浅谈接地变压器铁芯接地故障检测与处理

摘 要：变压器是电力系统中至关重要的组成部分，变压器的正常运行是电力系统稳定性的保障。本文针对最常见的变压器故障之一铁芯多点接地故障进行分析。结合实际情况阐述了变压器多点故障接地类型、判别方法、故障点的检测，总结了排除故障的方法。对变压器的安全稳定运行起到了指导性作用。
关键词：变压器铁芯；多点故障接地；故障检测；分析处理
0 引言
随着我国经济发展，电力系统的负荷大幅度增加，大机组、大电网、高电压和远距离输电的不断发展，高电压等级、大容量变压器的安全稳定运行也越来越受电力部门关注。
电力系统主变压器最常见故障之一就是铁芯多点接地故障，国产的大中型变压器一般用套管把铁芯连接在油箱体外部接地，使铁芯与地等零电位，以避免铁芯在绕组形成的不均匀电场作用下产生对地电位，出现放电现象。但是，如果铁芯因某种原因在非正常接地点又出现接地（即铁芯故障接地）时，该接地与正常接地之间就形成闭合回路，铁芯在线圈电场作用下产生感应电势，形成环流，从而造成铁芯局部短路过热，甚至烧损铁芯。另外，该电流熔断铁芯间的接地片与接地点后，铁芯放电还能使变压器油分解、损坏固体绝缘，导致事故发生。
据统计，因铁芯多点故障接地造成的事故，占变压器总事故前列，尤其是大型变压器出现该事故的台数占运行台数的2%～4%。因此，变压器铁芯多点故障接地的危害不可小视，必须及时的进行判断分析，检测出故障点，作出正确方案排除故障。本文结合实际工作经验，对变压器铁芯多点接地故障进行详细的分析处理。
1 铁芯故障接地的类型
变压器铁芯故障接地类型可概括为两类：
（1）在制造安装检修过程中造成的故障接地。具体情况有：铁芯硅钢片曲翘或有毛刺，扎破绝缘板接触夹件；温度计座套过长，和夹件、铁轭或铁芯柱相碰；钢压板通过上夹件碰铁芯；遗漏金属物使铁芯和油箱连通；安装完毕后未将油箱顶盖上运输用的定位钉处理，导致铁芯碰壳等等。
（2）在使用过程中造成的故障接地。具体情况有：变压器油中的杂质、油泥、纤维等具有导电性质的悬浮物，在电场作用下附着在铁芯下部的绝缘硬纸板上，形成使铁芯和油箱连通的导电“小桥”；潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油中沉淀在底部，使铁芯和油箱底接通；线圈钢压板与上夹件心压螺钉之间的绝缘损坏；钢垫脚与铁芯之间的绝缘受潮；铁芯与夹件的绝缘受潮；穿心螺杆绝缘套损坏；受变压器近端短路或振动的影响，铁芯上夹件受力向上顶，下夹件受力向下压，使穿心螺杆钢座与铁芯末级短路等等。
2铁芯故障接地的判断

2.1主要特征

铁芯故障接地的主要特征有：
变压器铁芯在非正常接地点接地时，接地点间会形成闭合回路，感应电动势形成环路，产生铁芯局部过热；当多点接地严重时，又较长时间未处理，变压器连续运行将导致油及绕组也过热，使油纸绝缘逐渐老化，引起铁芯叠片两片绝缘层老化而脱落，将引起更大的铁芯过热，甚至烧毁；较长时间多点接地，使油浸变压器油劣化而产生可燃性气体，使气体继电器动作；因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化；
用摇表测量铁芯绝缘电阻，明显降低；接地线上的电流明显增大；严重的多点接地，会使接地线烧断，使变压器失去正常点接地，后果不堪设想；变压器油因温升而分解，总烃超标。多点接地也会引起放电现象；

2.2判断方法

根据铁芯故障接地的特征，相应的有以下判断方法。
（1）测量铁芯的绝缘电阻。断开铁芯正常接地点，用兆欧摇表测量铁芯对地绝缘。如果我们测得铁芯的绝缘电阻值很小，甚至为零，则铁芯可能存在故障接地。
（2）测量接地线上的电流。目前大中型变压器一般是钟罩式结构，变压器铁芯通过小套管与外壳上的一条扁铁连接，再通过箱体的接地线接地。我们可用钳型电流表测量接地线上的电流，如果不方便测量时，可用50mm2的铜芯塑料线将小套管与箱底的接地网连接在一起，再测量铜芯塑料线中的电流。正常时无摘自：毕业论文 格式www.618jyw.com
电流回路，电流为零；铁芯故障接地后，在地线上有环流产生，如果电流大于1A，铁芯可能有明显的故障接地。
由于变压器周围存在较强的漏磁通，影响电流测量的准确性。建议测量时先将钳型表紧贴地线外部测得第1次数据（为干扰电流），然后把地线钳入测得第2次数据，把后者减去前者就可得到较为准确的地线电流。
（3）测量空载电流与空载损耗。对变压器进行空载试验，正常时其试验结果应与出厂值没有太大的变化。如果铁芯故障接地，其空载电流与空载损耗都较出厂值明显增大。
（4）进行气相色谱分析。用气相色谱分析法分析变压器油中的气体成份，并根据国家标准GB7252-1987与GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，由总烃量及三比值编码判断故障性质。
如果我们把以上几种方法结合起来共同判断铁芯是否故障接地，效果会更好。

2.3应用举例

我地一台SZ9-Z-31500/110型主变，用户反映去年下半年瓦斯继电器多次动作，后被迫停运。在运行时测得接地线上的电流为0.9A；兆欧表测得铁芯的绝缘电阻为0.369MΩ，A相空载电流为额定电流的4.5%，大于出厂值的1.8%，空载损耗也接近出厂值的3倍。后经气相色谱分析，主变压器油中气体成份如表1所示。
3 故障接地点的检测
经过检查判断是铁芯故障接地后，还要进一步检测出故障接地点，以便排除故障。检测时分两个步骤进行。

3.1 外观检查

变压器吊罩后，对整个铁芯、夹件等进行仔细观察，从外观上直接寻找故障接地点。例如上述变压器在吊罩后检查时发现绝缘层老化脱落的杂物，铁芯底部有一些杂质，且在铁芯柱底部有一小块硅钢片下脚料，造成故障接地，此外还可见灼烧痕迹。

3.2 仪表检测

在外观观察不能明显发现故障接地点，或不能确定是哪级硅钢片接地时，可用仪表进行检测。首先打开铁芯与夹件的连接片，即断开正常接地点。然后在铁轭两侧的硅钢片上接上6V的直流电源，再用电压表逐步测量各级硅钢片对地的电压，如图1（a）所示。当电压为零或为负值时，电压表所测硅钢片故障接地。也可在低压绕组上加上很低的交流电压，让铁芯中具有交变磁通，再用毫安表依次测量各级硅钢片，如图1（b）所示。当电流指示为零时，毫安表所接硅钢片接地。
另外，对于间断性接地，还可打开铁芯接地套管的接地线，接上1000～2500V的兆欧摇表进行摇测，同时观察铁芯各处，有发电现象的地方即为故障接地点。
4 铁芯故障接地的排除
在确定铁芯故障接地之后，就可采取以下方面的措施予以排除。

4.1主变压器可以停运的铁芯接地故障排除

当主变压器可以停运检修时，可以从以下几点对铁芯接地故障进行排除：
（1）对于制造安装检修过程中出现的故障接地，找出故障点后针对性的做好处理就行了。如修整硅钢片，除去毛刺，以免硅钢片碰壳、碰夹件；缩短温度计座套的长度；缩短上夹件压螺钉的长度，使钢压板不触及螺钉；清除箱底遗漏的杂物，特别是金属物；安装完毕后拆除油箱顶盖上运输用的定位螺钉或将其翻转等等。
如有一台110KV变电站的主变，用2500V摇表检查铁芯对地的绝缘电阻为零，初步确定为铁芯故障接地，吊罩后使用直流法检测铁芯故障接地点，进一步检查是铁芯某硅钢片毛刺对箱底短路接地。我们采用电容放电法，通以大电流把毛刺烧掉后，故障得以排除。
（2）导电粉尘沉积箱底。首先清除沉积的脏物：可在8#铁丝上均匀半叠式的缠上干净的白布带，并把它穿过铁芯与箱底之间的空隙，由两人在铁芯底部来回拉动，把底部所有脏物清出；另外，对于铁芯下部及绝缘垫上的铁锈油泥也要清除干净；最后用油径板式滤油机把脏物残渣吸滤掉。然后测取铁芯对地的绝缘电阻，如果阻值>1000 MΩ则满足要求了。
（3）夹件内侧与铁芯的绝缘表面上有沉积物形成接地。此时可采用放电冲击法排除故障。如一台Z9-10000/66型主变，出现上述故障后铁芯绝缘电阻仅为1MΩ，我们利用高压电气试验用的升压变压器T2对铁芯进行冲击放电，接线图如图2（a）所示。操作时把调压器T2的输出电压慢慢升高，当电压接近1000V时，听见线圈内“砰”的一声响，这时打开开关K，测得铁芯绝缘电阻为10MΩ。接着继续升高电压，当上升到1600V时，线圈内又是“砰”的一声响，同上再测绝缘电阻为600MΩ。再又继续升压到2100V时，随着线圈内“砰”的一声响，铁芯的绝缘电阻测得为1500MΩ，消除了接地故障。[3]另外也可采用电容放电冲击排除接地故障，如图2（b）所示。先把开关K合“1”端，对电容器C充电，待电容器充满电后，把K合“2”端，对铁芯故障放电。反复几次，便可消除故障。图中电容C取10μF、4KV。注意无论采用哪种方法放电，操作时最高输出电压不超过2500V。
（4）绝缘件受潮。在条件允许的情况下（如专门制造修理厂），可直接更换掉受潮的绝缘件。在现场不具备更换条件时，可采取对受潮部位进行去潮处理的方法。
脚绝缘纸板及木块受潮引起铁芯绝缘电阻<1000MΩ。在不方便更换的情况下，我们在下节油箱里加入变压器油，使油高出箱底100mm左右。再在箱底下面中间部位的地方（要求不对准垫脚铁）放一个20KW的电炉，电炉丝距箱底约100mm，进行加热。接着用压力式滤油机或真空滤油机对变压器脱水，整个处理过程40～50h。后测铁芯绝缘电阻为3000MΩ，符合要求。应注意在加热过程中要视情况调整电炉距箱底的距离，太近会烤坏垫脚绝缘纸板和木块，太远加热的效果差源于：www.618jyw.com
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（5）绝缘件受损。一般需要更换受损的绝缘件，更换后要求铁芯对地的绝缘电阻大于1000MΩ。如一台2000KVA的变压器，吊芯检查发现A、B两相之间的穿心螺杆对铁芯的绝缘电阻仅为8MΩ，是低压侧的钢座与铁芯末级的绝缘纸板损坏。我们先取出该穿心螺杆的钢座，在螺杆故障端垫上绝缘纸板，加上钢垫圈，上好螺母，测得该螺杆与铁芯的绝缘电阻为2000MΩ，消除了故障。

4.2 主变压器不能停电的应急处理

发现铁芯存在故障接地后，而系统运行方式又暂不允许长时间停运，此时可在变压器铁芯外引接地回路中串接电阻，限制铁芯接地回路中的环流，避免油中气体的进一步分解，防止故障的进一步恶化。具体的做法是：先用钳形电流表测得外引接地线上的电流及接地线的开路电压，然后计算出所串接的电阻值，最后选择恰当容量的电阻串接回路中。实践中我们对一台暂不能停运的变压器，铁芯故障接地后，测得接地环流28A，开路电压22V，则接地回路电阻为22/28=0.8Ω。要求串接电阻后的环流不超过0.2A，那么所串电阻值为22/0.2-0.8=109.2Ω，取110Ω；电阻的功率为0.22×110=4.4W，取8W，以避免烧坏电阻后铁芯开路。要注意限流电阻不能太大，以保证铁芯基本处于地电位；但也不能太小，否则环流依然偏大。经验表明，限流在0.1～0.3A比较恰当。
长期以来，我们采用上述一些方法分析判断检测与处理变压器铁芯的故障接地，收到了良好的效果。
5结论
变压器的接地故障直接引起变压器的正常稳定运行，及早的发现故障、准确的检测故障点和正确的排除故障对电力检修是及其重要的。通过对变压器故障接地类型、检测与处理方法的分析[4，5]，为电力运行与检修人员提供了指导性作用。
参考文献
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孙晓亮，茅坚刚.浅析变压器铁芯接地故障及处理[J].供用电.2006，10，23（5）
[3]徐望真.沙田电站3号主变铁芯多点接地故障的分析与处理[J].湖南电力.2011，2，31（1）
[4]葛刚卫.变压器接地故障分析与处理[J].山西焦煤科技，2010，7
[5]佟伟光，刘威，胡钟元.一起配电变压器铁芯接地故障判断及分析
作者简介：
张小兵（1984-），男，硕士研究生，主要从事高压电气试验方面的工作。