一种现场带电处理铁芯多点接地的方法

朱 玲，李春先

（中山ABB变压器有限公司，广东 中山 528449）

0 引言

变压器在运行过程中，由于铁芯结构中某些材料质量不佳、生产过程中工艺欠佳、运输过程中冲击加加速度超过设计要求、安装过程中工具掉落等原因，导致变压器铁芯多点接地的情况时有发生。统计资料表明，变压器铁芯多点接地故障在变压器的事故中占比较高，而铁芯多点接地容易导致铁芯局部过热，使变压器油中气体迅速增加或铁芯烧坏。铁芯多点接地导致的短路电流大小取决于环路的中电阻值大小，与铁芯接地点的位置和那种材料导致的多点接地相关。铁芯多点接地的环流流过铁芯本身或者是不稳定铁芯多点接地的情况下，容易导致铁芯局部过热引起油温上升，从而导致变压器内部产气率增加，或者在不稳定的情况下有间断电弧放电的现场，从而引起油中乙炔等气体的产生，影响变压器的安全运行。涉及到变压器内部绝缘时，会导致绝缘材料加速老化以及变压器的寿命减少。综上所述，变压器铁芯多点接地的危害较多，必须引起高度重视，因此需要对变压器铁芯的多点节点产生的原因及后果进行细致地分析研究。结合客户现场变压器不断电运行的要求，寻找在现场解决变压器铁芯多点接地的方法，满足客户现场不断电运行的要求，通过在铁芯多点接地的短路环内部增加串联电阻降低短路环内的电流，可以较好地限制多点接地的电流，从而稳定变压器油中气体的增长，满足变压器运行的要求。

1 铁芯多点接地产生的原因

1.1 变压器铁芯接地

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的设备，由铁芯，高、低压线圈等主要部件组成。运行中的变压器铁芯及其附近的铁构件都处在线圈周围的电场中，如果铁芯及其附近的铁构件不接地，一定会感应出相应的电压，在外加电场的作用下，当感应电压超过对地放电的电压时，就会发生对地放电的现象。为了避免在变压器内部发生这种放电，所以要将铁芯及其附件的铁构件单点接地。

当现场运行的变压器因特殊情况导致铁芯出现多点接地时，接地点间形成电流回路，会造成铁芯过热，油中气体迅速增加，从而导致气体继电器频发报警甚至变压器跳闸。情况严重时，还会导致变压器内部绝缘材料加速老化，影响变压器寿命甚至导致铁芯局部烧损［1］。

1.2 铁芯多点接地的可能原因

在正常情况下，变压器通常有且只有一点接地，但在生产制造、运输和运行过程出现异常情况时，可能导致变压器铁芯多点接地。

（1）变压器铁芯最外级片在铁芯尖角处未进行保护，铁芯在激磁后磁化导致铁芯片与夹件之间形成磁力相互吸引，铁芯片接触到夹件形成多点接地，这一种接地可能时断时续，造成现场很难找到根本原因。

（2）油箱内部有导电或半导电物体，在运行过程随油流漂到铁芯与油箱或夹件之间，导致铁芯多点接地。

（3）运输过程中由于冲撞加速度过大，导致铁芯绝缘板破裂或者移位，铁芯与油箱或夹件之间导通，从而引起铁芯多点接地［2］。

（4）长期运行的变压器未进行油处理或者油品不合格，造成箱底形成油泥，铁芯与油箱或夹件通过油泥导通，铁芯接地电流增大。

（5）变压器在现场运行过程中，由于套管端头密封不良导致雨水进入变压器内部，雨水的密度大于油的密度，最终雨水沉淀到箱底，当雨水到达一定数量后，铁芯与油箱或夹件通过雨水导通。

（6）其他原因导致金属粉末进入油箱内部，例如冷却器内部的金属粉末没有清洗干净，在变压器运行过程中随着油流进行油箱，从而导致铁芯与油箱或夹件多点接地［3］。

1.3 铁芯多点接地在现场的检查发现方法

铁芯多点接地在现场的检查发现方法如下。

（1）在线测量方法。通过钳形表来测量变压器铁芯接地引线上的电流大小，当变压器的铁芯接地正常时，测得的电流基本只是绕组对铁芯的电容电流，其电流值一般不大于0.1 A。如果变压器铁芯存在多点接地的情况，那么测得的对地电流将比较大，同时如果是铁芯与夹件导通，那么铁芯对地电流与夹件对地电流基本相同［4］。

（2）测量铁芯对地绝缘电阻。采用2.5 kV或5 kV的兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，如果测得的对地绝缘电阻比较低或者基本为0，表明铁芯可能存在多点接地的情况［5］。

（3）油色谱分析法。对变压器取油样进行油色谱分析，当变压器油色谱分析显示过热现象或者乙炔超标的情况下，可能是铁芯出现多点接地或者是动态多点接地［6］。

1.4 铁芯多点接地的处理方法

铁芯多点接地的处理方法如下。

（1）吊芯检查或吊罩检查。通过检查清理铁芯与油箱之间的油泥、金属粉末等，或者是对比较狭小的间隙进行油冲洗清理，这一方法可以从根本上解决油泥或金属粉末等原因导致的铁芯多点接地问题，但受器身露空时间和上网负荷的影响。

（2）串联限流电阻的方法。在发现铁芯存在多点接地的情况后，由于系统暂不支持停电检查，可在铁芯外引出线与接地点之间增加一个串联电阻，保证铁芯环流在0.1 A以下，但需要注意串联电阻的阻值不能太大，铁芯还是需要基本保持在地电位。

（3）放电冲击法。在吊芯或吊罩检查的情况下，由于受露空时间限制，很多情况下无法找到具体切确的接地点，可采用放电冲击法来进行辅助判断，但需要注意由于硅钢片本身的绝缘比较薄，故试验电压不能超过5 kV［7－8］。

2 现场处理铁芯多点接地的案例

变压器在现场运行多年后，根据取油样进行油色谱分析发现，油中乙炔含量在一个周期从原来的0增长到1.7 ppm，需要通过加密油色谱分析的间隔观察油中气体含量的趋势，以便发现根本原因。

2.1 油中乙炔含量异常可能原因分析

根据经验，可能产生乙炔的来源主要有油箱焊接、合闸过程、运行中器身热点、运行中局部放电和开关油渗漏等几种可能。

通过查看变压器最近的维保记录，变压器在运行过程中没有进行过油箱焊接，也没有分合闸的记录。可以排除由于焊接导致油箱温度过高引起的油中分解或合闸过程因为激磁涌流过大引起的毛刺放电产生的乙炔。

变压器目前负荷为20%左右，且变压器的顶油温度（油温1＆2：42.0℃＆43.4℃）和绕组热点温度（46.8℃）都很低，基本可以排除运行中器身热点。

另外通过维保记录发现，最近变压器更换过2组片散，片散在现场更换过程中，片散内部可能残留空气，在运行过程中，气泡进入变压器油箱，可能产生气泡放电导致油中乙炔增加，这是一种一次性的气泡击穿过程。油中色谱在后续的运行中应基本保持稳定［9］。

2.2 后续测量油中色谱结果

持续对该台变压器进行油色谱分析，连续2个月的有色谱结果如表1所示。由表可知，油中气体是在持续地增长中，需要对变压器进行更深入地检查分析。

表1 连续2个月的有色谱结果

对调压开关的动作进行分析，近段时间有载开关的动作次数只有2次，另外C2H2／H2＝0.35＜2，基本可以排除变压器有载开关油向变压器油发生渗漏的情况。

通过三比值法对已有的油中气体进行分析，结果为C2H2／C2H4＝0.12；CH4／H2＝0.96；C2H4／C2H6＝10.9。

通过查阅标准得出三比值的代码为102，可能原因为不同电位之间的油中火花放电或悬浮电位之间的火花放电。结合以上的分析调查，铁芯或夹件多点接地造成油中乙炔增加，可通过测量铁芯、夹件和油箱对地电流进行判断。对地电流的测量可以在线运行，操作简单方便［8］。

2.3 现场测试结果及原因分析

现场测量铁芯和夹件对地电流的结果为铁芯和夹件对地电流相同，都约为8.56 A。结合油色谱增长趋势和铁芯、夹件对地电流的测量结果进行分析，认为铁芯与夹件之间存在绝缘薄弱环节，在运行过程中出现铁芯和夹件连通状态，从而在磁通作用下铁芯与夹件间形成环流，导致铁芯接地电流与夹件接地电流同时增加。

油中乙炔主要由铁芯和夹件导通的放电过程产生，并且铁芯与夹件处于动态导通，所以油中气体含量持续增长。基于铁芯和夹件接地电流数值基本相等的测量结果，铁芯除本身接地点和通过夹件薄弱环节接地点外，没有其他接地点。

2.4 处理措施

选择合适电阻串联进入夹件接地线路，增加环路额外电阻，减少环流至标准规定的100 mA以下［10］，如图1～2所示。

图1 未接额外电阻前，环流8.56 A

图2 连接额外电阻后，环流小于100 mA

3 结束语

本文介绍了变压器铁芯多点接地导致接地电流过大的原理，在可能导致铁芯多点接地原因的基础上，提出了现场便于检测的多种方法，并提供了几种可能的解决方案。实际案例中，在油中色谱异常的情况下，通过三比值法判断可能存在铁芯多点接地，通过在线测量铁芯对地电流判断出变压器铁芯与夹件之间存在多点接地，并通过不断电的情况下增加串联电阻的方法降低铁芯对地电流小于国标规定允许接地电流的100 mA，保证了电网供电的持续性，为现场带电处理铁芯多点接地提供了一种简便的方法。