大型变压器铁芯接地故障分析与处理

王磊

摘 要：通过对国电汉川发电有限公司#2主变铁芯夹件接地故障的处理与分析，文章对变压器铁芯多点接地故障的起因及危害做出了全局性的分析与总括，通过对解决措施的全程跟进阐释了大型变压器铁芯一点接地的工作原理，提出了故障诊断方法及处理建议。

关键词：变压器；铁芯夹件；接地

中图分类号：TM41 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）19-0137-02

Abstract： Through the treatment and analysis of the grounding fault of the core clamp of the #2 main transformer in Guodian Hanchuan Power Generation Co.， Ltd.， this paper makes an overall analysis and summary of the cause and harm of the multi-point grounding fault of the transformer core. Through the follow-up of the whole process of solving measures， the working principle of one-point grounding of iron core of large transformer is explained， and the fault diagnosis method and treatment suggestions are put forward.

Keywords： transformer； core clamp； grounding

1 概述

国电汉川发电有限公司在 2018年 9 月14 日#2机组大修试验过程中，经过检验，发现主变铁芯夹件的对地绝缘电阻值出现大幅下降，阻值甚至已经无限接近于0，已有发生故障的苗头。但是经过检查发现铁芯引出线绝缘瓷瓶绝缘的绝缘电阻并无明显异常。经过专业人员的分研讨，排除故障的起源与检测表计及变压器外部接地并无直接联系，他们倾向于是主变内部铁芯夹件接地状况出现了问题，即多点接地。

2 变压器铁芯一点接地的工作原理

正常情况下，在变压器运行过程中带电绕组及其引线和油箱外壳构成的电场分布是没有规律的，零散且杂乱，正因为其电场散乱的分布状态，变压器铁芯及其金属构件是如何产生感应电压这个问题也就很好解释了，而其产生的感应电压大小也不是一成不变的，其变化程度往往与铁芯各部位在电场中的位置脱不开关系。也就是说，变压器的内部放电现象归根结底是铁芯两个部位之间或者铁芯与地面之间的电压差足够大到能够击穿绝缘体的程度。变压器最终无法正常使用的本质原因可以理解为变压器油在间接性的放电下分解劣化，使固体绝缘受损。所以，为保证变压器的最优化使用，应确保变压器的铁芯及其加减与接地系统连接是准确无误的。接地时，只要铁芯与夹件和地面出现了两个以上的接触点，形成的闭合回路就将导致危害，轻则铁芯局部过热，影响运作精确程度；重则铁芯局部烧损，使整个变压器作废。所以，为使变压器能够正常运作，必须确保其铁芯和夹件务必是一点接地的。

3 变压器铁芯多点接地故障的原因分析

造成多点接地故障的起因是铁芯与外接变压器短路接地，而这一切的罪魁祸首只是一些金属粉末。常见的大中型变压器普遍配备潜油泵装置，这些影响恶劣的金属粉末就来自于轴承的磨损。这些始作俑者一旦钻了空子进入油箱，受电磁场的影响，就会集结成带电小桥，导致多点接地故障。

4 检测变压器铁芯多点接地故障的常用手法

（1）在确定变压器停运时，即检测人员的安全性有保障的前提下，可以直接对相应的零件绝缘电阻进行检测。若绝缘电阻较以往检测相比出现大幅度下降的情况，基本可以推测出铁芯存在接地故障。

（2）利用气相色谱分析法，这种方法在检测多点接地故障时是最普及的检测方法。通过检测油中含气量并比照正常数值来判断是否出现多点接地以及多点接地的具体程度。色谱分析的结果如果是一氧化碳和二氧化碳含量均在正常范围内，但烃类成分含量处于较高水平，就意味著铁芯过热，也即变压器铁芯多点接地的可能性八九不离十。若检测出乙炔，则基本可以断定铁芯多点接地状况是存在的但是这种状况是间接性的。

5 电容直流电压放电冲击法

直观来说，这种方法借助能产生电流直流电压的设备放电对变压器铁芯造成一个冲击，通过瞬间产生的强大电流将残留物质冲离原位或者直接熔化或烧毁。但是放电电容电压应该严格控制在3000V以内，防止造成绝缘垫片的损坏。

6 实际处理过程

6.1 #2主变铁芯接地故障发现过程

国电汉川发电有限公司 #2主变在1989年6月于保定制造，于 1990 年 1 月投产运行，型号为SFP7-360000/220，额定容量360000kVA。为了确保测得的变压器铁芯和夹件的对地电流数据准确性，应对变压器单独加设一根铁芯接地引出线与铁芯夹件接地引出线。在207A修中#2主变进行常规测试实验时，测量到#2主变铁芯对地绝缘数值为0（2500V电动摇表测量），检测到的电阻是2.5KΩ，将变压器油位放至铁芯接地瓷瓶以下，拆除绝缘瓷瓶，使其与铁芯引出线分开，分别测得绝缘瓷瓶绝缘100000MΩ，铁芯引线绝缘为零，用万用表测得铁芯引线电阻为2.5KΩ，认定主变铁芯为高阻接地。检修部高试班人员随即对变压器油进行取样，第一时间对样本进行测谱分析以及数据比对，经检测，各项气体含量均在正常数值范围内，烃类气体总含量也没有超标，见表1。在测量此次#2主变大修电气实验参数较之之前的实验参数五显著变化，且排除铁芯出线套管接地后，初步判断为变压器铁芯夹件多点接地，经分析，其加建多点接地的缘由极有可能是停止运作的油泵的变压器里面的诸如三氧化二铁等杂质堆积。经过对变压器内部进行彻底冲洗，其绝缘阻值仍保持不变，则需考虑其他处理方案。

鉴于机组大修即将结束，留给变压器排油吊芯检查的时间并不充足，为保障变压器按时投入使用，经征询变压器厂家技术人员的建议，与生技部商讨后暂定不进行变压器排油吊芯检验，先采用电容直流电压放电冲击的方法进行加工，再用电容器瞬间放电造成的大脉冲电流把遗留的杂质烧净。

6.2 仪器、材料准备

CH82电容器1台（30KV标称电容2μf）；共立3125电动兆欧表1个；阻容分压器1台，试验变压器1台，调压器1个，FLUK万用表1个；用放电棒1根（双投刀闸用放电棒代替）；10Ω、14A滑线电阻1个；高压绝缘导线若干条。

6.3 实际冲击操作步骤

电容直流电压放电冲击接线图（如图1）。

9月14日，在相关仪器用料均已预备完成后，按照图1进行线路连接，对可以调节的电阻值进行调整，给试验变压器升压，对电容进行充电，达到试验电压后，用事先接好的放电棒对变压器铁芯夹件接地，将线的一侧牵出，对铁芯夹件放电加以冲击，充电电压为1000V、1500V、2000V、2500V，逐步递加冲击，直至无放电现象后，在啪的响声之后，松开放电棒，连续两次后，对变压器铁芯夹件对地的绝缘电阻进行检查。循环进行，变换冲击电压的数值，对变压器铁芯夹件加以冲击，最后发现测绝缘发现铁芯对地绝缘60秒和15秒的比值为14000/8000MΩ，铁芯绝缘正常，其接地现象没有了。

6.4 按照后续方案处理后结果

检修部高试班人员严格按照后续方案对故障加以跟踪，并每天定时测量铁芯夹件的绝缘电阻值，发现电阻阻值并未出现异常，悬浮杂物也并没有重新搭接，重复对变压器油进行取样做色谱分析的操作，气体含量基本没有变动，证实冲击的效果较好。

#2主变开始使用后，经检测，铁芯夹件的接地电流为2.87mA，与场内其他的变压器铁芯及其夹件相比，这个电流数值在标准范围内，符合运作需求。在变压器投入运行后，设置为时30天左右的监测期，每天定时监测，发现其接地电流始终稳定在2.7mA左右，没有上升的趋势。然后对变压器的油样加以色谱分析，所有气体含量仍旧未出现显著增加。这也就表明在本次操作中，电容直流电压放电冲击法取得较为显著的成效，证实这种方法有利于处理变压器铁芯夹件绝缘故障，成功地避免了大规模变压器停运故障的产生。

7 结束语

在使用中的变压器铁芯或夹件数处出现故障后，可以选用电容直流电压放电冲击法和电焊机交流电流法，这两种方法能够有效减少故障带来的损失，大型变压器在电力系统里的地位十分突出，因此，在变压器发生故障时，保险起见，还是应该及时停运，作出彻底整修。

参考文献：

[1]路长柏.电力变压器铁芯多点绝缘技术[M].哈尔滨工业大學出版社，1997.