变压器铁芯多点接地故障的判断与处理

变压器铁芯多点接地故障的判断与处理

姚晓玲

广州市花都第二建筑工程有限公司510800

摘要：电力变压器是在正常运行时，铁芯须有一点可靠接地。但如果由于某种原因造成铁芯或金属构件如有两点或两个点以上（多点）接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地之间形成环流，使铁芯局部过热，严重时甚至造成铁芯损毁，酿成重大故障。本文介绍了电力变压器铁芯接地形成的原因、特征及判断方法，及发生铁芯多点接地故障后相应的处理方法。

关键词：变压器；铁芯；接地

电力变压器是电力系统中主要设备之一，它的造成运行时电网安全、可靠、经济运行的重要保障。根据国家标准及运行部门的要求，运行中变压器铁芯，必须有一点可靠接地。这是因为变压器正常运行时，带电的绕组与油箱之间存在电场，而铁芯和其它金属构件处于该电场中。由于电容分布不均，场强各异，则铁芯对地会产生悬浮电压，将会造成铁芯对地断续性击穿放电，破坏固体绝缘和油的绝缘强度。所以铁芯必须有一点可靠接地。

铁芯有/钢片，金属软管不锈钢软管组成。为减小涡流，片间有一定的绝缘电阻（一般仅几欧姆至几十欧姆），由于片间电容极大，在交变电场中视为通路，因而铁芯中只需要一点接地即可将整叠的铁芯叠片电位钳制在地电位。当铁芯或其金属构件如有两点或两点以上（多点）接地时，铁芯间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，并且造成铁芯多点接地发热故障。电力变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热，严重时铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至会造成中瓦斯动作而跳闸的事故。

综上所述，变压器铁芯只有一点接地，才是正常接地。即铁芯的金属软管不锈钢软管必须接地，而且必须是一点接地。在众多变压器事故中，铁芯接地故障占有很大比例。有关资料表明，因铁芯问题造成的各种故障比例占变压器各类故障的第三位。因此，准确、及时地处理故障，是保障变压器安全运行的必要条件。

一、铁芯多点接地产生的原因

造成变压器铁芯多点接地的原因有以下几点：

1、在变压器生产时生产。例如：（1）铁芯加工时毛刺超标、夹有金属颗粒，由叠片导致小坑等，使得绝缘层破坏导致片间短路。（2）变压器制造或大修过程中，内部可能残留一些具有导电性质的悬浮物，在变压器运行后这些悬浮物在电磁场作用下形成导电小桥，使铁芯与油箱壁短接，这种情况常发生在油箱底部。（3）接地片因加工工艺和设计不良造成。

2、在变压器现场安装时产生。例如：（1）铁芯穿芯螺栓、压环钉等的绝缘破坏等。例如（2）冷却器的净油器进出方向装反，/胶粉末进入箱体使绝缘电阻下降，或沉积在油箱底部形成桥路。

3、运行过程中产生。例如：（1）潜有泵轴承磨损产生的金属粉末进入主变油箱容易导致油箱壁与铁芯短接。（2）变压器进水，使铁芯底部绝缘垫块受潮，引起铁芯对地绝缘下降。（3）吸湿器/胶失效、油泵密封不严等使潮气或水进入油箱，造成绝缘电阻下降，从而造成铁芯多接地。

二、铁芯接地故障的诊断

目前，检测变压器铁芯是否多点接地的方法主要有3种，即测量铁芯绝缘电阻法、运行中测量铁芯接地电流的电气法和检测变压器绝缘油特性的气相色谱分析法。

2.1绝缘电阻测量法

断开铁芯正常接地线，用2.5kV兆欧表（对运行年久的变压器可用1kV兆欧表）测量铁芯对地电阻，如绝缘电阻为零或很低，则表明可能存在铁芯多点接地故障。

2.2测量铁芯接地线中有无电流

在变压器铁芯外引接地线上，用钳形表测量引线中是否有电流。变压器正常运行时，流过接地线的电流为绕组对铁芯的电容电流，仅为毫安级，一般不超过0.1A。当存在多点接地时，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，流过的环流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，一般可达几十安培。通过测量接地引线中有无电流，可以很准确地判断出铁芯有无多点接地故障。

2.3气相色谱分析法

对变压器油中含气量进行气相色谱分析，是检测变压器铁芯是否多点接地的较有效的方法。发生铁芯多点接地故障的变压器，其油色谱通常有以下特征：总烃含量超过GB7252-2001变压器油中溶解气体分析和判断导则规定的注意值150μL/L，通常乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）占较大比重，乙炔（C2H2）含量低或不出现，即未达到导则规定的注意值5μL/L。当色谱分析结果出现乙炔超过导则规定注意值时，则可认为该铁芯接地是动态接地故障。当色谱分析出现上述特征，并在铁芯绝缘电阻为零或很低及铁芯接地线中有环流时，则可确定该变压器铁芯已发生多点接地故障。

2.4当变压器在运行时发生铁芯接地故障时，会出现以下现象：

1、变压器铁芯局部过热，损耗增加，从而造成铁芯出现局部过热，严重时造成油纸绝缘老化，进一步引起铁芯叠片绝缘层老化脱落，使铁芯烧毁。

2、出现铁芯多点接地后，未及时处理，变压器继续运行，变压器油分解，产生的气体随即溶解于油中，最终引起变压器油性能下降，从而使油中总超标，与此同时变压器中气体不断增加并析出，引起瓦斯继电器动作发信号，严重的会引起变压器跳闸。

3、铁芯多点接地的不合理使用将会导致烧断接地线，更严重者将会造成变压器失去一点接地，后果不堪设想。

4、铁芯多点接地将会产生放电现象。

从以下几方面可以判断变压器铁芯多点接地：

①测量铁芯绝缘电阻。当变压器铁芯绝缘电阻为零或很低时，则说明变压器可能存在铁芯接地故障。

②变压器空载试验。正常情况下空载试验数据和变压器出厂值变化不大。当发生铁芯故障时，变压器空载损耗和空载电流都有显著变化。

③测量变压器铁芯接地电流。变压器的铁芯或夹件通过小套管引出接地，由于自铁芯与大地之间产生悬浮位，因此便会有接地电流，正常情况下这个电流值是非常小的，但当铁芯存在两点及以上的接地时，便会在铁芯与大地之间形成回路，这时候的接地电流便会增大很多倍。

④变压器气相色谱分析。当变压器发生铁芯接地故障时，其油色谱分析数据中，总含量超过“变压器油中溶解气体和判断导则”（GB7252-87）规定的注意值（150ul/l），其中乙烯（C2H4）（CH4）含量低或没有，即未达到规定注意值（5ul/l）。若乙烯也超过注意值，则可能是动态接地故障。

通过对变压器故障性质判断和热电温度的估算，当确认不是其他原因而是色谱分析出现情况。并且测得铁芯绝缘电阻为零或很低及铁芯接地回路中环流，这样就可以判定该变压器发生了铁芯多点接地故障。

三、铁芯接地故障的处理

1、对于运行中变压器，若发现铁芯多点接地故障时，应先保证变压器的安全运行，正常情况下应进行停电吊罩检查处理。有些系统运行方式不允许长时间停电检查的，一般采用在变压器外铁芯接地回路上串接电阻限制铁芯接地回路上的环流以防故障的恶化。

2、变压器吊罩检查。虽然在铁芯接地回路中串接电阻有一定的作用，但根本上没有消除故障，变压器铁芯接地回路仍存在问题。所以最有效的检查处理。

为了降低变压器器身在空气中的暴露时间，提高检修效率和检查质量，应在解开变压器铁芯与夹件等连接片后如下检查处理：

（1）测量穿心螺杆对铁芯的绝缘。如果测得绝缘电阻为零，则应取出穿心螺杆检查绝缘管有无损坏、螺纹附近有无铁屑、紧固螺母附近的绝缘垫片有无损破等。

（2）检查变压器上下铁的端面与夹件和边柱拉板与下夹件等各间隙处有无金属异物。并对各间隙进行氮气冲吹清理或油冲洗。

（3）对变压器铁芯底部的金属杂物可采用白布或薄塑板通过穿入缝隙中往返抽拉进行清除。一般情况下通过上述方法均能发现故障点杂物引起的故障并且消除改接地故障。

3、电容放电排除法。由于铁芯毛刺、铁锈和焊渣的积聚引起的接地故障，排除故障需要烧掉毛刺，采用吊罩检查处理办法效果不明显时，通常采用电容放电法。

4、其它处理法。对于室内的变压器而言，在进行变压器吊罩处理时，需要拖至室外进行，这给变压器检修处理带来一定的困难。当室内变压器的铁芯发生接地故障时，应先采用不吊罩处理铁芯接地故障的方法。

四、结语

变压器铁芯多点接地故障作为一种常见的变压器故障，为预防其发生，还需要利用油试验、直流电阻试验、绕组连同套管的直流电阻测量、铁芯绝缘电阻测量、绕组连同套管的吸收比或极化指数测量、绕组绝缘介质损耗因数及电容测量、单相低电压短路阻抗测量、变压器有载分接开关检查等预防性试验的试验结果。对其绝缘状况进行综合评判，以预防该类型故障的发生。

参考文献：

[1]徐树铨，电力变压器运行，1993

[2]王小莺等，变压器故障与检测，北京；机械工业出版社，2004

[3]何首贤，供电技术[M]，北京：中国水利水电出版社，2005：126