變壓器鐵芯接地電流誤判分析

陶 爽

（國網(wǎng)鹽城供電公司，江蘇 鹽城 224001）

0 引 言

使用鉗形電流表測量運行中變壓器鐵芯接地電流，是電氣試驗人員一項周期性例行試驗工作。自該項帶電測試開展以來，鹽城供電公司變電檢修室每年對所轄所有變電站的每臺主變進行一次鐵芯接地電流測量。近幾年來，出現(xiàn)過幾例測電流數(shù)值異常情況，然而帶電檢測和停電試驗數(shù)據(jù)均正常，且經(jīng)對鐵芯接地方式整改或更改測量位置后，皆可得到良好的電流數(shù)值情況。為避免在實際測量過程中造成誤判，為正確測量變壓器鐵芯接地電流提供借鑒，對幾例變壓器鐵芯接地電流數(shù)值異常的案例進行了分析。

1 變壓器鐵芯接地電流測量意義與原理

1.1 測量意義

變壓器在正常運行中鐵芯必須接地，且只能一點接地[1]。當(dāng)鐵芯失去接地時，由于帶電繞組通過高低繞組間、低壓繞組鐵芯間以及鐵芯外殼間寄生電容的耦合作用，使鐵芯對地產(chǎn)生懸浮電位，從而對地造成放電。但是，當(dāng)鐵芯有兩點或兩點以上接地時，會在鐵芯與大地之間形成回路，導(dǎo)致不能允許的環(huán)流，激增電流數(shù)值，引起局部過熱，嚴重時燒損鐵芯，產(chǎn)生放電破壞變壓器絕緣。因此，周期測量變壓器鐵芯接地電流預(yù)防變壓器發(fā)生鐵芯多點接地故障，具有重要的前瞻意義。

1.2 測量原理

由單相三繞組變壓器鐵芯一點接地原理（如圖1所示）可以看出，各繞組對鐵芯存在分布電容，流過鐵芯的電流為各繞組電流之和。

圖1 鐵芯一點接地原理

根據(jù)圖1得出鐵芯一點接地等效電路圖2，其中C1、C2、C3分別為低壓繞組對鐵芯、中壓繞組對低壓繞組、高壓繞組對中壓繞組的分布電容，、、分別為高、中、低壓繞組的電壓，RM為鐵芯硅鋼片表面絕緣膜的等效電阻，CM為鐵芯硅鋼片表面絕緣膜的等效電容，RP是鐵芯硅鋼片的等效電阻。從圖2可以看出，回路電阻為變壓器繞組間電容的容抗與絕緣漆膜的電阻串聯(lián)。

圖2 鐵芯一點接地等效電路

然而，容抗遠大于電阻，故整個回路阻抗近似可視為繞組間的容抗。經(jīng)計算可知，單相變壓器正常運行時流過鐵芯的電流一般在幾十毫安以內(nèi)[2]。同理，對于三相變壓器而言，若三相電壓完全對稱且各繞組間電容完全相等，則三相疊加后接地電流應(yīng)為零。但是，這種理想情況在實際中是不可能的，故實際的測量結(jié)果總有一定的數(shù)值，且該數(shù)值一般小于單相變壓器的接地電流值（鹽城供電公司變電檢修室所轄變電站主變測量結(jié)果一般在幾百微安左右）。當(dāng)鐵芯發(fā)生兩點或多點接地時，電流數(shù)值激增，甚至可能會達到上百安培。

2 誤判案例分析

2.1 鐵芯接地扁鐵緊貼泄漏電流傳感器

在排除鉗形電流表和泄漏電流傳感器存在問題的可能后，試驗人員發(fā)現(xiàn)在泄漏電流傳感器下方測得的鐵芯接地電流數(shù)值遠大于在其上方測得的數(shù)值，如表1所示。

表1 不同測量位置和條件下的接地電流值

經(jīng)試驗人員仔細檢查發(fā)現(xiàn)，變壓器鐵芯接地扁鐵與泄漏電流傳感器緊緊貼在了一起。接地引線扁鐵與傳感器接觸處，表面的絕緣漆已磨損露出金屬部分。經(jīng)分析，由于接地扁鐵和傳感器的金屬部位接觸，故在傳感器下方測量時所得數(shù)值除了接地扁鐵中的電流還包含傳感器線圈中的感應(yīng)電流，從而導(dǎo)致現(xiàn)場測量數(shù)值超標。試驗人員用絕緣物將接地扁鐵與傳感器隔開后再次測量，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

針對接地扁鐵過寬易與傳感器摩擦，使其表面絕緣漆磨損而導(dǎo)致接地扁鐵與傳感器裸露金屬接觸造成線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流并入鐵芯接地電流引起誤判這一隱患，變電檢修室整改了調(diào)整接地扁鐵形狀，將接地扁鐵穿過傳感器的部分改造成圓弧形，以解決上述的摩擦問題。整改后，傳感器上方與下方測量數(shù)據(jù)一致。

2.2 鐵芯接地點設(shè)在主變頂部

試驗人員對一接地點設(shè)在主變頂部。鐵芯通過絕緣小套管引至變壓器頂部外殼。外殼本體連接接地的主變進行鐵芯接地電流測量時發(fā)現(xiàn)，鉗形電流表放在不同的位置測量，會得到不同的數(shù)值結(jié)果。這是由于鐵芯接地點位于主變高壓側(cè)附近，測量過程中鉗形電流表易受到主變頂部交變磁場的影響，使得通過鉗形電流表內(nèi)部的磁場發(fā)生變化，進而導(dǎo)致測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。根據(jù)畢奧-薩伐爾定律可知，在其他因素不變的情況下，某點的磁場強度與其距離的平方成反比[3]。而變電站最強的輻射源即變壓器，鐵芯接地線處于變壓器頂部外殼，故在測量鐵芯接地電流時，鉗形電流表受到了變壓器磁場的強烈干擾。

針對鐵芯接地點設(shè)在主變頂部受磁場干擾嚴重而無法準確測量變壓器鐵芯接地電流易造成誤判這一隱患，變電檢修室進行了主變鐵芯接地點更換的整改。拆除原鐵芯接地方式，采用專用的接地線，將主變頂部的鐵芯導(dǎo)桿直接引至主變底部的接地網(wǎng)接地，并可采用金屬纖維混紡布料包裹鉗形電流表以屏蔽電磁干擾。整改后，鐵芯接地電流測量數(shù)值正常。

2.3 油箱中部有金屬制固定點

試驗人員在年度帶電測試工作中發(fā)現(xiàn)，主變鐵芯接地電流超標。結(jié)合油色譜分析中特征氣體與歷史數(shù)據(jù)無明顯變化的情況，推斷在測量時存在外部干擾或其他環(huán)境原因。經(jīng)現(xiàn)場仔細檢查發(fā)現(xiàn)，接地扁鐵在變壓器油箱中部有兩個固定點是金屬制成，鐵芯與夾件引下線各占一個。在該金屬固定點上下方分別測量，結(jié)果存在明顯差異，如表2所示。

表2 不同測量位置和整改后的接地電流值 /mA

經(jīng)分析，導(dǎo)致鐵芯接地電流數(shù)值異常的原因是鐵芯接地引下線與變壓器外殼存在多個連接點，在交變磁場源附近存在閉合回路而產(chǎn)生感應(yīng)電流。這與鐵芯接地引下線先與變壓器底部外殼相連再接地的變壓器鐵芯典型不規(guī)范接地安裝方式[4]類似，如圖3所示。

圖3 典型不規(guī)范接地安裝方式鐵芯接地聯(lián)結(jié)

針對鐵芯、夾件接地引下線安裝不規(guī)范導(dǎo)致接地電流測量數(shù)值異常易造成誤判這一隱患，變電檢修室將接地扁鐵與變壓器外殼的金屬連接點處用絕緣子支撐，以消除接地扁鐵與主變器身所構(gòu)成的回路，或取消原接地方式，將鐵芯導(dǎo)桿直接引至主變底部接地網(wǎng)。對于無法整改的主變，采取測量金屬連接點上方的電流值為準確測量值。

3 現(xiàn)場測量注意事項

為能夠測得準確數(shù)值，結(jié)合所列易誤判案例分析，總結(jié)在現(xiàn)場進行變壓器鐵芯接地電流測量時應(yīng)注意的兩個方面。

（1）考慮到測量過程中易受磁場干擾，應(yīng)選用抗干擾性能強的鉗形電流表或其他測試儀進行測量；

（2）在現(xiàn)場測量時應(yīng)選擇合適的測量位置，一般為變壓器油箱中部，盡量不要靠近大蓋環(huán)，以防變壓器內(nèi)部漏磁通穿過鉗形電流表引起誤差。此外，測量時鉗形電流表鉗口應(yīng)完整齒合，并與接地引下線垂直。為保證測量數(shù)據(jù)的一致性和延續(xù)性，兼顧排除磁場干擾，對同一臺變壓器每次應(yīng)在同一位置測量。

4 排除誤判可能后的原因分析及故障處理

發(fā)現(xiàn)鐵芯接地電流超標時，在排除誤判可能后，應(yīng)與歷年數(shù)據(jù)和同類設(shè)備數(shù)據(jù)進行縱橫比較，根據(jù)變化趨勢和變化速率綜合判斷。應(yīng)結(jié)合其他帶電檢測和停電試驗，如油色譜、紅外檢測及鐵芯絕緣電阻測量等。對于一些特殊天氣情況下出現(xiàn)的鐵芯間歇性接地故障，可進行波形分析，也可采用在線監(jiān)測裝置連續(xù)監(jiān)測以查找故障原因。對于夾件單獨引出接地的變壓器，若鐵芯和夾件接地電流均激增且數(shù)值接近，則懷疑鐵芯與夾件間的絕緣劣化或短路，應(yīng)通過測量鐵芯對夾件的絕緣電阻進行進一步判斷。

當(dāng)確定鐵芯多點接地時，現(xiàn)場一般采用大電流沖擊法[5]，將故障點燒穿，排除鐵芯毛刺、鐵銹和焊渣、油泥或固體懸浮物積聚沉積底部引起的不穩(wěn)定接地故障。無法采用大電流的應(yīng)吊罩，應(yīng)對變壓器鐵芯可能接地的部位重點檢查。若變壓器不能或不需退出運行停電檢修的，可采用串聯(lián)電阻限流法，以限制鐵芯接地回路的環(huán)流。

5 結(jié) 論

測量變壓器鐵芯接地電流對預(yù)防鐵芯多點接地故障具有重要意義，能及時了解鐵芯工作狀況和早期故障征兆，避免發(fā)生惡性事故。然而，可能存在因?qū)ψ儔浩鹘拥剡B接方式的不了解或在錯誤的測量位置得到

不準確測量值而造成誤判的情況，進而進行一系列不必要的輔助檢測和試驗項目，甚至草率進行故障處理。當(dāng)測量變壓器鐵芯接地電流數(shù)值異常時，應(yīng)先檢查測量是否受磁場干擾、是否存在寄生回路而受感應(yīng)電流影響、測量位置所測是否為準確的接地電流數(shù)值等。只有準確測量變壓器鐵芯接地電流才能避免誤判，是及時發(fā)現(xiàn)鐵芯多點接地故障的重要依據(jù)之一。