变压器铁芯多点接地故障(DOC)

变压器铁芯多点接地故障变压器铁芯多点接地是一种常见故障，统计资料表明，它在变压器总事故中占第三位。

因此，准确、及时地诊断与处理变压器铁芯多点接地故障，对保证变压器的安全运行具有重要意义。

一、铁芯正常时需要一点接地的原因在变压器正常运行中，带电的绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯和其他金属物件就处于该电场中。

图1-25示出了电厂电力变压器铁芯不接地对的断面示意图。

图1-25 寄生电容分布图由图可见，高压绕组与低压绕组之间、低层绕组与铁芯之间、铁芯与大地（变压器油箱）之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生一定的电位，通常称为悬浮电位。

由于铁芯及其他金属构件所处的位置不同，具有的悬浮电位也不同，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，使产生火花放电。

这种放电是断续的，放电后两点电位相同；但放电立即停止，然后再产生电位差，再放电……。

断续放电的结果使变压器油分解，长期下去，逐渐使变压器固体绝缘损坏，导致事故发生，显然是不允许的。

为避免上述情况发生，国家标准规定，电力变压器铁芯和较大金属零件均应通过油箱可靠接地。

20MVA及以上的电力变压器，其铁芯应通过套管从油箱上都引出并可靠接地。

具体做法是将变压器铁芯与变电站的接地系统可靠连接。

这样，铁芯与大地之间的寄生电容被短接，使铁芯处于零电位，这时在地线中流过的只是带电绕组对铁芯的寄生电容电流。

对三相变压器来说，由于三相结构基本对称，三相电压对称，所以三相绕组对铁芯的电容电流之和几乎等于零。

目前，广泛采用铁芯硅钢片间放一钢片的方法接地。

尽管每片之间有绝缘膜，仍然认为是整个铁芯接地。

从铁芯两端片可测得其电阻值，此电阻一般很小，仅为几欧到几十欧，在高电压电场中可视为通路，因而铁芯只需一点接地。

二、铁芯只能一点接地的原因由上述可知，铁芯需要有一点接地，但不能有两点或多点接地。

铁芯两点连接时的电压如图l－26所示。

铁芯在额定激磁电压下，用电压表测量铁芯两端片间电压时，发现两端片间有电位差存在。

这个电位差是由于铁芯、电压表及导线所构成的回路与铁芯内滋通相交键而产生的。

因为交链的磁通数量相当于总磁通的1／2，所以这个电压的数值大体相当于匝电压的1／2。

图1-26 铁芯两点连接时的电压显然，当铁芯或其他金属构件有两点或两点似上接地时，则接地点间就会形成闭合回路，造成环流，有时可高达数十安。

例如，华中电网的某SFPB1--240000／220型和SFSL1--25000／110型变压器，其地线中的故障电流竟达到17～25A。

该电流会引起局部过热。

导致油分解，产生可燃性气体，还可能使接地片熔断，或烧坏铁芯，导致铁芯电位悬浮，产生放电，使变压器不能继续运行，这也是不允许的。

因此，铁芯必须接地，而且必须是一点接地。

三、铁芯正确接地方式为了确保铁芯一点接地，对铁芯间无油道的变压器，其铁芯的正确接地方式有四种。

如图1－27所示.a b c d图1-27 铁芯的正确接地方式（a）上下夹件间不绝缘而有吊螺杆时；（b）上下夹件间不绝缘时；（c）上下夹件间绝缘时；（d）上下夹件间绝缘而有接地套管时（1）当上下夹件间有拉杆或拉板且不绝缘时，接地铜片连接到上夹件上，再由上夹件经吊螺杆接地，如图1－27（a）所示。

（2）若上下夹件间不绝缘，接地铜片从下夹件经地脚螺丝接地。

如图1-27（b）所示。

（3）当上下夹件间绝缘时，在上下铁轭的对称位置上各括一接地铜片连接夹件，由上夹件经铁芯片至下夹件再接地，如图1-27（c）所示。

要求接地片位置对称的目的，是为了避免铁芯两点接地。

（4）当采用接地套管时，铁芯经接地片至上夹件与接地套管连接接地。

如图1－27（d）所示。

四、铁芯故障的类型和原因铁芯接地故障的原因主要有：（1）接地片因施工工艺和设计不良造成短路。

（2）由于附件和外界因素引起的多点接地。

常见的故障类型有下述几种：（1）铁芯碰壳、碰夹件。

安装完毕后，由于疏忽，未将油箱顶盖上运输用的稳（定位）钉翻转过来或拆除掉，导致铁芯与箱壳相碰；铁芯夹件肢板碰触铁芯柱；硅钢片翘曲触及夹件肢板；铁芯下夹件垫脚与铁轭间纸板脱落，垫脚与硅钢片相碰；温度计座套过长与夹件或铁轭、芯柱相碰等。

（2）穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。

（3）油箱内有异物，使硅钢片局部短路。

如山西某变电所的一台31500／110型电力变压器发生铁芯多点接地，吊罩发现在夹件与铁轭间有一把天柄螺丝起子；另一变电所一台60000/22O型电力变压器吊罩启发现有一根120mm长的铜丝；还有一个变电所台120000／220型电力变压器吊罩后在下夹件与铁轭之间找出一锅块；再如，东北某变电所的一台大型电力变压器发生铁芯多点接地，吊罩检查发现油箱底部有三段曲折型钢丝，钢丝的直径约0．31mm，长度分别为25、28、31mm。

（4）铁芯绝缘受潮或损伤，如底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘、铁盒绝缘（纸板或木块）受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。

（5）潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，堆积在底部，在电磁引力作用下形成桥路，使下铁轨与垫脚或箱底接通，造成多点接地。

（6）运行维护差，不按期检修。

五、铁芯多点接地故障的诊断方法变压器铁芯多点接地故障的诊断方法一般有以下两种：（一）气相色谱分析法这种方法是目前诊断大型电力变压器铁芯多点接地的最有效方法。

最常用的是 IEC三比值法，有时也采用德国的四比值法。

1．三比值法就是利用五种特征气体的三对比值。

来判渐变压器故障性质的方法。

在三比值法中，有3组编码组合数与变压器铁芯引起的故障有关，即0、2、0，0、2、1，0、2、2编码。

但是，常见的是0、2、2编码。

实践证明，用三比值法诊断变压器铁芯多点接地故障不失为一准确方法。

但是，诊断的经验表明，应用三比值法诊断变压器铁芯多点接地故障时存在以下两个问题：（1）只有根据各组分含量的注意值或产气速率限值有理由判断变压器内部存在故障时，才能进一步用三比值法判断其故障性质，即当油中特征气体未达到注意值时，不能应用三比值法进行判断。

（2）在实际工作中。

有时不存在以上3种编码组合数，因而给判断故障性质造成不便。

此时可采用四比值法等。

2．四比值法就是利用五种特征气体的四对比值，来判断故障的方法。

在四比值法中，以“铁件或油箱出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障，其准确度是相当高的。

其分析判据为CH4/CH2=1～3C2H6/C2H4＜1C2H4/C2H6≥1C2H2/C2H4＜0.5其中CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2为被测充油设备中特征气体的含量。

满足判据条件即可判定为铁芯有多点接地故障。

同时，可通过气相色谱分析数据，计算出故障点的热平衡温度。

其计算公式可用日本月冈淑郎等人推荐的经验公式T=3221g C2H4/ C2H6+525（℃）理论分析和实践都表明，铁芯多点接地时，其故障点或故障部分的渴度多在600～800℃之间。

产生高温的能量来源于两方面：一是正常负载的磁通在铁芯故障部位的磁滞和涡流损耗。

二是两接地点间的环流在铁芯故障部位的有功损耗，后者往往占绝大部分。

【例4］某台SFZ7一25000/110型的主变压器,其铁芯外引接地。

1988年投入运行,交接和连年预防性试验（包括油色谱、常规试验）结果均正常。

1990年3月预试取油样色谱分析中发现油中特征气体较上次有异常，立即决定跟踪分析,几次取样数据如表1－8所示。

表1-8 故障变压器主要色谱分析结果1.用故障产气速率分析相对产气率为可见，气体上升速度很快，且大于10％／mon，可认为设备有异常。

但《规程》中同时又指出“总烃含量低的设备不宜采用相对产气率进行判断”。

由于该主变压器前次测试结果，总烃为38PPm和47PPm，并不算高，因此尚需要跟踪。

然而在下次再复试时，总烃已显著增高，已不容忽视。

其相对产气速率为所以有理由认为设备有异常。

2．用判断故障性质的三比值法来分析上述比值范围编码为（0、2、2），由此推测，故障性质为“高于700℃高温范围的热故障”，用日本月冈淑郎等人推导的经验公式计算得其估算温度也与上述结论相符。

3.用德国的四比值法分析CH4/H2=29.0/14.0≈2.07(在1～3之间)C2H6/CH4=18.0/29.0≈0.62＜1C2H4/C2H6=174/18.0≈9.67≥3C2H2/C2H4=0＜5可见满足判据条件，可判定铁芯有多点接地故障。

综上分析，可以认为主变压器内部有故障，而且是铁芯多点接地故障。

为确定故障部位，又停电测试，分别测量了绕组介质损耗因数吃入绕组直流电阻和吸收比，其结果均正常。

由此可以进一步判定故障点不在电气口路和主绝缘部位。

于是，打开铁芯接地片，用万用表测量铁芯对地绝缘电阻，其值为零，从而进一步证实故障性质为铁芯多点接地引起的电弧放电。

最后，吊罩检查发现，有一根￠5mm、长16cm的圆铁芯与下夹铁短接，圆铁钉上已有几处烧伤痕迹。

取出铁钉后复测，铁芯与地间绝缘电阻恢复到800MΩ。

清除铁钉后，再进行真空脱气注油，迄今该变压器油气相色谱分析数据如表1－9所示，可见均小于正常值，因此，充分证明该主变压器内部故障已被彻底消除。

表1-9 主变故障消除后色谱分析表（ppm）现场诊断经验表明，如出现三比值法中不存在的编码组合时，可考察烃类各组分与总烃的比率关系。

表1－10列出了变压器铁芯接地时烃类各组分与总烃的比率范围的统计结果。

可见，在变压器铁芯发生多点接地时，C2H4占总烃的比率最高，达41．3％～68.4%是总烃的主要组成部分。

换而言之,当总烃中含有的C2H4占主要成分时,则可认为变压器有发生铁芯多点接地故障的可能。

表1-10 变压器铁芯多点接地时烃类各组分与总烃的比率范围(二）电气法若电力变压器在运行中,可在变压器铁芯外引接地套管的接地引下线上用钳形电流表测量引线上是否有电流。

也可在接地刀闸处接入电流表或串接地故障指示器。

正常情况下路匝存在,匝内流过环流,其值决定于故障点与正常接地点的相对位置,即短路匝中包围磁通的多少。

最大电流，此电流很大，为mA级（一般小于0.3A）,当存在接地故障后,铁芯主磁通周围相当于有短可达数百安培。

与变压器所带负荷情况也有关。

图1-28 铁芯接地应急措施接线图 MOA_金属氧化物避雷器（防止RX开路的后备保护）图1-29判断铁芯故障点部位 I1_上夹件接地回路中电流；I2_铁芯接地回路中电流有的单位采用图1-28所示的原理接线图进行参数测定，其方法如下：（1）正常运行时Q1、Q2关合。

（2）测试故障电流时，将电流表 A两个端子接入，拉开 Q l刀闸即可测量，测试完毕，合上Q1取下电流表A。

（3）测量接地电流时，在采取限流措施后，将Q2刀闸断开即可。