变压器铁心质量及局部过热故障分析处理

贾浩

摘 要：介绍了变压器铁心的作用以及铁心制造质量控制，分析铁心局部过热原理及故障产生原因，判断局部过热的常用方法。

关键词：变压器；铁心；局部过热；多点接地

变压器工作原理是电磁感应原理。铁心是变压器的基本部件，是变压器的磁路和安装骨架。它把一次电路的电能转为磁能，同时将磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介。铁心质量的优劣，直接关系到变压器的安全运行。

1 铁心材料与质量检查

1.1 铁心材料

在变压器中，铁心材料作为一种媒介材料扮演了一个重要角色，它的特性在很大程度上决定了变压器本体性能的优劣。电工硅钢片由于其铁损低、性能优良、饱和磁密较高等特点，被广泛用于制造变压器铁心。

1.2 铁心质量检查

（1）铁心制作过程中及整理完成后所要进行的最基本的质量检查项目就是外观检查。主要检查铁心片表面绝缘膜有无损伤，绝缘良好，铁心及零部件的表面清洁度，铁心紧固件紧固可靠，铁心及金属件表面涂装质量符合标准要求。（2）检查铁心的绝缘电阻。包括铁心对地电阻、铁心层间电阻必须满足要求值。防止铁心多点接地，造成变压器故障，影响电网安全运行。（3）检查铁心的重要尺寸。铁心直径尺寸以及心柱垂直度要在直径允许偏差范围内，防止影响变压器线圈套装。

2 铁心局部过热原理及原因分析

2.1 局部过热原理

变压器正常运行时，带电的线圈绕组、引线周围均存在电场，铁心和夹件等金属结构件处于该电场中，由于所处位置不同，所具有的电位也各不相同。当铁心两点或两点以上接地时，则在接地点间形成闭合回路，并与铁心内的交变磁通相交链而产生感应电压，该电压在铁心及其它处于零电位的金属结构件形成的回路中产生数十安的电流或环流，由此引起局部过热，导致油分解并产生烃类气体，还可能使接地片熔断或烧坏铁心，导致铁心电位悬浮，产生放电。这就是变压器铁心设计和制造过程中，必须采用单点接地方式的原因。

2.2 局部过热原因分析

变压器铁心局部过热故障原因，总结有如下几点：

（1）大型电力变压器铁心的最外级铁心片没有开槽或开槽的长度不够或开槽数少，辐向漏磁场在末级铁心片感应的涡流大，使对应绕组上、下端的末级铁心片产生局部过热现象。该过热故障不仅与铁心片结构尺寸有关，还取决于流向铁心一侧的辐向漏磁通。因此，设计产品时，调整或优化绕组线匝分布，减小流向铁心一侧和流向油箱侧的辐向漏磁通，进而避免这些结构件产生局部过热。（2）铁心发生多点接地，在铁心中产生环流，引起铁心局部过热。铁心多点接地有以下几种常见类型：①铁心夹件绝缘、垫脚绝缘等受潮或损坏，或箱底沉积油泥及水分，使绝缘电阻降低，引起铁心多点接地。②强迫油循环方式变压器的潜油泵轴承磨损产生的金属粉末或制造过程中的金属焊渣及其它金属异物进入油箱并堆积在油箱底部，在电磁力和其它外力的作用下形成桥路，使下铁轭的下表面与垫脚或箱底短路，造成多点接地。③铁心叠片边缘有尖角毛刺、翘边或不整齐，安装时疏忽导致铁心与相邻夹件之间短路，形成的环流引起的局部过热。④变压器运输过程中，冲撞、振动使部分铁心叠片移位或窜出，与邻近结构件相碰而多点接地。由于長时震动，铁心紧固件松动脱落掉在铁心上，导致铁心与相邻金属件接触，引起局部过热。

2.3 运行过程中铁心局部过热故障判断方法

对铁心产生局部过热及多点接地故障有多种判定方法，实际处理中一般会综合分析，下面介绍几种常用的方法：

（1）绝缘电阻与入地电流的测量。变压器铁心多点接地的检测主要是测量铁心对地绝缘电阻和接地电流，在变压器停用时，用绝缘电阻表测量铁心对地绝缘电阻，正常阻值应大于200MΩ，若阻值太低则说明有异常；入地电流用铁心接地电流监测仪或串联电流表测量，正常时近为毫安级，当变压器铁心入地电流或环流为安培级时就需引起注意。（2）油色谱分析。在铁心故障的判断过程中，可同时结合变压器油的色谱分析进行综合判断，这是一种较为成熟地判断变压器故障的方法。（3）特征气体法。变压器发生多点接地时，不仅由于正常负载的磁通在铁心故障部位产生磁滞损耗和涡流损耗，同时两接地点间的环流在铁心故障部位产生有功损耗，在其共同作用下，铁心过热。导致油分解，产生烃类气体。根据气体成分及所占比例确认故障类型。一般铁心多点接地故障情况下，乙烯（C2H4）占总烃的比例最高，达40%-60%，其次是甲烷（CH4）。【案例】：型号为QYJ-50000/220的高铁变压器运行时，2013年2月铁芯接地电流突然增大，接地电流由0.02A猛增至6A，1h后接地电流恢复正常。2014年2月运行时出现轻瓦斯保护报警信号，查询在线检测系统发现铁芯电流由原来的0.45mA突然增大至6664mA，1h后降为0.45mA。随后对变压器进行检查，发现瓦斯继电器内部有气体，轻瓦斯动作。测铁心对地绝缘电阻无异常，当天变压器退出运行。变压器本体油样化验，油中含23.59μL/L的乙炔，乙烯含量183.14μL/L，甲烷含量87.28μL/L，氢气含量228.49μL/L，总烃含量为303.37μL/L。综合以上数据，可初步确认为临时铁心多点接地导致的故障。（4）电气试验法。测量变压器的空载损耗和空载电流并进行空载试验前后的油色谱分析，是分析判断变压器铁心或磁路中是否存在故障或缺陷的有效方法。

3 结论

变压器铁心产生局部过热或多点接地故障，将直接影响到变压器的安全运行，进而影响整个电力网络的安全运行。因此，能够对故障类型做出准确判断，同时及时处理故障具有十分重要的意义。

[参考文献]

[1]变压器制造丛书编审委员会.变压器铁心制造工艺.北京：机械工业出版社，1998.