變壓器鐵芯接地基本分析

梁　斌，張　凡，趙會(huì)冰，宋曉龍，雷思琦（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司洛陽(yáng)運(yùn)維分部，471000）

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變壓器鐵芯接地基本分析

梁斌，張凡，趙會(huì)冰，宋曉龍，雷思琦（國(guó)網(wǎng)河南省電力公司檢修公司洛陽(yáng)運(yùn)維分部，471000）

本文簡(jiǎn)述了變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的危害、判別方法以及處理辦法，并舉例說(shuō)明如何處理鐵芯接地故障，同時(shí)提出了鐵芯接地故障的預(yù)防及解決方法。

變壓器；鐵芯；接地；判別；處理；預(yù)防

1　變壓器鐵芯多點(diǎn)接地的危害

運(yùn)行中的變壓器鐵芯及金屬夾件只能一點(diǎn)接地，因?yàn)殍F芯及金屬夾件與高、低壓繞組和油箱之間存在著寄生電容即懸浮電位，一點(diǎn)接地后寄生電容被短接并處于零電位。

當(dāng)鐵芯及金屬夾件有兩點(diǎn)以上接地時(shí)，接地點(diǎn)之間可能構(gòu)成閉合回路，使局部鐵芯過(guò)熱進(jìn)而引起接地片熔斷或燒壞鐵芯，最終變壓器損壞。因此及時(shí)處理變壓器鐵芯多點(diǎn)接地，對(duì)變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

2　鐵芯多點(diǎn)接地判斷

判斷鐵芯多點(diǎn)接地的常用方法有以下四種：

2.1油色譜分析

油色譜分析法判斷鐵芯接地是最有效的方法。其油色譜主要有以下特征：

2.1.1三比值法

烴含量超過(guò)注意值（150μL/L），其中乙烯和甲烷占較大比重，乙炔含量低或不出現(xiàn)，即未達(dá)到導(dǎo)則規(guī)定注意值（5μL/L）。規(guī)定值取自《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》。

2.1.2四比值法

建議對(duì)于投運(yùn)期限短的變壓器使用四比值法，在四比值法中以“鐵件或油箱中出現(xiàn)不平衡電流”一項(xiàng)來(lái)判斷變壓器鐵芯多點(diǎn)接地故障最為準(zhǔn)確。

判據(jù)為：

式中：CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2為被測(cè)變壓器油中特征氣體的含量（ppm）。

2.2測(cè)量鐵芯絕緣電阻

變壓器鐵芯絕緣電阻為零或者很低，并且與歷史數(shù)據(jù)差距極大，則表明可能存在鐵芯接地故障。

2.3監(jiān)視接地線中電流

鐵芯或夾件通過(guò)小套管引出接地的變壓器，接地線中電流正常情況下為毫安級(jí)（一般小于0.3A），當(dāng)出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障時(shí)，此電流最大可達(dá)數(shù)百安培，需要停運(yùn)對(duì)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量。

2.4空載試驗(yàn)

當(dāng)鐵芯出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器的空載電流和空載損耗與出廠值有明顯的增大。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)不具備條件時(shí)也可以使用低電壓試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比也可以發(fā)現(xiàn)鐵芯缺陷。

定期取油樣和定期檢測(cè)接地線中的電流這兩種方法可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯接地情況，其他方法均只能在停電狀態(tài)下進(jìn)行。

3　鐵芯多點(diǎn)接地分類

按照鐵芯多點(diǎn)接地故障按接地性質(zhì)可分為兩大類：不穩(wěn)定接地和穩(wěn)定接地。

變壓器鐵芯接地故障常見(jiàn)類型如下：

（1）鐵芯碰殼、碰夾件。

（2）穿芯螺栓鋼座套過(guò)長(zhǎng)與硅鋼片短接。

（3）油箱內(nèi)有金屬異物導(dǎo)致硅鋼片短路。

（4）鐵芯絕緣損壞，箱底沉積物使鐵芯多點(diǎn)接地。

（5）潛油泵軸承磨損，金屬粉末使下鐵軛與墊腳或箱底接通，造成多點(diǎn)接地。

4　處理辦法

應(yīng)對(duì)不同類型的鐵芯接地，應(yīng)有不同的處理辦法。鐵芯接地如果處理不當(dāng)則可能造成變壓器嚴(yán)重故障，危及電網(wǎng)安全運(yùn)行。

4.1運(yùn)行中應(yīng)急處理

采用在鐵芯接地回路上串聯(lián)電阻的應(yīng)急措施，限制鐵芯接地回路的環(huán)流，阻止鐵芯發(fā)熱情況進(jìn)一步惡化。

4.2電容放電沖擊排除法

如果可以短期停電檢查，為消除類似鐵芯毛刺、鐵銹、焊渣引起的不穩(wěn)定接地故障，可以采用此方法。如圖1所示。

圖1　電容放電沖擊法

將交流耐壓機(jī)高壓串接高壓硅堆，升壓對(duì)電容進(jìn)行充電（一般不超過(guò)2kV），充電完畢后降壓關(guān)機(jī)，將變壓器鐵芯套管接線碰觸電容器使故障點(diǎn)放電，若連續(xù)幾次不再有放電聲則說(shuō)明不再接地，然后測(cè)試鐵芯絕緣電阻。電阻值恢復(fù)正常則故障排除，否則重復(fù)充放電過(guò)程幾次排除故障。在升壓過(guò)程中監(jiān)測(cè)高壓側(cè)分壓器電壓，以免升壓過(guò)高造成鐵芯絕緣破壞。

4.3吊罩檢查

經(jīng)過(guò)電容沖擊法之后仍然存在的多點(diǎn)接地故障，這時(shí)吊罩檢查是很重要的手段。為減少變壓器在空氣重暴露時(shí)間，使檢查工作有的放矢，通常在解開(kāi)鐵芯與夾件的連接片后，進(jìn)行如下檢查和處理：

4.3.1外觀檢查

（1）若測(cè)得穿芯螺桿對(duì)鐵芯的絕緣絕緣電阻為零，則取出穿芯螺桿檢查絕緣桿、緊固螺母絕緣墊片損壞情況。

（2）檢查下鐵軛端面與下夾件、邊柱拉板、夾件等間隙有無(wú)金屬異物。

（3）對(duì)間隙進(jìn)行油沖洗及氮?dú)鉀_吹清理。

（4）處理鐵芯底部的金屬異物。

4.3.2直流法檢查

將鐵芯與夾件的連接片打開(kāi)，在鐵軛兩側(cè)的硅鋼片上通入6V直流，用萬(wàn)用表測(cè)量各級(jí)硅鋼片的電壓，當(dāng)電壓指示為零或負(fù)值時(shí)，則可認(rèn)為該處是故障接地點(diǎn)。

4.3.3交流法檢查

變壓器低壓繞組接220～380V交流電壓，高壓側(cè)與中壓側(cè)短路接地。如果有多點(diǎn)接地，電流表會(huì)出現(xiàn)電流（鐵芯與夾件連接片打開(kāi)）。用電流表延鐵軛各級(jí)逐點(diǎn)測(cè)量，當(dāng)電流表讀數(shù)為零時(shí)，該處為故障點(diǎn)。

4.3.4鐵芯加壓法

打開(kāi)鐵芯正常接地點(diǎn)，用工頻耐壓儀給鐵芯加電壓，假如故障點(diǎn)接觸不牢固，根據(jù)火花和放點(diǎn)聲找到故障點(diǎn)。若接地點(diǎn)牢固，則使用下述方法。

4.3.5鐵芯加大電流法

斷開(kāi)鐵芯正常接地，使用電焊機(jī)裝置給鐵芯加大電流。電流逐漸增大，當(dāng)故障點(diǎn)電阻大時(shí)，故障點(diǎn)將嚴(yán)重發(fā)熱使殘存變壓器油發(fā)熱。

5　舉例分析

××變電站投運(yùn)一年定檢預(yù)試，檢修人員發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯絕緣電阻過(guò)低，初步判斷為鐵芯多點(diǎn)接地。

500kV××變電站#2主變情況如下：

型號(hào)DDFS-400000/500

出廠編號(hào)A：11B03134 B：11B03135 C：11B03136

出廠日期：2011年10月投運(yùn)時(shí)間：2012年06月

表1　變壓器絕緣電阻數(shù)據(jù)

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：Q/GDW168-2008中相關(guān)規(guī)定，該絕緣電阻應(yīng)≥100MΩ，但本次試驗(yàn)為新裝一年例行試驗(yàn)，應(yīng)按更嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)≥1000MΩ執(zhí)行。

使用試驗(yàn)儀器：

（儀器1）KD50A 2500V數(shù)顯式兆歐表 （儀器2）KD2671 2500V數(shù)顯式兆歐表

××××年××月××日，天氣溫度29℃空氣濕度75%，對(duì)A、B、C相鐵芯接地，夾件接地分別測(cè)量，因天氣濕度高，測(cè)試前先將鐵芯和夾件引出線套管用無(wú)水乙醇進(jìn)行外表面清擦處理，當(dāng)使用 （儀器1）測(cè)量至B相時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯接地絕緣電阻低至42.7MΩ，為排除儀器本身影響，改用（儀器2）重新試驗(yàn)，結(jié)果數(shù)據(jù)接近。后將儀器電壓下調(diào)至1000V測(cè)量，測(cè)得值90MΩ，進(jìn)一步考慮對(duì)變壓器本體油樣檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2～3。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)來(lái)看，除鐵芯接地絕緣降低之外，主變整體絕緣尚無(wú)進(jìn)一步下降趨勢(shì)，可暫時(shí)加入運(yùn)行。但若多點(diǎn)接地時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就會(huì)使變壓器產(chǎn)生過(guò)熱性的故障，危機(jī)運(yùn)行安全。所以應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視，由運(yùn)維人員對(duì)鐵芯接地電流進(jìn)行監(jiān)視（建議每天一次，如大負(fù)荷的情況下，半天一次），必要時(shí)并采取臨時(shí)措施，限制故障發(fā)展。

（1）縮短變壓器色譜分析周期，監(jiān)視故障點(diǎn)的產(chǎn)氣速率；

（2）定期測(cè)量鐵芯的接地電流，如故障電流較大可臨時(shí)打開(kāi)地線運(yùn)行，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視放電現(xiàn)象；

（3）對(duì)于不穩(wěn)定接地，可在鐵芯接地引出線中串入一個(gè)可調(diào)電阻，將電流限制在1A以下。

如故障有不斷發(fā)展的趨勢(shì)，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全，可對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩檢修，徹底排除故障。

6　總結(jié)

變壓器是變電站的核心設(shè)備，運(yùn)行人員應(yīng)定期對(duì)變壓器鐵芯接地電流進(jìn)行檢測(cè)，檢修人員應(yīng)定期進(jìn)行油色譜分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)鐵芯接地情況，避免缺陷升級(jí)危及電網(wǎng)安全。

一旦發(fā)生鐵芯接地故障，如果允許長(zhǎng)時(shí)間停電，應(yīng)先采用電容沖擊放電法排除不穩(wěn)定接地，如果仍然接地，則宜掉罩檢查外觀硬接點(diǎn)，再用直流法排除故障。

表2　絕緣油中溶解氣體色譜分析報(bào)告

表3　絕緣油化驗(yàn)報(bào)告

［1］《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》（GBT7252-2001）.

［2］王仁祥.電力新技術(shù)概論［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2009.

［3］戈?yáng)|方.《電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第1冊(cè)）.電氣一次部分［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1989.

［4］姚志松，姚磊.《中小型變壓器實(shí)用手冊(cè)》［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

［5］劉百昆.實(shí)用電工技術(shù)問(wèn)卷［J］.內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古人民出版社，1992.

［6］傅知蘭，主編.電力系統(tǒng)電氣設(shè)備選擇與實(shí)用計(jì)算［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

2016-6-20

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2095-2066（2016）19-0044-02