一起110 kV变压器铁心多点接地故障的跟踪分析与现场处理

何金海，江 波，姚文吉，谢 彬，赵剑雄，胡心平

（1.国网湖北省电力公司黄石供电公司，湖北 黄石 435000；2.华能玉环电厂，浙江 玉环 317600；3.江苏磐泰智能科技有限公司，江苏 南京 210017）

0 引言

变压器铁心多点接地故障是变压器常见的故障之一［1-8］。在变压器铁心多点接地后便产生一个或多个电磁回路，根据接地点位置的不同，交链磁通也有所不同［9-15］，这导致了该接地回路内电压和电流的不同，电流较大时会发热危及变压器绝缘，需要将多点接地现象用试验方法加以诊断确认，并采取合理措施消除。

本文针对一台110 kV变压器，从铁心多点接地故障的发现、临时限制铁心多点接地电流、接地故障消除等多方面进行探讨分析，提出一套完整可行的解决方案，并成功实践。［16-19］

1 铁心多点接地危害及发现手段

变压器在正常运行中，带电的绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁心及其金属部件都处于该电场中。由于静电感应的电位各不相同，使铁心及其金属部件具有的悬浮电位也不相同，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。这种放电能够使变压器的油分解，并损坏固体绝缘。为了避免这种情况，对铁心及其金属部件都必须进行可靠的接地。

铁心必须一点接地。当铁心或其他金属构件有两点或两点以上接地时，接地点间就会形成闭合回路，形成环流，该电流有时可以高达数十安培，会引起局部过热，导致油分解，还可能使接地片熔断，烧坏铁心，这些都是不允许的。因此，铁心必须接地，而且必须一点接地。

变压器铁心多点接地故障可根据铁心接地电流、变压器油色谱试验以及铁心绝缘电阻等试验进行准确判断。根据《DL/T596-2021 电力设备预防性试验规程》，变压器铁心接地电流检测周期为1 个月，110 kV变压器油色谱试验周期为1 a，变压器铁心绝缘电阻试验周期为3 a，因此运行中的变压器往往最先通过铁心接地电流试验发现铁心多点接地故障，再通过变压器油色谱试验及铁心绝缘电阻等试验进行准确判断。

2 故障的发现

该变压器2001年3月底投入使用，型号为SZ9-10000/110，额定电压为110±8×1.25%/10.5 kV，空载损耗为12.4 kW，负载损耗为45.7 kW，阻抗电压为9.82%。

2.1 带电检测

2021年8月运维人员对某变压器进行铁心接地电流测试，发现铁心接地电流达到5 A，远超标准值（0.1 A），初步判断铁心多点接地。随即通知试验人员对变压器进行取油分析，发现油色谱个别组分含量增长的现象，其测试结果见表1。

《DL/T 722—2014 变压器油中溶解气体分析和判断导则》中规定：油中总烃＞150 μL/L 或H2＞150μL/L或C2H2＞5 μL/L 应引起注意，假如变压器特征气体超标，应采用三比值法进行故障分析［20-21］。该变压器油色谱试验数据未发现乙炔，说明变压器内部没有放电现象，但总烃超标，且利用三比值法分析编码为012，由此推断，变压器出现了温度高于700 ℃的高温过热现象，进一步佐证了变压器存在铁心多点接地故障。

2.2 停电检查

2021 年8 月3 日对该变压器进行停电试验，试验时发现变压器铁心对地绝缘电阻为零，进一步验证了变压器铁心多点接地。

由于当时正值迎峰度夏，出于运行需要，变压器不能长时间停运，为了判断变压器能否继续投入运行，针对该变压器开展了其余诊断性试验，试验项目包含直流电阻、绕组变形、绕组介损及电容量和变压器局放试验。

变压器绕组变形试验结果如图1-图2所示，由图1-图2可知变压器高压绕组低频段和低压绕组中频段均出现三相不一致现象，说明变压器内部等效电容和电感参数发生改变，有可能变压器绕组发生移位造成分布电容发生改变或者垫块松动造成内部电感发生改变。

图2 变压器低压绕组变形Fig.2 Transformer low voltage winding deformation

但是变压器绕组介损及电容量试验发现电容量数据在合格范围内，如表2所示，说明变压器绕组未发生明显变形，可能只是铁心多点接地，同时垫块松动造成绕组内部分布电感发生改变，导致变压器频率响应特性发生变化。

表2 绕组介损及电容量试验数据Table 2 Winding dielectric loss and capacitance test data

随后对变压器进行局放试验，试验结果如图3 所示，局放量为303 pC（注意值为300 pC），未明显超标。

图3 处理前局放Fig.3 Pre-processing PD

考虑到变压器油色谱试验未发现乙炔，同时其余停电试验数据均在合格范围内，结合当时正值迎峰度夏，根据运行需要，该变压器停电试验后恢复送电。

3 临时处理措施

鉴于变压器带缺陷运行，随时可能扩大故障范围，造成严重后果，运行单位随后立即组织相关技术人员制定下一步检修方案，考虑到暂时无法长时间停电检修，故先采取现场带电测试接地回路的电气参数和采取临时限流措施。

由于该变压器运行中无法及时查找及消除异常接地点，所以无法采用停电处理的办法。鉴于铁心是多点稳定的接地，现场采用在合理位置打开接地引下线串入300 Ω电阻的办法来抑制接地电流，通过该方法将接地电流限制到满足规程要求的0.1 A以下，使变压器发热水平下降，有效抑制油中气体含量的增长，避免绝缘缺陷使故障扩大而带来严重损失。同时定期对环流和串联电阻电压进行测量，实际测量环流为37.5 mA，铁芯对地电压12 V，色谱分析正常，之后一直跟踪监视变压器油色谱数据，油色谱数据如表3所示。

表3 油色谱跟踪数据（单位：μL/L）Table 3 Oil chromatography tracking data(Unit:μL/L)

4 缺陷处理

4.1 试用电容充放电法消除接地点

考虑到处理流程的合理性和高效性，先采取电容充放电法将可能存在的悬浮物在电场作用下形成的导电小桥或尖端毛刺消除。在对铁心进行冲击试验后，接地现象仍未消除，铁心对地的绝缘电阻值仍为0，说明该方法不适用于该变压器铁心多点接地的消除。

4.2 现场吊罩处理

为了彻底解决主变铁心多点接地问题，在负荷较小时对该主变进行吊罩检查，变压器内部整体如图4所示。

图4 吊罩后主变整体图Fig.4 Overall view of main transformer after lifting the cover

检查发现A 相线圈处夹件变形碰到铁心上铁轭，造成铁心多点接地，如图5所示。

图5 夹件碰铁心上铁轭Fig.5 The clip touches the iron yoke on the iron core

因夹件变形，A、B相线圈处于自由状态，顶压绝缘块已不起作用，如图6所示。

图6 A、B相线圈处于自由状态Fig.6 Phase A and B coils in free state

4.3 故障处理方法

对故障点进行分析后，采取了如下消除措施：

1）将夹件调平，消除铁芯多点接地。

2）垫块恢复，固定A、B相绕组。

3）对有裂纹的层压木进行更换。

检修后的夹件与上铁轭恢复正常，如图7所示。

图7 检修后的铁心与上铁轭Fig.7 Iron core and upper iron yoke after overhaul

故障消除后进行交接试验，各项试验数据均在合格范围内，其中铁心对地绝缘电阻为14 000 MΩ，远大于标准值。

绕组变形试验结果如图8-图9 所示，由图可知变压器高低压绕组变形曲线完全重合，说明变压器绕组变形故障已完全解决。

图8 处理后高压绕组变形图Fig.8 Deformation diagram of high voltage winding after treatment

图9 处理后低压绕组变形图Fig.9 Deformation diagram of low-voltage winding after treatment

随后进行变压器局放试验，局放结果如图10 所示，最大局放量为90.2 pC（注意值为300 pC），局放结果也说明问题已完全解决。

图10 处理后局放Fig.10 PD after processing

5 结语

1）根据《DL/T596-2021 电力设备预防性试验规程》，变压器铁心接地电流检测周期为1 个月，注意值为100 mA。带电检测发现铁心多点接地故障时，可采用气相色谱法和监视接地电流、电压来跟踪监测，数据明显增大时，要立即申请停电试验，通过电容量变化率、绕组变形、局放试验等多种手段判断故障严重程度。

2）对变压器铁心多点接地，可采取安装限流电阻的方式作为临时过渡措施，对接地电流抑制效果理想，可有效避免短时无法停电检修而导致故障范围扩大。

3）为提高检修效率，处理变压器铁心多点接地故障应采取先易后难的措施，即先不吊罩，通过电容冲击法等方法消除故障，若故障仍未消除，则再安排吊罩检修。

4）变压器受冲击后，要注意及时对变压器取油做色谱分析，并监视铁心接地电流，防止变压器夹件受冲击产生变形造成铁心多点接地。对于金属异物造成的铁芯接地故障，进行吊罩检查，可以发现问题。