500 kV 变压器铁心接地电流异常误判问题的分析与处理

夏永强，周怡伶，张冰冰，蒋梦姣，蒋佳杰

（华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏 无锡 214200）

0 引 言

在大型变压器的运行期间，铁心与夹件等金属构件处于电场中，如果不及时有效接地，便会导致悬浮电位的形成，会导致局部放电故障的发生。因此，铁心与夹件在变压器运行过程中必须保障接地的可靠性。因为多种因素的影响，假设铁心和夹件形成接地，此时接地点之间便会形成闭合回路，从而形成感应电动势形成环流并引发局部过热，最终严重烧毁铁心。在500 kV 变压器工作中，必须确保铁心与夹件对地的理想绝缘效果，及时发现多点接地的故障问题。在变压器运行中定期做好相应的检测，并针对接地故障问题采取有效的处理措施。因此，探讨500 kV 变压器铁心接地电流异常误判相关问题具有显著的实践价值。

1 500 kV 变压器铁心接地电流异常误判问题

以某接地电流超标的误判案例为主，该项目以500 kV 的主变铁心与夹件的接地电流偏大问题为主。该变压器从引出套管位置并联两支铜排并分别接地，此时铁心属于接地铜排，首端的短接连接到铁心引出套管，末端为接地地网[1]。夹件的接地方式和铁心的方式相同。夹件接地铜排中，铁心与夹件接地电流测试仪对不同接地铜排电流进行测试。数据显示，铁心与夹件的电流测试中，两个铜排铁心电流分别为643.5 mA、636.4 mA，夹件电流分别为531.2 mA、605.2 mA。通过分析发现，接地铜排电流并不是铁心与夹件接地电流的真实数据。通过分析夹件接地电气的联结图，可以明确夹件接地铜排收尾形成闭合回路[2]。按照电磁感应定律，闭合导体的回路处于交变磁场，此时交变磁场的通量会促使闭合导体形成电动势形成感应电流。变压器的漏磁会在接地铜排回路上形成感应电流，上述的测试数据涉及到感应电流数值，所以认为测试数据涉及到感应电流，并不是夹件接地电流的真实数据。对此，断开接地铜排和地的联结后，促使两个铜排不形成回路，此时测试铜排的电流值可以获得真实的电流，结果为72.5 mA，满足真实变压器夹件电流值的正常范围。根据上述的方式对铁心进行测试，数据显示夹件电流72.5 mA，铁心1.9 mA。

2 500 kV 变压器铁心接地电流异常相关影响因素

对500 kV 变压器接地电流异常因数和电容量测量的工具，以前使用的是比较传统的西林电桥。这种仪器测量的原理是将桥臂平衡的条件通过计算的方式得到介质损耗因数和电容量[3]。由于电子技术发展极为迅速，现在常用的仪器为数字式自动介质损耗测试仪，工作原理是将被试回路与标准回路进行比较。这种仪器有着很强的抗干扰能力，精度高，操作便捷。500 kV变压器接地电流异常因素以及电容量测试，一般使用的是反接法。在进行数据测试时，通常只需要测试每个绕组在其他绕组中的介质损耗因素和电容量即可。在进行其他项目测试时，都是数据出现异常才测试，需要利用分解实验测试。铁芯接地对接地电流异常因素和电容量测量的影响而言，主要集中在两个方面。

2.1 500 kV 变压器中的绕组和等效电容分析

将绕组500 kV 变压器作为分析对象，一般从靠近铁芯开始测量，顺序大概为低压绕组、重要绕组、高压绕组。在每一个绕组之间，对于铁芯的建议等效电容基本差不多。在进行500 kV 变压器试验时，需要测量高压绕组对中低压绕组和低压绕组对高中压绕组的介质损耗因素和电容量，将结果和标准电容比较，并借助介质损耗与电容量进行分析[4]。

2.2 铁芯末接地或虚接时，对测量结果的影响

如果500 kV 变压器的铁芯没有接地，铁芯和地面会分布电容。虽然绕组间的电容不会变，但绕组对地电容会产生变化。在部分回路上串入铁芯，对于地面的电容，在串入电容后，绕组经过铁芯对地面上的回路电容会减小。在高压绕组和中亚绕组中，它们距离铁芯的距离较远，因为之间还有其他绕组阻挡着，所以影响较小，可以忽略不计[5]。这时高压绕组和中低压绕组相比于中亚绕组，对高低压绕组的测试结果没有什么变化。如果铁芯没有接地，在测低压绕组的介质损耗时，介质损耗因素会变得较大，因为低压绕组和铁芯紧紧连在一起，铁芯没有接地时低压绕组对地电容相应减少，导致测量回路的容性电流减少，但是测量回路的阻性电流并没有什么影响。根据引入介质损耗因素的原理可以得到，如果容性电流减小，介质损耗因素会加大。另外，对于部分500 kV 变压器而言，通过分析发现铁心接地中存在锈蚀铁心问题，电流异常最严重的部位在接地引线上，尤其是垂直体上土位置和水平体弯曲位置。接地引下线的锈断，断裂时两端呈现出针状，此时存在明显的剥蚀或点蚀。在这些铁心接地的电流异常问题影响下，变电站的防雷效果显著下降，此时需要提高重视，全面分析电流异常的原因，并采取针对性措施降低安全隐患。

3 500 kV 变压器铁心接地电流异常的处理措施

实际运行中，还有一种情况是铁芯两点或多点接地，在各接地点间会产生环形电流，使铁芯发热，增加介质损耗。下面简要分析关于500 kV 变压器中铁芯接地的故障查找方式和处理技巧。

3.1 500 kV 变压器铁芯接地故障点查询

通过介质损耗试验发现铁芯接地故障，需要利用吊罩检查这种最直观的方法进行检查。500 kV 变压器的内芯不可以和空气长时间接触，必须把铁芯解开后和夹片连接，才可以进行一些检查[6]。第一，测量穿芯螺杆对铁芯的绝缘条件；第二，检查每个间隙之间和槽部，看看有没有遗落的螺帽和废料等金属物；第三，清洗底部，避免看不见的地方出现脏东西；第四，字间隙之间利用高压油流或者氮气进行冲洗。如果这四种方法不能找到故障原因，需要用到直流法和交流法。直流法是指在铁芯两边观赏硅钢片，并通上6 V 的直流电，利用直流电压表测量每个级别的硅钢片的电压，如果电压等于或者表针呈现负数，说明测量的部位是故障点。交流法是指在500 kV 变压器低压绕组当中接入交流电时，铁芯产生磁通，用交流表进行测量。如果接地出现故障，交流表就会出现电流；如果指针指向的是零，那么这就是故障点。

3.2 500 kV 变压器铁芯接地故障处理

当使用一些方法得到验证后，可以配合低压交流冲击法。拉出一套电焊机，把较低的一端接上铁芯的引出线，另一端连接在接地线上，通过缓慢升压10 s观察一次电流。如果没有这些条件，可以采用临时措施，使500 kV 变压器不会受到影响而停止工作。这种方法只是用来应急的，需要排除故障的原因。这时需要获知500 kV 变压器铁芯的实际接地电流的大小，然后选定串电阻的容值大小。在将电阻串入其中后，需要控制接地电流不超过100 mA，以保障电阻在运行时不会损坏释放高压，控制铁芯发热。

3.3 500 kV 变压器铁芯接地故障的预防

针对电流异常较严重的铁心接地，需要做好针对性的改造，同时根据实际情况考虑是否需要重新进行敷设，还需要采用多方面的防护措施。

（1）为了更好地降低接地电阻，预防铁心接地发生电流异常，在铁心接地改造期间需要应用高效的膨润土防腐降阻剂控制电阻，同时提升整体防电流异常的性能，尤其是做好对接地引下线的改善，达到防治性作用。

（2）对装置接地引下线应用两根引下线和装置的不同点进行焊接处理，以双焊地的方式进行焊接，焊口长度应当超过铁心接地的直径6 倍左右，同时针对焊口需要补刷防锈漆。

（3）针对接地引下线从地面土的位置水平及涂沥青漆后的处理问题，应当规避因为电流异常电位的不同导致电化学电流异常问题的发生，从而导致接地引下线电流异常问题的加快。

（4）针对电流异常较严重的黏土与黄土等环境，需要应用金属防腐的处理措施，且接地引线需要采用金属保护层。

（5）在材料中加入适当的稀土元素，从而保障整体防腐效果。

（6）采用阴极保护法。针对金属阴极保护的处理措施，主要原理是借助阴极电流的应用实现对金属结构物的保护，并最大程度降低装置的阳极电流异常效率。金属的阴极保护法主要划分为两种：一种是借助外加电源的方式对金属传输阴极电流外加电流的保护方式，借助相对于被保护的金属电位更负位的金属，从而以牺牲电流的方式形成保护作用；另一种是针对变电站的铁心接地应用牺牲阳极的阴极保护方式，为地下埋进相对于铁心接地材料电位更负位的金属，从而和被保护的基地装置形成藕接，形成电流异常预防和控制作用。

（7）应用缓蚀剂。适当浓度的缓蚀剂可以促使电流异常环境明显改变，从而降低金属的电流异常效率，甚至可以达到预防电流异常问题的发生。根据缓蚀剂的化学成分，可以将缓蚀剂划分为无机与有机两种。根据电流异常剂在电流异常期间的作用，可以将其划分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂以及混合型的缓蚀剂。前两种类型的缓释作用主要是针对电流异常原电池的阳极与阴极的反应形成预防作用，而混合型缓蚀剂主要是对阳极与阴极反应过程形成抑制作用。

（8）表面涂层保护。表面涂层保护的防腐方式属于当前应用相对广泛的一种，主要借助在金属表面覆盖一层保护层形成隔离电流异常环境的作用。表面保护性的涂层可以根据涂层的材料划分为金属与非金属两种。金属的覆盖层主要是借助化学镀、渗镀、热喷涂以及电镀的方式进行材料加工，但是金属覆盖层必须保障完整性覆盖的基础才可以达到保护的作用。而非金属覆盖层则是防腐效果较好的一种，主要是应用塑料、沥青以及油漆等材料形成进行包裹保护，防腐作用突出。

4 结 论

综上所述，铁芯是否接地对于500 kV 变压器接地电流异常因素以及电容量测量结果有着明显影响。铁芯没有接地，500 kV 变压器附近的低压绕组对于高中压绕组及地的电容量就会减少，介质损耗的因素就会加大。在进行500 kV 变压器绕组接地电流异常因素和电容量测试的时候，当发现检测的数据和标准数值不符合时需要进行分析，寻找故障原因。如果接地电流异常因素和电容量数据不正常时，可以把等效电容引入测量，需要时也可以利用分解测试。