分,負(fù)責(zé)傳遞與交換電磁能量，鐵芯質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到變壓器設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定與否。根據(jù)以往變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，組織鐵芯實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的分析了解存在的故障，完善變壓器甚至是電力系統(tǒng)運(yùn)行方案，有利于加強(qiáng)變壓器運(yùn)行安全性。鑒于此，下面圍繞變壓器鐵芯實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行論述。

1 變壓器鐵芯運(yùn)行原理

變壓器運(yùn)行狀態(tài)下帶電繞組、引線、油箱外殼共同組成電場(chǎng)，而且該電場(chǎng)沒有分布規(guī)律，不僅分步零散而且十分雜亂，正因如此變壓器鐵芯、金屬構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓也十分容易理解，產(chǎn)生感應(yīng)電壓也會(huì)動(dòng)態(tài)變化，變化程度和電場(chǎng)中鐵芯位置有直接關(guān)系[1]。換言之，變壓器放電產(chǎn)生的根本原因，為鐵芯兩個(gè)部位存在電壓差，或者是鐵芯、地面電壓差將絕緣體擊穿。影響變壓器正常運(yùn)行的原因，可能是間接性放電使得變壓器油分解劣化，損壞固體絕緣。要想優(yōu)化變壓器應(yīng)用效果，要保證變壓器鐵芯、加減系統(tǒng)、接地系統(tǒng)有效連接[2]。接地時(shí)保證鐵芯、夾件、地面接觸點(diǎn)超過(guò)兩個(gè)，便會(huì)形成閉合回路，容易出現(xiàn)鐵芯局部過(guò)熱或燒損、精確性降低、變壓器報(bào)廢等問(wèn)題。因此，為了保證變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，必須保證鐵芯、夾件一點(diǎn)接地。

2 變壓器鐵芯故障實(shí)驗(yàn)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)方法

針對(duì)鐵芯故障的實(shí)驗(yàn)，可選擇的實(shí)驗(yàn)方法包括油色譜分析法、測(cè)試絕緣電阻法、在線監(jiān)測(cè)方法等。

（1）變壓器油氣相色譜分析法。按照變壓器結(jié)構(gòu)，其中包括絕緣油和絕緣紙。一旦這兩個(gè)組件出現(xiàn)變化，代表絕緣也隨之改變，絕緣油和絕緣紙絕緣狀態(tài)被破壞，隨后油性狀也會(huì)發(fā)生變化，并且會(huì)有氣體產(chǎn)生。采用該方法展開實(shí)驗(yàn)，便是以具體操作期間產(chǎn)生氣體為對(duì)象實(shí)施檢測(cè)，若氣體成分改變，便代表絕緣破損，可以直接判斷變壓器存在故障[3]。如果變壓器鐵芯存在局部過(guò)熱故障，可能會(huì)導(dǎo)致甲烷、烯烴含量異常增多，采用油色譜分析法也會(huì)有更加直觀的體現(xiàn)。根據(jù)這一點(diǎn)，也可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中判斷變壓器存在故障。

（2）測(cè)試絕緣電阻法。測(cè)量變壓器電阻一般會(huì)利用兆歐表，該方法在鐵芯實(shí)驗(yàn)中也可以得到運(yùn)用。測(cè)量絕緣電阻，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，判斷是否存在多點(diǎn)接地故障。若離線運(yùn)行變壓器，此時(shí)可以開啟箱體吊罩，采集鐵芯絕緣電阻值發(fā)現(xiàn)絕緣電阻值較小，便可確定有多點(diǎn)接地故障存在。但要注意該方法在鐵芯實(shí)驗(yàn)分析中應(yīng)用不能過(guò)于頻繁，否則會(huì)損壞變壓器。

（3）變壓器在線監(jiān)測(cè)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中鐵芯和引線套管接地線作為測(cè)量對(duì)象，并且在接地線上方安裝電流表，觀察電流表發(fā)現(xiàn)測(cè)量數(shù)值較大，可以初步判定有多點(diǎn)接地故障存在。因?yàn)樽儔浩魈幱谡＿\(yùn)行狀態(tài)下并不會(huì)有通入電流產(chǎn)生，加之線路內(nèi)部并沒有電流存在，所以電流表很難通過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)獲取電流數(shù)值。如果存在接地故障，那么電流會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥窢顟B(tài)，處于該狀態(tài)下電流表所顯示數(shù)值也會(huì)增加[4]。

2.2 鐵芯故障實(shí)驗(yàn)

假定變壓器存在鐵芯多點(diǎn)接地故障，在實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程中將側(cè)重點(diǎn)放在故障檢測(cè)與處理上，避免變壓器故障范圍擴(kuò)大。通常變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的原因根據(jù)實(shí)驗(yàn)總結(jié)以下幾點(diǎn)：

（1）穿心螺栓絕緣襯套發(fā)生破損，且和鐵芯疊片直接碰撞。

（2）油箱中雜質(zhì)較多，致使鐵芯多點(diǎn)接地。

（3）運(yùn)輸過(guò)程中強(qiáng)烈的沖擊，致使變壓器鐵芯移位。一旦確定鐵芯多點(diǎn)接地故障，建議采用氣體色譜分析法、電氣法進(jìn)行診斷。

組織實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣體色譜分析法應(yīng)用效果相對(duì)明顯，如果變壓器鐵芯有多點(diǎn)接地故障存在，根據(jù)變壓器由內(nèi)部溶解得到的氣體色譜分析數(shù)據(jù)，總結(jié)發(fā)現(xiàn)總烴含量較高，甚至超出了電力設(shè)備規(guī)定值，即150μl/L。C2 H2 在鐵芯多點(diǎn)接地故障中是最為關(guān)鍵的氣體，產(chǎn)生總降速率超出電力設(shè)備規(guī)定值，而且C2 H2 產(chǎn)生速率明顯增加。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用三比值法對(duì)鐵芯多點(diǎn)接地故障進(jìn)行診斷效果最為理想。

變壓器鐵芯實(shí)驗(yàn)中采用電氣實(shí)驗(yàn)法，一般會(huì)選擇帶電電氣測(cè)試分析法、停電電氣測(cè)試分析法兩種。

（1）帶電電器測(cè)試分析法在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用需要用到鉗形電流表，對(duì)鐵芯的接地回路電流進(jìn)行測(cè)量[5]。處于運(yùn)行狀態(tài)下的電力變壓器測(cè)量選擇鉗形電流表，觀測(cè)鐵芯外部接引地套管接地引引線電流，實(shí)驗(yàn)人員將電流表直接接入，也可以接入串接地故障指示器，一般在實(shí)驗(yàn)中采用該方法電流比較小。如果確定有接地故障存在，那么鐵芯主磁通附近也可以直接理解為存在短路匝，匝內(nèi)有環(huán)流通過(guò)，且環(huán)流值可以作為判斷故障點(diǎn)依據(jù)。

（2）如果采用停電電器測(cè)試法，需要在停電狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并且將接地線斷開，選擇2500v 絕緣電阻表展開絕緣電阻測(cè)量，判斷鐵芯是否有接地故障存在。針對(duì)無(wú)套管引出接地線變壓器，采用色譜數(shù)據(jù)分析的方式便可以得出是否有故障存在。

例如某變電所中運(yùn)行的變壓器經(jīng)常出現(xiàn)故障，為此管理人員采用實(shí)驗(yàn)的方式分析變壓器故障點(diǎn)、總結(jié)原因。此次實(shí)驗(yàn)中采用油色譜分析法，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與觀察發(fā)現(xiàn)鐵芯有多點(diǎn)接地故障存在。在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)停電處理確定該鐵芯多點(diǎn)接地故障為永久性。經(jīng)過(guò)所有工作人員之間的討論開始實(shí)施吊罩檢查，由專業(yè)人員進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)全方位檢查，并未發(fā)現(xiàn)有接地點(diǎn)存在。隨后采用交流電弧法明確接地點(diǎn)，基于原本接地線和金屬夾件中間位置施加20v 交流電壓，3 分鐘之后發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)位置有白煙冒出。經(jīng)過(guò)檢查確定下鐵軛突出硅鋼片破壞了鐵芯和墊腳之間的絕緣。結(jié)束實(shí)驗(yàn)后及時(shí)通知維修人員將該故障解決，快速恢復(fù)變壓器鐵芯正常運(yùn)行。

3 變壓器鐵芯故障解決方法

如果在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鐵芯存在短路問(wèn)題，那么鐵芯夾件一旦位移，必然會(huì)導(dǎo)致螺桿絕緣管破損、鐵芯片位移或者脫落等危害，以上危害情節(jié)嚴(yán)重甚至?xí)霈F(xiàn)鐵芯兩點(diǎn)接地?；诖?，結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行分析，面對(duì)變壓器鐵芯兩點(diǎn)接地故障，建議放松三相線圈壓釘螺絲，每項(xiàng)夾件的兩側(cè)位置分別保留兩個(gè)壓釘，其余壓釘螺絲均放松處理，約為10mm 左右[6]。與此同時(shí)，上鐵軛穿芯螺栓、方鐵螺栓三相線圈、剩余壓釘螺絲調(diào)整位置，其中鐵軛需要調(diào)整到正位。為了保證操作安全性，鐵芯片鼓起情節(jié)相對(duì)嚴(yán)重地穿心螺口需要加工制作環(huán)氧樹脂板，厚度約為5mm，在環(huán)氧樹脂板上方鉆孔，參數(shù)為φ50，在穿芯螺桿的上方銜接絕緣板，并且放置在夾件和鐵軛中間位置，不僅可以保證芯片和夾件不會(huì)碰撞，還能夠提高絕緣板緊密度，以免今后變壓器鐵芯檢修再次發(fā)生夾件位移這一問(wèn)題。

鐵軛兩端的方鐵上方和鐵軛中間位置放置同樣參數(shù)的環(huán)氧樹脂板，杜絕鐵軛夾件位移問(wèn)題。將鐵軛芯孔內(nèi)存在錯(cuò)位問(wèn)題的芯片調(diào)整位置，夾件的兩側(cè)位置如果發(fā)現(xiàn)芯片下移，需要同時(shí)調(diào)整下移芯片和與絕緣塊，并且在其中插入膠木絕緣管、穿心螺桿。鐵軛穿心螺絲與方鐵需要壓緊處理，根據(jù)順序壓緊螺絲，所有壓釘螺絲壓緊要保證均勻性。當(dāng)鐵芯檢修完全結(jié)束后，工作人員利用2500v 的搖表對(duì)穿芯螺絲、鐵芯對(duì)夾件絕緣、方鐵對(duì)鐵芯絕緣以及鐵芯對(duì)地絕緣的電阻進(jìn)行測(cè)量，確保滿足要求即可結(jié)束。

完成變壓器鐵芯安裝之后，箱蓋上方的定位銷沒有及時(shí)翻轉(zhuǎn)或者去除，導(dǎo)致多點(diǎn)接地故障。此時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果建議翻轉(zhuǎn)定位銷或直接將其除去。鐵軛和夾件墊腳之間絕緣紙板發(fā)生損壞或直接脫落，應(yīng)該要根據(jù)絕緣要求更換新紙板，而且要保證更換紙板厚度。由于夾件夾板和鐵芯之間距離過(guò)近，有可能會(huì)碰撞翹起疊片。此時(shí)建議技術(shù)人員掰直已經(jīng)翹起的疊片或者調(diào)整夾件夾板位置，重新規(guī)劃夾件夾板和鐵芯距離，直至滿足絕緣間隙規(guī)范要求。如果發(fā)現(xiàn)有內(nèi)有大量金屬顆?；蛘唠s質(zhì)存在，要將油箱內(nèi)部油泥全部去除。如果條件允許，還可以將變壓器油放置在真空環(huán)境下干燥處理，去除有內(nèi)所有水分。完成以上吊罩檢查后，技術(shù)人員綜合考慮氣候條件，在天氣晴朗的環(huán)境下展開常規(guī)吊罩檢查，尤其要規(guī)避大型變壓器吊罩在檢查過(guò)程中可能會(huì)面臨的風(fēng)險(xiǎn)。

變壓器鐵芯故障的處理，如果沒有直接確定故障點(diǎn)，而且不能直接開展吊罩檢查，此時(shí)建議采用直流法、交流法查找故障點(diǎn)。應(yīng)用直流電流沖擊法，將變壓器鐵芯中的接地線直接去除，油箱和鐵芯中間施加直流電壓，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生短時(shí)大電流沖擊，沖擊次數(shù)在4 次左右，便可以將鐵芯多余接地點(diǎn)去除，從而解決多點(diǎn)接地故障。

若選擇不同的電網(wǎng)運(yùn)行方式，個(gè)別區(qū)域單主變運(yùn)行，無(wú)法達(dá)成環(huán)網(wǎng)供電，這也會(huì)影響到停電消缺以及變壓器運(yùn)行質(zhì)量。變壓器鐵芯引下線位置串聯(lián)限流電阻，便可以起到抑制鐵芯接地電流的作用。

除此之外，變壓器鐵芯故障處理建議應(yīng)用先進(jìn)裝置。如果電網(wǎng)為110kv，變壓器鐵芯存在多點(diǎn)接地故障，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該故障之后需要馬上組織停電檢修，開始檢修前的準(zhǔn)備階段，為了保證變壓器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，需要通過(guò)裝置限制鐵芯接地電流，以免鐵芯絕緣破損。針對(duì)存在多點(diǎn)接地故障的變壓器鐵芯，處在運(yùn)行狀態(tài)下需要合理安排檢修時(shí)間，確保電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量。針對(duì)鐵芯接地電流抑制處理，選擇設(shè)備時(shí)如果變壓器無(wú)法停止運(yùn)行，建議在外引接地線的上方接入限流電阻，便可以抑制鐵芯電流[7]。

連接鐵芯的兩個(gè)點(diǎn)同時(shí)會(huì)有電壓產(chǎn)生，受到額定激勵(lì)電壓作用，技術(shù)人員要利用電壓表對(duì)鐵芯兩端面之間的電壓進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)便會(huì)發(fā)現(xiàn)電位差。產(chǎn)生電位差的原因是電壓表、導(dǎo)線、鐵芯組建的回路連接鐵芯內(nèi)磁通。如果鐵芯兩點(diǎn)接地，此時(shí)形成電流會(huì)流經(jīng)變壓器鐵芯，而且會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)生成，調(diào)整串聯(lián)電阻可以直接改變鐵芯電流。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，變壓器鐵芯作為電力系統(tǒng)中非常重要的元件，一旦出現(xiàn)故障必然會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)整體運(yùn)行帶來(lái)影響。所以建議定期組織故障分析與檢修，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析的方式了解變壓器鐵芯故障的根本原因、總結(jié)故障點(diǎn)，制定針對(duì)性的鐵芯故障解決辦法，加強(qiáng)變壓器鐵芯接地電流的實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)比較，以此來(lái)推動(dòng)我國(guó)電力行業(yè)持續(xù)性發(fā)展。