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浅析变压器铁芯接地电流超标原因及处理方法

发表时间：2021/4/28 来源：《电力设备》2020年第33期作者：孙茂祥1 崔乐韵2

[导读] 摘要：变压器铁芯问题占变压器总事故的第三位，准确、实时监测变压器铁芯及夹件的接地电流，及时发现变压器的铁芯故障，对变压器的安全运行具有重要意义。

        （华能太仓电厂江苏太仓 215424）
        摘要：变压器铁芯问题占变压器总事故的第三位，准确、实时监测变压器铁芯及夹件的接地电流，及时发现变压器的铁芯故障，对变压器的安全运行具有重要意义。本文设计了多通道、高精度的泄露电流采集系统，采用高精度传感器对泄露电流进行测量，同时采用通道复用技术解决了系统的成本问题，用线性光耦实现了系统的抗干扰设计，实验结果表明本系统具有较高的抗干扰能力和较高的精度。
        关键词：变压器；接地电流；通道复用
        变压器是电力系统中最重要的元件之一，是电力系统安全、稳定、可靠、经济运行的重要保证。统计资料表明因铁芯问题造成故障，占变压器总事故中的第三位。正常运行时, 必须将铁芯和夹件可靠接地，使其在变压器运行中始终保持接地电位，避免铁芯因悬浮电位放电，其铁芯接地电流很小，约为几毫安到几十毫安。如果变压器铁芯出现多点接地，将会在铁芯内形成短接回路，短接回路所包括面积中的磁通或漏磁通将会在回路内产生很大的环流，而且接点越多，短接回路越多，环流越大，从而会导致局部铁芯过热，引起铁芯局部过热导致绝缘油分解，还可能使接地片熔断或烧坏铁芯，导致铁芯电位悬浮，产生放电,造成轻瓦斯动作甚至重瓦斯动作跳闸，甚至损坏变压器，造成主变重大事故。
        1、变压器铁芯多点接地故障的类型和成因
        变压器铁芯多点接地故障按接地性质可分为两大类：不稳定接地和稳定接地。1、不稳定接地是指接地点接地不牢靠，接地电阻变化较大，多是由于异物在电磁场作用下形成导电小桥造成的接地故障，如变压器油泥、金属粉末等。2、稳定接地（也称死接地现象）是指接地点接地牢靠，接地电阻稳定无变化，多是由于变压器内部绝缘缺陷或厂家设计安装不当造成的接地故障，如铁芯穿芯螺栓、压环压钉等的绝缘破坏等。
        2、变压器铁芯多点接地故障的分析
        2.1试验数据分析，判断是否存在铁芯多点接地故障
        试验数据分析包括变压器油色谱数据分析和电气测量数据分析。
        2.1.1色谱数据分析：目前，用油中溶解气体色谱分析方法是监测变压器铁芯多点接地故障最简便、最为有效的方法。常用的是“三比值法”和德国“四比值法”。由于三比值法只能在变压器油中溶解气体各组分含量超过注意值或产气速率超过限值方可进行判断，不便于在故障初期进行判别，因此建议使用“四比值法”进行判断。利用五种特征气体的四对比值来判断故障，在四比值法中，以“铁件或油箱中出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障，其准确度是相当高。
        判据为：CH4/H2＝1~3；C2H6/C2H4＜1；C2H4/C2H6≥3；C2H2/C2H4＜0.5
        其中CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2为被测充油电气设备中特征气体的含量（ppm）。满足判据条件即可判定为铁芯多点接地故障。
        2.1.2电气测量数据分析：变压器正常运行时，可在变压器铁芯外引接地套管的接地引下线上用钳型电流表测量引线上是否有电流，正常情况下此电流很小，为mA级（一般小于0.3A），当存在多点接地故障时，环流上升到“A”级，最大电流可达数百安培，通过测量环流便能对铁芯接地故障进行判断。
        当设备停止运行时，断开铁芯引出接地线，用2500V兆欧表对铁芯接地套管测量绝缘电阻，如电阻值为零或与历年数据相比较其值降低很多，则表明变压器内部可能存在铁芯多点接地，此时应正确测量各级绕组的的直流电阻，若各组数据未超标，且各相之间与历次测试数据之间相比较无明显偏差，变化规律基本一致，则可排除故障部位在电气回路内，从而确认主变铁芯多点接地故障。
        2.2设备运行状况分析，判断铁芯多点接地故障类型
        在确认了变压器铁芯确实存在多点接地故障，则应对变压器的运行状况进行分析，判断铁芯多点接地故障的类型，以便于确认应急措施及处理方案。首先应查询变压器投运的时间、负荷情况、有无突发故障或冲击等，其次是变压器历史运行情况，安装试验记录等，综合以上因素再结合色谱分析、电气试验数据进行判断，确认铁芯接地故障的类型。

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如变压器铁芯电阻突然降低，色谱分析数据无异常，而变压器长时间没有运行，则可能是由于油泥沉淀导致铁芯多点接地，属于不稳定接地故障，对应采取措施消除即可。
        2.3停电检修，彻底排除铁芯多点接地故障
        如故障很严重，且有不断发展的趋势，严重威胁设备安全，在条件允许下，可对变压器进行吊罩检修，彻底排除故障。
        在吊罩检修查找故障时，应遵循以下几个步骤：①外观检查。检查铁芯与夹件支板是否相碰，硅钢片是否有波浪鼓起，上下夹件与铁芯之间、铁芯柱与拉板之间有无异物，夹件与油箱壁是否相碰，下铁轭与箱底是否有异物桥接短路等，如未发现异常，则进行下一步试验②直流法。将铁心与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上通人6V的直流，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当电压等于零或者表针指示反向时，则可认为该处是故障接地点。③交流法。将变压器低压绕组接人220—380V交流电压，高压侧与中压侧短路接地，此时铁心中有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流(铁心和夹件的连接片应打开)。用毫安表沿铁轭各级逐点测量，当毫安表中电流为零时，则该处为故障点。这种测电流法比测电压法准确、直观。若用②③两种方法，仍查不出故障点，最后可确定为铁心下夹件与铁轭阶梯间的木块受潮或表面有油泥。将油泥清理干净后，进行干燥处理，故障可排除。—般对变压器油进行微水分析可发现是否受潮。④铁心加压法。就是将铁心的正常接地点断开，用交流试验装置给铁心加电压，若故障点接触不牢固，在升压过程中会听到放电声，根据放电火花可观察到故障点。当试验装置电流增大时，电压升不上去，没有放电现象，说明接地故障点很稳固，此时可采用下述的电流法。⑤铁心加大电流法。也是将铁心的正常接地点断开，用电焊机装置给铁心加电流。当电流逐渐增大，且铁心故障接地点电阻大时，故障点温度升高很快，变压器油将分解而冒烟，从而可以观察到故障点部位。故障点是否消除可用铁心加压法验证。
        3、铁芯接地故障的处理
          3.1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。
        3.2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。
        3.3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。
        3.4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。
        4、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：
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        [3]李健.高压电缆接地侧接地电流偏大原因分析及处理[J].科技资讯，2013（20）