电力变压器铁心及夹件接地方式优化

徐立福，任彦斌

（金安桥水电站有限公司，云南 丽江 674100）

0 引言

变压器接地保护措施分为两种：第一种为变压器中性点接地。这种保护措施是为了防止变压器运行时三相负载不平衡导致中性点电压漂移，可以提高保护装置迅速跳闸及降低短路电流，属于变压工作接地。第二种措施为变压器铁心、夹件接地。这种保护是为了防止变压器运行时因内部磁场影响，使铁心和夹件表面产生感应电压，导致局部放电故障，属于变压器保护接地。为保障变压器安全可靠运行，针对变压器铁心和夹件接地进行探讨分析，优化接地方法。

1 铁心及夹件接地的重要性

变压器的内部主要组成部分为：绕组、铁心和夹件。绕组是变压器电路的主要部分，铁心是变压器磁路的主要部分，夹件主要是用来稳固绕组和铁心硅钢片。变压器正常运行时，初级线圈和次级线圈在通流的情况下会产生磁场，而铁心和夹件受磁场环境的影响，表面会产生感应电压，随着磁场强度的增强，磁通量大小也会逐渐增大，导致感应电压逐级升高。由于受磁场位置的影响，产生不均匀的感应电压，形成电势差，造成铁心及夹件表面出现连续性放电，导致变压器内部出现故障，这种造成变压器内部故障放电的电压称之为“悬浮电压”。因此变压器运行时，铁心和夹件必须有一点接地，来降低和消除感应电压。

变压器铁心和夹件接地时，为防止铁心和夹件两者之间形成环形电流，规定铁心和夹件只能有一点接地。如果出现两点及以上接地时，在电势差的作用下，铁心与夹件会形成环流，造成变压器内部温度异常升高，会直接损坏变压器内部固态绝缘及绝缘油老化，影响变压器正常使用寿命。

2 铁心及夹件的接地方式及优化方法

我国现阶段的变压器，铁心和夹件接地方式主要是通过小型套管或绝缘螺栓引出变压器外壳再接地。这种接地又分为两种接地方式：

第一种接地方式如图1 这种接地方式是铁心和夹件经套管或绝缘螺栓引出线后直接短接接地，这种接地方式在变压器正常运行时会出现三种电流流向现象，分别为I1、I2、I3,这三种不同的电流为；

图1 原有变压器铁心接地图

I1：铁心—接地端接地

I2：夹件—接地端接地

I3：铁心—接地端接地—夹件

第二种接地方式如图2，这种接地方式是，铁心和夹件经套管或绝缘螺栓引出线后分别接地。这种接地方式在变压器正常运行时也会出现三种电流流向现象，分别为I1、I2、I3,这三种不同的电流电路为；

图2 改造后变压器铁心夹件接地图

I1：铁心—铁心接地

I2：夹件—夹件接地

I3：铁心—铁心接地—大地—夹件接地—夹件

上述两种接地方式中感应接地电流I1、I2都属于正常情况。但感应接地电流I3就不相同了；在图1 接地方式中，感应电流经；铁心—接地端—夹件,在变压器铁心和夹件之间形成“环形电流”，在电流热效应的影响下，造成变压器内部温度异常升高。高温又是直接导致固态绝缘和绝缘油老化的直接因素。由于受环形电流的影响，在线监测系统中也不能准确的测量到铁心和夹件的接地电流，设备出现故障时导致误判断，因此第一种接地方式存在缺陷。而图2 接地方式中，感应电流经铁心—铁心接地—大地—夹件接地—夹件，电流经过高抗（大地），所以铁心与夹件之间无法形成“环形电流”，不会影响变压器正常温升，在线监测系统中也能精准的测量到铁心和夹件的接地电流（根据DL/T 596—2021 电力预防性试验规程中规定变压器运行时，铁心接地电流不能大于0.1 A,夹件接地电流不能大于0.3 A），能为判断变压器内部是否存在故障提供充分证明。

型号为xx-223000/500 无励磁调压电力变压器，铁心和夹件的接地方式按图1 中的接地方式接地，而这种接地方式在变压器运行时有以下相关问题：

（1）变压器运行时内部铁心与夹件之间容易形成“环形电流”，在电流的热效应下变压器内部温度会异常升高，而高温会加速固态绝缘和绝缘油的老化，影响变压正常使用寿命；

（2）由于受“环形电流”的影响，在线监测系统中不能精准的测量到铁心和夹件的接地电流，不能为判断变压器内部是否存在故障提供充分证明；

（3）可以时时测量变压器铁心及夹件感应接地电流，与在线监测系统中监测的泄露电流进行对比，来确定在线监测系统的准确性；

（4）变压器检修维护时，在配合测量铁心和夹件对地绝缘电阻时，需拆除外部接地引线，由于该型号变压器铁心和夹件的引出端采用对地绝缘M10的铜螺栓，这种铜螺栓优点是导电率好；缺点是螺栓强度低，容易断裂。如果现场作业时，因空间狭隘和受力不协调等因素，易导致铜螺栓断裂。结合变压器内部狭小结构情况，处理该故障时需对变压器进行吊罩，才能更换处理，会影响变压器正常检修周期和运营效益。

综合上述所列的4 种问题，为保障变压运行时能准确检测到铁心和夹件感应接地电流，延长变压器使用寿命，降低和消除“环形电流”，以及防止因检修时操作不当，对变压器造成损伤扩大检修范围，建议把变压器铁心和夹件接地方式由图1 接地方式优化为图2 接地方式。

3 总结

通过对变压器内部主要组成部件和功能详细介绍和对变压器在运行时产生放电故障的科学分析，实现了对设备存在缺陷部分改造处理，达到了延长设备使用寿命，提高电网系统安全，降低设备维护成本的效果。