变压器铁芯多点接地故障判断及处理方法

变压器铁芯多点接地故障判断及处理方法

文章介绍了变压器铁芯只能一点接地的原因，阐述了变压器铁芯多点接地故障的检测方法及处理方法，并结合一起110kV变压器铁芯多点接地故障的处理过程，解决了实际问题，保证了设备的稳定运行，提高了供电可靠性。

标签：变压器铁芯；多点接地；判断处理

1 铁芯只能一点接地的原因

变压器正常运行时，高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地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悬浮电位。当电位达到能够击穿绝缘时，铁芯将对其他金属构件放电，放电会使变压器油分解，长期下去，将导致事故发生。为避免上述情况发生，变压器铁芯应与变电站接地系统可靠连接，使铁芯处于零电位。

当铁芯存在多点接地后，接地点间就会形成闭合回路，产生环流，环流大小取决于故障点与正常接地点的相对位置，两者相对位置越远，环流越大，一般可达到几安到几十安。该电流会引起铁芯局部过热，导致变压器油分解，产生可燃气体，还可能使接地片熔断，或烧坏铁芯，使变压器不能继续运行。因此，铁芯只能一点接地。

2 铁芯多点接地故障的检测方法

2.1 色谱分析法

通常发生故障后，油中总烃含量超过《规程》规定的注意值（150ppm），其分组含量按乙烯（C2H4）、甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）顺序递减。总烃的产生速率超过《规程》规定的注意值（密封式为0.5ml/h）。因为乙烯是判断铁芯多点接地故障的主要特征气体，所以乙烯的产生速率也呈急剧上升趋势。

在色谱分析中，最常用的是三比值法。三比值法是利用五种特征气体的三个比值（C2H2/C2H4、CH4/H2、C2H4/C2H6），按一定的编码规则将三个比值表示成三位数的一个编码，利用这个编码对应的状态即可对故障进行判断。其中有三个编码组合与变压器铁芯故障有关，编码是020、021、022，分别对应的故障是150℃至300℃低温范围的热故障，300℃至700℃中等温度范围的热故障，高于700℃的高温范围热故障。应注意的是，只有特征气体超过注意值，才能用三比值法判断其故障性质，气体含量正常时，三比值法没有意义。

2.2 电气法

变压器正常运行时，铁芯外引接地引下线上的电流很小，一般不超过0.1A。

变压器在运行中，可用钳形电流表在变压器铁芯引下线上测量是否有电流，也可在引下线串入电流表。在用钳形电流表测量时应该注意电磁场的干扰，为消除干扰，测量时可将钳形电流表紧挨接地线并保持水平，读出电流值，之后将接地线嵌入，再读值，两次电流值之差就是实际接地电流值。

变压器停运后，为进一步核实铁芯是否存在多点接地，应将铁芯引出小套管的接地线打开，用2500V兆欧表测量铁芯对地的绝缘电阻，由此来判断故障是否存在。如果判断出铁芯为多点接地，还应该测量铁芯对地电阻，用来进一步判断接地故障是金属性接地还是非金属性接地，以便确定处理方案。

3 铁芯多点接地故障的处理方法

对于暂不能退出运行的变压器，可以在引下线串一个限流电阻，将接地电流限制在安全范围0.1A以下。电阻的选择原则，是将正常工作接地线打开测得电压U除以0.1A，即R≥U/0.1，同时还应该选取适当的电阻功率，以满足运行中电阻的发热需要，如图1所示。

能退出运行的变压器，对于非金属性接地，故障可判断为铁芯与轭铁间的绝缘垫块受潮或铁芯表面附着油泥，一般对变压器油进行微水分析可判断绝缘垫块是否受潮，如果受潮则进行干燥处理，油泥附着可用变压器油进行冲刷。对金属性接地，可采用电容放电冲击法和大电流冲击法处理故障。电容冲击法是利用兆欧表对电容器进行充电，电容器再对铁芯故障点放电的方法，原理如图2所示。由于变压器铁芯底部绝缘垫块较薄，故采用电容冲击法的冲击电流不宜过大，以免发生击穿，一般采用单只高压并联电容器。大电流法是利用大电流通过时的高温将铁芯故障接地点烧断来排除故障的方法。此种方法危险系数高，如果操作不当，将可能造成严重的后果，甚至可能会烧坏变压器。

当铁芯对地电阻恢复后，还应该承受交流1000V耐压1min，之后再检查其对地绝缘电阻。如果绝缘电阻合格方可认为接地点已消除。

4 一起110kV变压器铁芯多点接地故障的处理

某110kV变电所#1主变是由山东达驰变压器厂2007年3月生产并于2007年10月投入运行，其型号为SFSZ7-20000/110，容量为20MV A的变压器。此台主变曾在2013年发生过铁芯多点接地故障，故障为铁芯叠片有一处翻翘，处理后各项试验均合格并投运运行。2015年试验人员按计划对该变电所#1主变进行预防性试验。表1是#1主变几次油化验色谱取样数据，从数据可以看出变压器油各项指标均未达到注意值，分析结果均正常。但常规停电试验发现铁芯对地绝缘电阻不稳定，分析是由于异物在电磁场作用下形成导电小桥造成的不稳定接地故障，异物可能为金属粉末等。

2015年10月27日，按照检修计划对#1主变进行吊罩检查。从外观上并没有发现明显的接地痕迹，之后用2500V兆欧表检查了穿芯螺栓对铁芯及夹件的绝缘，发现绝缘良好。用2500V兆歐表检查铁芯对地绝缘，发现在铁芯底部有

短暂间歇放电声，随后放电声消失，兆欧表显示为零，出现了稳定接地现象。

为了能确切找到接地点，现场决定采用直流法测试。在铁轭两侧的硅钢片上通入6V的直流电源，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当电压等于零时，则可认为该处是故障连接点，如图3所示。经测量发现第6片硅钢片电压为零，判断故障接地点应在第6片硅钢片上。由于铁芯与下夹件之间空间狭小，经多次处理并不理想。

对于这种情况，结合现场实际及两种冲击法的优缺点，试验人员决定采用电容冲击法进行故障排除最为合适。首先用5000V兆欧表对一台电容量为1.32μF 的高压并联电容器充电，之后用电容器对变压器铁芯放电，听见了铁芯与下夹件之间有清脆的放电声，再测铁芯对地绝缘电阻为2000MΩ，同时对其他部位进行了详细检查，均未发现异常，故障消失，表明冲击成功。盖罩充油后，对直流电阻等各项指标进行试验，均达到运行要求。投运后，对色谱进行跟踪分析，未发现异常。

5 结束语

铁芯接地故障已成为变压器常见故障之一，平时应加强对变压器铁芯在线监测，发现异常及时进行判断分析处理。通过此次事故处理可以得到两点值得注意的问题：在实例中变压器铁芯发生不稳定接地故障时，色谱分析并没有发现明显异常，可能是由于故障点比较接近正常接地点，环流值很小，使色谱分析指标没有达到注意值；在处理铁芯多点接地故障过程中，应该慎重使用电焊机进行冲击，电焊机电流大，故障点温度升高很快，如果触及时间稍长就会把故障点焊牢，再持续冲击将有可能对铁芯造成损害，为故障处理造成困难。

参考文献

[1]GB/T7252-2001.变压器油中溶解气体分析和判断导则[S].国家标准化管理委员会，2001.

[2]陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].中国水利水电出版社，2009.

[3]陈化钢.电力设备预防性试验实用技术问答[M].中国水利水电出版社，2009.