变压器铁芯接地基本分析

梁　斌，张　凡，赵会冰，宋晓龙，雷思琦（国网河南省电力公司检修公司洛阳运维分部，471000）



变压器铁芯接地基本分析

梁斌，张凡，赵会冰，宋晓龙，雷思琦（国网河南省电力公司检修公司洛阳运维分部，471000）

本文简述了变压器铁芯多点接地的危害、判别方法以及处理办法，并举例说明如何处理铁芯接地故障，同时提出了铁芯接地故障的预防及解决方法。

变压器；铁芯；接地；判别；处理；预防

1　变压器铁芯多点接地的危害

运行中的变压器铁芯及金属夹件只能一点接地，因为铁芯及金属夹件与高、低压绕组和油箱之间存在着寄生电容即悬浮电位，一点接地后寄生电容被短接并处于零电位。

当铁芯及金属夹件有两点以上接地时，接地点之间可能构成闭合回路，使局部铁芯过热进而引起接地片熔断或烧坏铁芯，最终变压器损坏。因此及时处理变压器铁芯多点接地，对变压器的安全稳定运行具有重要意义。

2　铁芯多点接地判断

判断铁芯多点接地的常用方法有以下四种：

2.1油色谱分析

油色谱分析法判断铁芯接地是最有效的方法。其油色谱主要有以下特征：

2.1.1三比值法

烃含量超过注意值（150μL/L），其中乙烯和甲烷占较大比重，乙炔含量低或不出现，即未达到导则规定注意值（5μL/L）。规定值取自《变压器油中溶解气体分析和判断导则》。

2.1.2四比值法

建议对于投运期限短的变压器使用四比值法，在四比值法中以“铁件或油箱中出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障最为准确。

判据为：

式中：CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2为被测变压器油中特征气体的含量（ppm）。

2.2测量铁芯绝缘电阻

变压器铁芯绝缘电阻为零或者很低，并且与历史数据差距极大，则表明可能存在铁芯接地故障。

2.3监视接地线中电流

铁芯或夹件通过小套管引出接地的变压器，接地线中电流正常情况下为毫安级（一般小于0.3A），当出现多点接地故障时，此电流最大可达数百安培，需要停运对进行绝缘电阻测量。

2.4空载试验

当铁芯出现故障时，变压器的空载电流和空载损耗与出厂值有明显的增大。当现场不具备条件时也可以使用低电压试验，通过对比也可以发现铁芯缺陷。

定期取油样和定期检测接地线中的电流这两种方法可以及时发现铁芯接地情况，其他方法均只能在停电状态下进行。

3　铁芯多点接地分类

按照铁芯多点接地故障按接地性质可分为两大类：不稳定接地和稳定接地。

变压器铁芯接地故障常见类型如下：

（1）铁芯碰壳、碰夹件。

（2）穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。

（3）油箱内有金属异物导致硅钢片短路。

（4）铁芯绝缘损坏，箱底沉积物使铁芯多点接地。

（5）潜油泵轴承磨损，金属粉末使下铁轭与垫脚或箱底接通，造成多点接地。

4　处理办法

应对不同类型的铁芯接地，应有不同的处理办法。铁芯接地如果处理不当则可能造成变压器严重故障，危及电网安全运行。

4.1运行中应急处理

采用在铁芯接地回路上串联电阻的应急措施，限制铁芯接地回路的环流，阻止铁芯发热情况进一步恶化。

4.2电容放电冲击排除法

如果可以短期停电检查，为消除类似铁芯毛刺、铁锈、焊渣引起的不稳定接地故障，可以采用此方法。如图1所示。

图1　电容放电冲击法

将交流耐压机高压串接高压硅堆，升压对电容进行充电（一般不超过2kV），充电完毕后降压关机，将变压器铁芯套管接线碰触电容器使故障点放电，若连续几次不再有放电声则说明不再接地，然后测试铁芯绝缘电阻。电阻值恢复正常则故障排除，否则重复充放电过程几次排除故障。在升压过程中监测高压侧分压器电压，以免升压过高造成铁芯绝缘破坏。

4.3吊罩检查

经过电容冲击法之后仍然存在的多点接地故障，这时吊罩检查是很重要的手段。为减少变压器在空气重暴露时间，使检查工作有的放矢，通常在解开铁芯与夹件的连接片后，进行如下检查和处理：

4.3.1外观检查

（1）若测得穿芯螺杆对铁芯的绝缘绝缘电阻为零，则取出穿芯螺杆检查绝缘杆、紧固螺母绝缘垫片损坏情况。

（2）检查下铁轭端面与下夹件、边柱拉板、夹件等间隙有无金属异物。

（3）对间隙进行油冲洗及氮气冲吹清理。

（4）处理铁芯底部的金属异物。

4.3.2直流法检查

将铁芯与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上通入6V直流，用万用表测量各级硅钢片的电压，当电压指示为零或负值时，则可认为该处是故障接地点。

4.3.3交流法检查

变压器低压绕组接220～380V交流电压，高压侧与中压侧短路接地。如果有多点接地，电流表会出现电流（铁芯与夹件连接片打开）。用电流表延铁轭各级逐点测量，当电流表读数为零时，该处为故障点。

4.3.4铁芯加压法

打开铁芯正常接地点，用工频耐压仪给铁芯加电压，假如故障点接触不牢固，根据火花和放点声找到故障点。若接地点牢固，则使用下述方法。

4.3.5铁芯加大电流法

断开铁芯正常接地，使用电焊机装置给铁芯加大电流。电流逐渐增大，当故障点电阻大时，故障点将严重发热使残存变压器油发热。

5　举例分析

××变电站投运一年定检预试，检修人员发现变压器铁芯绝缘电阻过低，初步判断为铁芯多点接地。

500kV××变电站#2主变情况如下：

型号DDFS-400000/500

出厂编号A：11B03134 B：11B03135 C：11B03136

出厂日期：2011年10月投运时间：2012年06月

表1　变压器绝缘电阻数据

执行标准：Q/GDW168-2008中相关规定，该绝缘电阻应≥100MΩ，但本次试验为新装一年例行试验，应按更严格标准≥1000MΩ执行。

使用试验仪器：

（仪器1）KD50A 2500V数显式兆欧表 （仪器2）KD2671 2500V数显式兆欧表

××××年××月××日，天气温度29℃空气湿度75%，对A、B、C相铁芯接地，夹件接地分别测量，因天气湿度高，测试前先将铁芯和夹件引出线套管用无水乙醇进行外表面清擦处理，当使用 （仪器1）测量至B相时发现铁芯接地绝缘电阻低至42.7MΩ，为排除仪器本身影响，改用（仪器2）重新试验，结果数据接近。后将仪器电压下调至1000V测量，测得值90MΩ，进一步考虑对变压器本体油样检测，结果见表2～3。

根据以上数据来看，除铁芯接地绝缘降低之外，主变整体绝缘尚无进一步下降趋势，可暂时加入运行。但若多点接地时间过长，就会使变压器产生过热性的故障，危机运行安全。所以应加强监视，由运维人员对铁芯接地电流进行监视（建议每天一次，如大负荷的情况下，半天一次），必要时并采取临时措施，限制故障发展。

（1）缩短变压器色谱分析周期，监视故障点的产气速率；

（2）定期测量铁芯的接地电流，如故障电流较大可临时打开地线运行，但应加强监视放电现象；

（3）对于不稳定接地，可在铁芯接地引出线中串入一个可调电阻，将电流限制在1A以下。

如故障有不断发展的趋势，严重威胁设备安全，可对变压器进行吊罩检修，彻底排除故障。

6　总结

变压器是变电站的核心设备，运行人员应定期对变压器铁芯接地电流进行检测，检修人员应定期进行油色谱分析，以便及时发现铁芯接地情况，避免缺陷升级危及电网安全。

一旦发生铁芯接地故障，如果允许长时间停电，应先采用电容冲击放电法排除不稳定接地，如果仍然接地，则宜掉罩检查外观硬接点，再用直流法排除故障。

表2　绝缘油中溶解气体色谱分析报告

表3　绝缘油化验报告

［1］《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（GBT7252-2001）.

［2］王仁祥.电力新技术概论［M］.北京：中国电力出版社，2009.

［3］戈东方.《电力工程电气设计手册》（第1册）.电气一次部分［M］.北京：中国电力出版社，1989.

［4］姚志松，姚磊.《中小型变压器实用手册》［M］.机械工业出版社，2008.

［5］刘百昆.实用电工技术问卷［J］.内蒙古：内蒙古人民出版社，1992.

［6］傅知兰，主编.电力系统电气设备选择与实用计算［M］.北京：中国电力出版社，2004.

2016-6-20

TM407

A

2095-2066（2016）19-0044-02