趙榮杰
寧夏石嘴山供電局,寧夏石嘴山 753000
變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障診斷
趙榮杰
寧夏石嘴山供電局,寧夏石嘴山 753000
變壓器鐵芯有且只能有一點(diǎn)接地,出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上的多點(diǎn)接地現(xiàn)象時(shí),極易導(dǎo)致鐵芯故障,進(jìn)而影響變壓器正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)性能。本文介紹了變壓器鐵芯故障的類(lèi)型、相關(guān)診斷及其正確的接地方式,來(lái)減少因多點(diǎn)接地引起的故障。
鐵芯;變壓器;多點(diǎn)接地故障;診斷
作業(yè)狀態(tài)的變壓器鐵芯及其附件都處于繞組周?chē)牟痪鶆螂妶?chǎng)內(nèi),高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與變壓器油箱之間都存在著寄生電容,如不接地,鐵芯及其他附件必然感應(yīng)到一定的電壓,在外加電壓的作用下,當(dāng)感應(yīng)電壓大于接地電壓時(shí),則會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。這種放電是由于電位差而產(chǎn)生,放電電位差短暫消失,放電停止,然后再產(chǎn)生電位差再放電,如此周而復(fù)始。為了避免電壓器內(nèi)部放電,變壓器鐵芯必須接地,并且只能有一點(diǎn)接地。多點(diǎn)接地,各點(diǎn)之間會(huì)形成環(huán)流,由于鐵芯芯片間有絕緣電阻,鐵芯自身也有電阻,當(dāng)環(huán)流通過(guò)時(shí),將會(huì)發(fā)熱,而發(fā)熱將使油溫上升,變壓器內(nèi)部產(chǎn)氣速率猛增,局部高溫囤積,如不及時(shí)處理,輕則瓦斯繼電器動(dòng)作,嚴(yán)重者接地線(xiàn)燒斷中進(jìn)而出現(xiàn)放電故障,損壞固體絕緣和油質(zhì)絕緣強(qiáng)度,造成嚴(yán)重后果。鐵芯多點(diǎn)接地有兩個(gè)類(lèi)型:一種是鐵芯不穩(wěn)定性多點(diǎn)接地,一種是鐵芯穩(wěn)定性多點(diǎn)接地。確定好鐵芯多點(diǎn)接地的類(lèi)型才能對(duì)其故障僅有有效地診斷和改善。
鐵芯是變壓器的基本部件,是變壓器的磁路和安裝骨架。當(dāng)變壓器鐵芯與額外部件相關(guān)聯(lián)或者周?chē)h(huán)境不樂(lè)觀(guān)時(shí),鐵芯故障極易發(fā)生。比如,當(dāng)鐵芯受潮或者受損,鐵芯與油箱殼相碰,油箱內(nèi)存在金屬異物、金屬粉末,鐵芯夾件紙板與鐵芯柱相接觸、與溫度計(jì)座套接觸等等,都是在實(shí)際應(yīng)用中變壓器鐵芯容易出現(xiàn)的故障。但是,大部分故障都是由于人為工作的不細(xì)致或者疏忽造成的,如安裝或者修葺變壓器完畢后,工作人員忘記將油箱蓋頂部的定位穩(wěn)定安置恰當(dāng),則會(huì)導(dǎo)致鐵芯與油箱接觸造成故障發(fā)生。
變壓器鐵芯多點(diǎn)接地不可忽視,極易導(dǎo)致放電、燒毀變壓器、中斷電源等惡性事故的發(fā)生。由于變壓器內(nèi)部存在磁通路,當(dāng)變壓器鐵芯發(fā)生兩點(diǎn)以上接地現(xiàn)象時(shí),磁通路周?chē)鷷?huì)發(fā)生短路匝,內(nèi)流會(huì)大于環(huán)流,各接地點(diǎn)之間也會(huì)形成環(huán)流。環(huán)流的大小主要受兩方面影響:其一,與鐵芯正常接地點(diǎn)位置與故障接地點(diǎn)位置之間距離的大小有關(guān),且成正比。距離遠(yuǎn)大,包含的磁通路越多,環(huán)流就越大,最大可達(dá)數(shù)百安。其二,環(huán)流的大小還與接地的材料有關(guān),當(dāng)接地的位置是金屬或者高阻時(shí),環(huán)流則會(huì)增大。通常說(shuō)來(lái),只有110kV以上,以及部分35kV的變壓器有外接裝置,大部分鐵芯沒(méi)有外引的變壓器,為執(zhí)行鐵芯診斷操作帶來(lái)了很大的不便,也就不易判定其性能故障的類(lèi)型,不能對(duì)癥下藥。常用的變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障測(cè)量方法有在線(xiàn)測(cè)量、帶電取油、停電測(cè)試三個(gè)方法,此三個(gè)方法互利互補(bǔ),結(jié)合使用效果最佳。
此法也叫鉗型電流表法。顧名思義,此法是以鉗型電流表為工具,在不需采取斷電的情況下就可測(cè)量鐵芯多點(diǎn)接地故障原因,并得以準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。在線(xiàn)測(cè)量是使用頻率最大的辦法,重在防范故障發(fā)生,所以需定時(shí)定期測(cè)量接地引線(xiàn)電流。首先變壓器投運(yùn)后應(yīng)測(cè)量并記錄接地電阻阻值,最為初始值。日后定期測(cè)量的數(shù)值都應(yīng)與初始值進(jìn)行比較,若無(wú)大幅度差值,則說(shuō)明無(wú)故障接點(diǎn)。測(cè)量值應(yīng)控制在100mA以?xún)?nèi),若大于1A且與初始值增加幅度大,則可能是由低阻接地或者金屬接地引起的。
此法也稱(chēng)為色譜分析法。即在不斷電的條件下,對(duì)油箱抽樣再加以色譜分析其組成成分來(lái)判斷結(jié)果。假若總烴明顯增加,而一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w與以往相比變化不大或基本不變,甲烷、乙烯卻占主要成分,則可能是鐵芯多點(diǎn)接地或鐵芯硅鋼片間維緣損壞,可判斷為裸金屬過(guò)熱。若總烴中出現(xiàn)乙炔成分,則可能不穩(wěn)定型鐵芯多點(diǎn)接地情況。
即絕緣電阻法。該法是通過(guò)2 500V搖表為工具,來(lái)?yè)u測(cè)鐵心與外殼之間電阻,通過(guò)測(cè)值來(lái)判斷故障原因。當(dāng)電阻值大于200mΩ時(shí),則鐵芯絕緣正常良好。若測(cè)值在200Ω~400Ω之間,且搖表顯示鐵芯與外殼相連,則說(shuō)明鐵芯存在高阻接地點(diǎn),此情況需及時(shí)處理,清理故障。若測(cè)量值為1Ω~2Ω,則發(fā)生金屬接地現(xiàn)象,必須對(duì)變壓器及時(shí)進(jìn)行處理。
在線(xiàn)測(cè)量法和帶電取油法都是在線(xiàn)監(jiān)測(cè),操作簡(jiǎn)單也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,但是結(jié)果精確度不佳,而停電測(cè)試法雖然操作繁瑣,但是結(jié)果精確,可做最后的判定結(jié)果。
為了避免變壓器放電分解油箱,以及多點(diǎn)接地造成的環(huán)流高溫,國(guó)標(biāo)規(guī)定,普通變壓器鐵芯和較大金屬零件都要以油箱為媒介可靠接地,且只能有一點(diǎn)接點(diǎn);對(duì)20 000kW及以上的變壓器,鐵芯接地則要通過(guò)油箱上部接通,且保證一點(diǎn)接地。具體做法是將變壓器鐵芯可靠地連接到變電站的主網(wǎng)系中,使鐵芯與大地之間的寄生電容被短接,鐵芯處于零電位狀態(tài)。此時(shí)電線(xiàn)中的電流稱(chēng)為帶電電阻對(duì)鐵芯的寄生電容電流。眾所周知三相變壓器,三相電壓對(duì)稱(chēng),所以三相繞組對(duì)鐵芯的電容電流之和幾乎等于零。當(dāng)前,鐵芯硅鋼片之間放置一銅片接地可有效保證一點(diǎn)接地。因?yàn)殂~片可起到絕緣膜的作用,由此鐵芯的電阻值僅有幾歐到及時(shí)歐大小,如此之小的電阻在高壓供電線(xiàn)路中等同于通路。鐵芯接地的方式有四種:其一,上下夾件不絕緣,接地銅片要按著順序通過(guò)下夾件和地腳螺絲的形式來(lái)接地。其二,上下夾件不絕緣并且二者之間存在拉桿或者拉板時(shí),接地銅片則要和上夾件連接,再經(jīng)過(guò)吊芯螺桿接地。其三,當(dāng)上下夾件間絕緣時(shí),為避免兩點(diǎn)接地現(xiàn)象發(fā)生,要確保在上下鐵軛的對(duì)稱(chēng)位置需分別安裝一銅片來(lái)連接夾件,此時(shí)接地電流則通過(guò)上夾件到鐵芯片再到下夾件的順序接地。其四,當(dāng)采用接地套管接地時(shí),接地順序則是鐵芯-接地片-上夾件-接地套管-接地。
變壓器鐵芯必須接地,才能保證變壓器內(nèi)的寄生電容不產(chǎn)生電位差,從而遏制斷續(xù)放電的現(xiàn)象。確保變壓器接地的唯一性,避免各接地點(diǎn)之間的環(huán)流熱量。只有科學(xué)合理的變壓器鐵芯接地方式,才可以有效的減少變壓器磨損及事故發(fā)生的頻率。相信隨著科技的發(fā)展,全新高效的鐵芯接地方式也會(huì)隨之誕生。
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