变压器铁心外部接地故障分析与处理

王晓康 吴志勇 王亚芳

（宁夏吴忠供电局，宁夏 吴忠 751100）

变压器在运行时或在进行高压试验中，铁心及其金属部件都处于强电场中的不同位置，使得铁心和各金属部件之间或对接地体产生电位差，在电位不同的金属部件之间形成断续的火花放电。为了避免上述情况，对铁心及其金属部件（除穿心螺杆外）都必须进行可靠地接地。如果变压器铁心出现多点接地情况，则每两个接地点间通过铁心自身和接地线路形成一个闭合回路，其中交链的磁通将在回路中感应出电流，使铁心局部过热，严重时会造成局部烧损，所以变压器有且只有一个接地。同时，变压器铁心接地电流的大小是判断变压器运行状况的重要依据。

1 变压器铁心接地电流

变压器铁心接地电流是由三相接地电流的迭加而组成的。单相接地电流与线圈绝缘厚度、绝缘纸厚、线圈与铁心相对电容度密切相关。如果三相电压相位完全对称且各绕组间电容相等，则三相叠加后的接地电流理论上应该为零（如图1所示），但变压器在实际运行中，三相电压相位不可能完全对称、各绕组间电容也不可能完全相等，故变压器铁心接地线实际总会呈现出一定数值的接地电流。

图1 铁心一点接地单相等效电路图

其中，CC-L、CL-M、CM-H分别是铁心与低压绕组、低压与中压绕组、中压与高压绕组之间的分布电容，UH、UM、UL分别是高、中、低压绕组电压，RM是铁心硅钢片表面绝缘膜等效电阻、CM是铁心硅钢片表面绝缘膜等效电容、RP是铁心硅钢片等效电阻。

2 实例分析

2.1 发现问题

在对变电站电气设备隐患排查时发现某变电站2#变压器铁心接地电流经测量为870mA，而对同一所变电站相同容量的1#变压器测得铁心接地电流为0.6mA。根据《交流高压电气设备试验规程》规定，铁心及夹件接地电流不大于100mA。该设备是西门子变压器厂2000年7月生产，型号为SZ9-40000/110，于2000年12月投入运行。

2.2 原因分析

变压器铁心接地电流大小是判断变压器故障的必要条件。首先考虑变压器内部是否存在铁心多点接地。查阅该变压器例行试验报告得知，用 5000V兆欧表测得铁心绝缘为 50G，同时利用变压器油色谱试验报告（见表1）进行判断。

表1 2#主变油色谱试验报告

由于总烃含量较低，所以用四比值法对2012年油色谱试验报告判断得知：

不满足判断条件即可确定变压器铁心无多点接地故障。

结合以上两种判断得知，变压器铁心内部不存在多点接地。排除变压器内部原因，继续查找外部原因，变压器外观检查时发现，变压器铁心接地套管处存在两根接地线，如图2所示。

图2 2#主变压器铁心接地

图3 模拟电磁感应实验

根据电磁感应原理得知，处在交变磁场中的感应导体会在其两端产生感应电动势。此处变压器外壳与铁心多余接地线构成闭合回路，这样闭合回路在变压器附近的磁场中形成感应电流，与变压器铁心电流迭加，形成迭加后的铁心接地电流。从而不能真实反映变压器实际铁心接地电流。为准确阐明变压器铁心外部闭合电路中感应电流存在性，现场对变压器铁心接地外部环流进行模拟实验。变压器铁心外部接地实验中，测量数据为1.0mA，证明变压器铁心外部接线环流的存在性，如果该闭合线圈足够大或线圈匝数够多，则感应电流会愈大，从而证实变压器铁心外部接地方式对铁心电流的影响。

3 处理措施

将2#变压器多余的铁心接地线拆除后，投入运行测得该变压器铁心接地电流小于100mA，铁心接地电流故障排除。针对以上出现的铁心接地电流缺陷，为加强电气设备安装规范，保证电气设备良好运行，结合实际工作中出现类似问题，制定以下三点防范措施：

1）接地片应有一定的强度和截面积，一般采用0.3mm×20mm、0.3mm×30mm 或 0.3mm×40mm的镀锌紫铜片制成。

2）接地片与变压器箱体应加强绝缘，使二者不能相碰，并有一定得绝缘间隙。否则二者相碰将造成铁心两点或多点接地。

3）铁心接地点一般应设置在低压侧。

4 结论

变压器铁心接地由于不规范导致铁心电流偏大，具有代表性。利用模拟实验和电磁感应原理分析缺陷原因，并结合相关工作经验提出预防措施。为规范电气设备安装要求，加强电气设备管理，消除变压器铁心接地缺陷，结合各个厂家变压器的实际情况，提出了变压器铁心接地规范及措施，保证变压器经济可靠运行，为变压器铁心电流在线监测提供准确数据。

[1] 郭海清.变压器检修[M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2] 董其国.电力变压器故障与诊断[M].北京:中国电力出版社, 2002.

[3] 陈化钢.电力设备事故处理手册[M].北京:中国科学技术出版社, 2004.