關(guān)于變壓器鐵芯和夾件多點(diǎn)接地的討論

李 飛 ，焦方軍 ，姜曉東 ，房 悅 ，楊 光

（1.國網(wǎng)山東淄博供電公司，山東 淄博 255000; 2.國網(wǎng)山東省電力公司，山東 濟(jì)南 250013）

0 引言

變壓器在電網(wǎng)系統(tǒng)中起著承上啟下的作用，實(shí)現(xiàn)了電壓等級的多級轉(zhuǎn)換，為終端用戶“用上電、用好電、不停電”奠定了能量轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)[1-8]。變壓器內(nèi)部主要由夾件、鐵芯、絕緣油和繞組構(gòu)成，鐵芯為電磁場轉(zhuǎn)換提供路徑，夾件為鐵芯和繞組的穩(wěn)定提供支撐，絕緣油優(yōu)化了內(nèi)部散熱和導(dǎo)體的絕緣。

變壓器運(yùn)行過程中，鐵芯硅鋼片之間絕緣層的劣化、絕緣油中雜質(zhì)的含量、絕緣件材質(zhì)的優(yōu)劣等因素，都可能造成鐵芯、夾件多點(diǎn)接地形成環(huán)流[9-15]，加速絕緣油和固體絕緣的老化或劣化，油中溶解氣體乙炔等烴類組分急劇上升，接地電流增大，嚴(yán)重影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本文對變壓器鐵芯和夾件多點(diǎn)接地進(jìn)行了討論，詳細(xì)分析了鐵芯、夾件兩點(diǎn)分別接地和鐵芯、夾件一點(diǎn)接地情況下環(huán)流形成的原因和解決方法，并進(jìn)行了現(xiàn)場案例試驗(yàn)驗(yàn)證，在運(yùn)檢現(xiàn)場判斷設(shè)備運(yùn)行情況具有推廣價(jià)值。

1 鐵芯、夾件兩點(diǎn)分別接地

近些年投產(chǎn)的變壓器，鐵芯和夾件分別引出兩點(diǎn)接地居多，更方便運(yùn)維人員開展接地電流監(jiān)測。

1.1 鐵芯接地電流幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變鐵芯接地電流幅值超過規(guī)程要求，夾件接地電流幅值滿足規(guī)程要求時(shí)，如圖1 所示，在鐵芯內(nèi)部形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖1 鐵芯內(nèi)部接地

1.2 夾件接地電流幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變夾件接地電流幅值超過規(guī)程要求，鐵芯接地電流幅值滿足規(guī)程要求時(shí)，如圖2 所示，在夾件內(nèi)部形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖2 夾件內(nèi)部接地

1.3 鐵芯和夾件接地電流幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變鐵芯和夾件接地電流幅值均超過規(guī)程要求，如圖3 所示，在鐵芯和夾件內(nèi)部分別形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖3 鐵芯和夾件內(nèi)部接地

1.4 鐵芯、夾件接地電流幅值相等、方向相反并超過規(guī)程要求

用電流鉗分別測量鐵芯和夾件接地電流，幅值相等并超過規(guī)程要求，用電流鉗對鐵芯和夾件一起測量，向量和幅值為零，說明鐵芯和夾件流過的電流幅值相等、方向相反并超過規(guī)程要求，如圖4 所示，在鐵芯和夾件之間形成異常連接點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖4 鐵芯和夾件內(nèi)部短接

1.5 鐵芯、夾件接地電流有數(shù)值符合規(guī)程要求

油中溶解氣體組分異常，用電流鉗分別測量鐵芯和夾件接地電流，幅值均未超過規(guī)程要求，此時(shí)不能判定鐵芯和夾件未發(fā)生多點(diǎn)接地異常，如圖5所示，在鐵芯或夾件內(nèi)部本身形成兩點(diǎn)及以上接地，考慮到變壓器內(nèi)部磁場復(fù)雜，僅僅在內(nèi)部接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，未體現(xiàn)在鐵芯和夾件的外部接地點(diǎn)處。

圖5 鐵芯和夾件內(nèi)部多點(diǎn)接地

1.6 鐵芯、夾件接地電流無數(shù)值

油中溶解氣體組分異常，用電流鉗分別測量鐵芯和夾件接地電流，幅值不僅未超過規(guī)程要求而且非常小甚至幾乎為零，此時(shí)不能判定鐵芯或夾件未發(fā)生異常，如圖6 所示，鐵芯或夾件內(nèi)部接地點(diǎn)處發(fā)生斷線或虛接，局部放電造成油中溶解氣體發(fā)生變化。

圖6 鐵芯或夾件接地線斷線或虛接

對于上述分析1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 采用直流電容器放電沖擊法，可以有效地解決，同時(shí)輔以絕緣電阻測試驗(yàn)證保證鐵芯和夾件無多點(diǎn)接地異常；對于上述分析1.6，鐵芯或夾件接地電流雖然未超過規(guī)程要求，但是幅值較小，更須引起關(guān)注，可以采用介損測試儀測量電容量的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

2 鐵芯、夾件一點(diǎn)接地

對于某些型號、老舊變壓器，存在較多鐵芯和夾件通過同一小套管引出接地的情況，對運(yùn)維人員開展接地電流監(jiān)測造成些許困難，不方便一線人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯或夾件接地電流運(yùn)行異常。

2.1 接地電流（鐵芯）幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變接地電流幅值超過規(guī)程要求時(shí)，如圖7所示，只在鐵芯內(nèi)部形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖7 鐵芯內(nèi)部接地

2.2 接地電流（夾件）幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變接地電流幅值超過規(guī)程要求時(shí)，如圖8所示，只在夾件內(nèi)部形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖8 夾件內(nèi)部接地

2.3 接地電流幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變接地電流幅值超過規(guī)程要求時(shí)，如圖9所示，鐵芯和夾件內(nèi)部分別形成異常接地點(diǎn)，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖9 鐵芯和夾件內(nèi)部接地

2.4 接地電流幅值符合規(guī)程要求

油中溶解氣體組分異常，但主變接地電流幅值符合規(guī)程要求，如圖10 所示，鐵芯和夾件內(nèi)部形成2 個(gè)及以上接地點(diǎn)，考慮到變壓器內(nèi)部磁場復(fù)雜，僅僅在內(nèi)部接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，未體現(xiàn)在鐵芯和夾件的外部單一接地點(diǎn)處。

圖10 鐵芯或夾件內(nèi)部多點(diǎn)接地

2.5 接地電流幅值超過規(guī)程要求

當(dāng)主變接地電流幅值超過規(guī)程要求時(shí)，如圖11所示，鐵芯和夾件內(nèi)部形成異常連接，與正常接地點(diǎn)形成環(huán)流。

圖11 鐵芯和夾件內(nèi)部短接

2.6 接地電流電流無數(shù)值

油中溶解氣體組分異常，用電流鉗測量接地電流，幅值不僅未超過規(guī)程要求而且非常小甚至幾乎為零，此時(shí)不能判定鐵芯或夾件未發(fā)生異常，如圖12 所示，內(nèi)部接地點(diǎn)處發(fā)生斷線或虛接，局部放電造成油中溶解氣體發(fā)生變化。

圖12 鐵芯和夾件內(nèi)部斷線或虛接

對于上述分析2.1、2.2、2.3、2.4 采用直流電容器放電沖擊法，可以有效地解決，同時(shí)輔以絕緣電阻測試保證鐵芯和夾件無多點(diǎn)接地異常；對于上述分析2.5，無有效方法解決，同時(shí)無法判斷是否出現(xiàn)此種問題；對于上述分析2.6，鐵芯或夾件接地電流雖然未超過規(guī)程要求，但是幅值較小，更須引起關(guān)注，可以采用介損測試儀測量電容量的方法進(jìn)行驗(yàn)證。

3 鐵芯、夾件接地?cái)嗑€或虛接判斷法

對于某些型號、老舊變壓器，存在較多鐵芯和夾件通過同一小套管引出接地的情況，對運(yùn)維人員開展接地電流監(jiān)測造成些許困難，不方便一線人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯或夾件接地電流運(yùn)行異常。

3.1 鐵芯、夾件兩點(diǎn)分別接地

對于鐵芯和夾件兩點(diǎn)分別接地的情況：拆開鐵芯（夾件）接地，將介損測試儀高壓線加到鐵芯（夾件）接地小套管頂端，如圖13、圖14 所示，對比夾件（鐵芯）接地和不接地2 種情況下的電容量，如果電容量數(shù)值相差較小，說明夾件（鐵芯）內(nèi)部接地線斷開，如果電容量數(shù)值數(shù)值相差較大，說明夾件（鐵芯）內(nèi)部接地線未斷開。

圖13 鐵芯接地和斷開情況下

圖14 夾件接地和斷開情況下

3.2 鐵芯、夾件一點(diǎn)接地

對于鐵芯和夾件一點(diǎn)接地的情況：中、低壓繞組分別三相短路接地，高壓側(cè)繞組三相短路后，將介損測試儀高壓線加到高壓側(cè)繞組處，如圖15 所示，對比夾件和鐵芯小套管接地和不接地2 種情況下的電容量，如果電容量數(shù)值相差較小，說明內(nèi)部接地線斷開，如果電容量數(shù)值數(shù)值相差較大，說明內(nèi)部接地線未斷開。

圖15 鐵芯和夾件接地和斷開情況下

4 現(xiàn)場驗(yàn)證

某110 kV 變壓器突然出現(xiàn)油中溶解氣體組分異常，如表1 所示，該主變鐵芯和夾件共同引出一點(diǎn)接地，運(yùn)檢人員對接地扁鐵進(jìn)行電流監(jiān)測，接地電流為2.1 mA，滿足規(guī)程要求，但是考慮到油中溶解氣體組分的突然反常并急劇上升，決定非計(jì)劃停電檢修。變壓器停電后，試驗(yàn)班進(jìn)行了診斷性試驗(yàn)，包括空載、直流電阻、變比、整體介損、電容量和絕緣電阻等，均未發(fā)現(xiàn)異常，在進(jìn)行鐵芯和夾件接地小套管絕緣電阻測試時(shí)，發(fā)現(xiàn)拆除接地線后，絕緣電阻仍為零，懷疑鐵芯或夾件處有兩點(diǎn)及以上接地并形成環(huán)流。試驗(yàn)人員應(yīng)用直流電容器放電沖擊，現(xiàn)場聽到變壓器底部出現(xiàn)“啪”的放電聲（直流電壓加到5 kV），經(jīng)過多次沖擊后，絕緣電阻達(dá)到10 000 MΩ 以上，符合規(guī)程要求，經(jīng)過濾油并檢測合格，如表2 所示，隨即投運(yùn)。

表1 停電前油中溶解氣體組分 μL/L

表2 送電前油中溶解氣體組分 μL/L

變壓器投運(yùn)后，油中溶解氣體組分如表3 所示，烴類組分特別是乙炔組分急劇上升，懷疑鐵芯和夾件之間存在穩(wěn)定的短接。后續(xù)主變返廠大修后，解體發(fā)現(xiàn)鐵芯和夾件之間確實(shí)存在一穩(wěn)定的鐵質(zhì)物質(zhì)，經(jīng)詢問為檢修人員主變安裝時(shí)掉入所致。

表3 送電后油中溶解氣體組分 μL/L

5 結(jié)束語

為了準(zhǔn)確判斷鐵芯、夾件運(yùn)行狀態(tài)，給停電檢修提供輔助性策略，本文詳細(xì)討論了鐵芯、夾件多點(diǎn)接地形成環(huán)流的各種可能，并提出了具體的解決辦法。

由于變壓器鐵芯、夾件設(shè)計(jì)形式不同，絕緣油質(zhì)量參差不齊，變電站選址土質(zhì)存在優(yōu)劣，引發(fā)鐵芯和夾件出現(xiàn)環(huán)流異常，對變壓器絕緣油和固體絕緣造成不同程度的損傷，輕微者導(dǎo)致油中溶解氣體組分異常，嚴(yán)重者導(dǎo)致變壓器跳閘故障，本體詳細(xì)討論了各種環(huán)流形成的方式，方便運(yùn)檢人員及時(shí)分析變壓器環(huán)流狀態(tài)、解決變壓器環(huán)流問題，具有現(xiàn)實(shí)推廣意義。