主变铁芯多点接地故障的识别与处理

石基 刘瀚林

摘要：主变铁芯多点接地时危害电气设备安全运行的重要问题，本文阐述了主变铁芯多点接地故障的危害、产生原因、识别诊断手段以及监控处理，为主变铁芯多点接地缺陷的解决提供了借鉴，保证了变压器安全经济运行。

关键词：主变，铁芯，多点接地

1 引言

变压器铁芯只能有一点接地，才是可靠的正常接地，当出现两点及以上的接地，为多点接地，多点接地是铁芯接地出现异常现象，导致铁芯出现故障，影响变压器运行。本文将详细阐述主变压器多点接地产生的危害、故障类型、判断处理方法等。

2 铁芯只能一点接地的原因

在大型变压器正常运行中，带电的绕组、引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯和其他金属构件就处于该电场中。高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地（变压器油箱）之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生一定和电位，通常称为悬浮电位。由于铁芯及其他金属构件所处的位置不同，具有的悬浮电位也不同，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。为避免上述情况的发生，变压器铁芯和较大金属零件均应通过油箱可靠接地，20000k V A及以上的大型变压器，其铁芯应通过套管从油箱上部引出并可靠接地。

目前，广泛采用铁芯硅钢片间放一铜片的方法接地。尽管每片之间有绝缘膜，仍然认为是整个铁芯接地。从铁芯两端片可测得其电阻值，此电阻一般很小，仅为几欧到几十欧，在高电压电场中可视为通路，因而铁芯只需一点接地。

由上述可知，铁芯需要有一点接地，但不能有两点或多点接地。当铁芯或其他金属构件有两点或两点以上接地时，则接地点间就会形成闭合回路，造成环流。该电流会引起铁损耗增加，铁芯局部过热，导致油分解，產生可燃性气体，使油纸绝缘逐渐老化，还可能会引起铁芯叠片两片绝缘层老化而脱落，或器身中绝缘垫块及夹件碳化，严重时会使接地线熔断或烧坏铁芯，铁芯电位悬浮，产生放电，变压器不能正常运行。

3 铁芯多点接地的故障类型

铁芯多点接地原因主要有：生产运行中因附件和检修不当引起的多点接地;施工工艺和设计不良造成短路;运行维护差，变压器发生事故造成的。常见的故障类型有：

（1）油浸式变压器油箱中落入了金属异物，如铁钉、电焊条头、焊丝、铁丝等，使铁心叠片与箱体连通造成间歇性接地。

（2）由于铁心夹件肢板距铁芯柱太近，铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。

（3）铁心下夹件垫脚与铁扼的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁扼处叠片相碰，或垫脚与硅钢片相碰，造成多点接地。下夹件与铁扼阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，使绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。

（4）油浸式变压器箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁扼相碰，构成新的接地点。

（5）具有潜油泵装置的大型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，沉积在油箱底部，在电磁引力作用下形成桥路，将下铁扼与垫脚或箱底接通，形成多点接地。

（6）铁扼螺杆的衬套过长，与铁扼叠片相碰，构成了多点接地。

（7）安装变压器竣工后，未将油箱顶盖上运输用的定位销翻转或去除。

4 铁芯多点接地故障的识别诊断方法

主变压器铁芯多点接地故障的诊断方法一般有以下两种：

4. 1油色谱分析法

这是诊断大型电力变压器铁芯多点接地的最有效最常用方法。变压器发生铁芯多点接地时，其色谱分析结果通常有以下特点：1）总烃含量高，特别是C2H4（乙烯）含量增加，这是铁芯多点接地故障的主要特征气体。2）总烃产生速率快，其中乙烯的产生速率速率呈急剧上升趋势。

4.2 电气测试法

4.2.1 带电电气测试分析法

若变压器在运行中，可在变压器铁芯外引接地套管的接地引下线上用钳形电流表测量引线上是否有电流。正常情况下，此电流很小，为mA级或以下。当存在接地故障后，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，匝内流过环流，最大电流可达数十甚至上百安培。与变压器所带负荷情况也有关。

4.2.2 停电电气测试分析法

测量各级绕组的直流电阻。若数据未超标，且各相之间、与历次测试数据之间无明显偏差，变化规律一致，可排除故障部位在电气回路内（如分接开关接触不良，引线接触松动，套管导电杆两端引出线接触不良等）。

5 铁芯多点接地故障的处理方法

5.1 不停电处理

若主变所带负荷暂时无法转移，不具备停电退出运行的条件，可采用以下临时措施：

（1）有外引接地线时，如果故障电流较大，可临时打开地线运行，使变压器处在无接地状态下运行。采取此种措施，必须加强监视，以防故障点消失后使铁芯出现悬浮电位，产生放电现象。

（2）如果多点接地故障属于不稳定型，可在工作接地线中串入电阻（阻值可变），将电流限制在1A以下，并选取适当的电阻功率以防止发热。这种串接电阻的方法，能防止接地故障消失后造成铁芯出现悬浮电位。

（3）加强监视，可经常取油样进行色谱分析，判定故障点的产气速率大小，如产气速率缓慢，变压器可继续运行，若产气速率较快，为防止故障扩大，应退出运行，组织检修。

5.2 停电处理

当主变具备停电的条件，宜将主变转检修后进行消缺处理。

5.2.1不具备吊罩条件

变压器铁芯多点接地故障，多数情况下是由于悬浮物在电磁场作用下形成导电小桥造成的，对这种情况，可采用电容放电冲击法排除。图1所示为电容充放电电路，电容C为50μF左右，直流电压发生器输出电压大约为600～1000V。使用时首先合双向开关Q到1侧，对电容C充电，充电后快速把开关Q合到2侧，对变压器故障点放电。反复进行几次，故障即可消除。

当铁芯对地绝缘电阻恢复后，还需要能承受交流1000V耐压lmin后，方能确认接地点已经消除，再恢复正常的接地线。

5.2.2具备吊罩条件

多数铁芯故障，需吊罩检查处理。监测发现变压器存在多点接地故障后，对于可及时停运或有备用变压器替换的，应及时停运，退出后彻底消除。排除接地故障的办法，根据多点接地类型及原因，应采取对应的检修措施。对于因多点接地造成夹件烧坏或铁芯过热严重烧毁，均应按标准要求，予以更换。

（1）因夹件肢板距芯柱太近，使翘起的叠片与其相碰。则应调整夹件肢板和扳直翘起的叠片，使二者间距符合绝缘间隙标准。

（2）由于铁芯片绝缘漆皮或局部生锈、氧化膜层脱落，可拆下这部分叠片，硅钢片重新油漆，使片间有良好的绝缘层;对于硅钢片质量有问题，表面不平度大，小坑密布，片间绝缘较差，无法修复时需更换铁芯叠片。

（3）对与潜油泵磨损的旧轴承应更换或改造，并对变压器油进行处理，彻底清除掉油中的金属颗粒或杂质。

（4）对于夹件垫脚与铁扼间的绝缘纸板脱落或破损者，应按绝缘规范要求，更换一定厚度的新纸板。

（5）清除油箱内油中或器身中落入的金属异物，以消除由其构成的接地故障。

（6）检修或更换箱盖上的温度计座套，使其与上夹件或铁扼、旁柱间距离符合规定要求，杜绝相碰造成多点接地。

（7）由于铁扼螺杆衬套过长，应锯去一段，使其与叠片不相碰。

（8）清除油箱底部及下夹件与铁扼间木垫块上的油泥污物，对变压器油进行真空干燥处理，消除水分及潮气，提高绝缘电阻值。

（9）对修后未将箱盖上定位销翻转或除去，造成多点接地的，应将箱盖上定位销翻转过来或除掉。

5 结论

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，修试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。