变压器铁芯多点接地故障及其诊断

张庚

（河北省张家口市供电公司，河北 张家口 075000）

变压器铁芯多点接地故障及其诊断

张庚

（河北省张家口市供电公司，河北 张家口 075000）

目前，国内制造的大中型变压器，铁芯大都经一只套管引至变压器箱体外接地。据有关资料统计，铁芯问题造成的故障占变压器类故障的第三位。正常运行的变压器只能一点接地。变压器大修或检修试验时，对其铁芯接地引出线做绝缘电阻测试，看其绝缘电阻是否过低或为零可判断是否为多点接地。准确、及时诊断变压器铁芯接地故障，对于系统的安全、稳定运行具有十分重大的意义。

变压器；铁芯；故障；诊断

一、变压器铁芯构造及接地

在变压器正常运行时，带电的绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯和其他金属构件就处于该电场中。当铁芯出现多点接地时，铁芯在工作磁通周围就会形成短路环，短路环在交变的磁场作用下，将有较大的短路电流流过铁芯，造成铁芯局部过热。铁芯的接地点越多，形成的环流回路就越多，环流也就越大，变压器的温升也就越高，铁损也越大；同时，环流过热还会烧熔局部硅钢片，使相邻硅钢片间的绝缘漆膜烧坏。铁芯过热故障严重时，会因过热或放电，在变压器内部产生大量的可燃性气体，引起轻瓦斯发出信号，甚至引起重瓦斯动作，开关跳闸，变压器退出运行。

国标规定，变压器铁芯和较大金属零件均应经套管从油箱上部引出并可靠接地。内部多采用铁芯硅钢片间放一铜片的方法接地。尽管每片之间有绝缘膜，仍然认为是整个铁芯接地。从铁芯两端片可测得其电阻值，此电阻一般仅为几欧到几十欧姆，在高压电场中可视为通路。通常变压器为了确保铁芯一点接地，其铁芯的接地方式有如下几种：（1）当上下夹件间有拉杆而且不绝缘时，接地铜片直接连接到上夹件上，由上夹件经螺杆接地；（2）当上下夹件间绝缘时，在上下铁轭的对称位置上各插一接地铜片连接夹件，通过夹件经铁芯片至下夹件再接地；（3）上下夹件不绝缘时，接地铜片从下夹件经地脚螺丝接地；（4）当采用接地套管时，铁芯经接地片至上夹件与接地套管连接接地。

二、变压器铁芯多点接地原因分析

一般认为，较难准确计算出变压器铁芯在多点接地时接地线中电流的值，其大小取决于故障点相对于正常接地点的位置。当运行中的变压器铁芯出现多点接地时，与闭合回路包含的磁通在回路中会感应出一个电动势，铁芯的正常接地点中的电流必然会增加。

当感应电动势较大而铁芯电阻又较小的情况下，铁芯正常接地线中通过的电流可以达到几十安培。该电流会引起局部过热，产生可燃性气体，还可能烧断接地片，使铁芯产生悬浮电位，进而导致产生局部放电，烧损铁芯硅钢片。而一旦发生此类故障，修复时间将很长，修复费用又相当昂贵。

三、变压器铁芯多点接地故障的检测方法

铁芯多点接地故障点往往发生在不易发现之处，给现场查找以及处理带来一定的难度，必须结合现场实际情况，必要时采取多种措施相结合来查找故障：

1.带电检测法：运行中的电力变压器，在变压器铁芯的接地引下线上用钳形电流表测量引线是否有电流。按照规程规定：铁芯接地电流的测量，在运行条件下测量流经接地线的电流，大于100mA时，应予注意。如果铁芯多点接地环流很大时，则流经铁芯接地线的电流可能明显增大，有时可达几安甚至几十安电流。使用钳形表接地电流测量时，方法应正确：钳形表应水平放置，使铁芯接地引下线从钳形表卡钳中心位置穿过。若多次测量，测量数据时大时小、较不稳定，可在变压器铁芯接地引下线上并联可靠短路线，并串入测量交流电流表后，再打开固定的接地引下线，直接测量其接地电流值。该方法的优势在于是带电测试，符合状态检修的要求和思路，减少了停电损失，且简便、经济、直观。

2.停电测试法：停电后对变压器可能出现的铁芯多点接地电气测试的内容和方法。断开铁芯接地线，然后使用2500V或5000V摇表对铁芯进行绝缘电阻测试。用摇表测铁芯绝缘，如果绝缘电阻值很低，则基本可以判定铁芯为两点及以上接地。

3.气相色谱分析法：通过油务试验结果进行分析，用IEC三比值法，其特征气体的比值编码一般为0、2、2，同时伴有总烃含量迅速增加的现象。此方法由于可以带电进行，一旦发现问题，可以及时缩短、调整跟踪周期，效果明显。

四、变压器铁芯多点接地故障点的查找

1.直流法。将铁芯与夹件的连接打开，在铁轭两侧的硅钢片上通入直流电，然后用万用表依次测量各级铁芯叠片间的电压，当电压等于零时，则可基本判断该处是故障接地点。

2.交流法。将变压器低压绕组接入交流电压，将铁芯和夹件的连接片打开，此时铁芯产生交变磁通。如果存在多点接地故障，使用毫安表测量会出现电流。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。

若上两种方法，仍查不出故障点，再检查垫在铁芯下夹件与铁轭间的木块是否有受潮或者表面有污垢。认真清理污垢，进行充分的干燥处理，故障一般均可排除。同时，可以通过变压器油的微水测量分析，判断变压器铁芯是否存在受潮现象。

3.铁芯加压法。就是将铁芯的正常接点断开，用交流试验装置给铁芯加压，若故障点接触不牢固，在升压过程中会听到明显的放电声，通过观察放电声或烧熔的烟气即可迅速地查找到故障点位置。

五、发现铁芯多点接地故障采取的措施

变压器长时间运行，铁芯可能会出现多点接地故障，产生这种故障的原因多数情况下是由于悬浮物形成导电小桥造成的，可以通过以下几种方法进行处理：（1）通过正常接地点，对铁芯施加交流电烧熔或直流电容器储能后进行脉冲放电，烧除多余接地点。（2）在铁芯和地之间接入万用表，通过电阻的变化寻找，对可能接地点可用绝缘纸板横扫，观察万用表指针变化，结合具体情况采取相应措施。如果怀疑接地位置在箱体底部，可以使用油流冲洗油箱底部，恢复底部绝缘。（3）对于稳定性多点接地通过测量找出确切的故障点后，如果确实无法处理，则可将铁芯的正常工作接地片移至故障点相同的位置，也可打开正常的铁芯接地点，这样可以使环流减少到最小，但同时要配合加强油色谱采样和分析。（4）对于负荷较重不能立即停电，同时存在多点接地的变压器，可以选取大容量电阻串入铁芯正常接地引下线，以降低环流。该方法也需要配合油色谱监视、跟踪。

六、变压器铁芯多点接地的处理实例

某变电站1#主变：SFSZ-31500/110，其铁芯通过套管引出接地。2001年投运，交接和历次例行试验均正常，2007年11月3日取油样色谱分析发现油中气体有异常，测量铁芯接地电流为4.3A，油样跟踪取样数据见下表：

分析：（1）作为热性故障的总烃含量远远超出150 ppm的注意值。（2）作为高温过热的特征气体C2H4含量最高。（3）用三比值法为：0、2、2。（4）铁芯接地电流较大。

通过以上分析，可以判定铁芯存在多点接地故障。为了确定故障位置，停电进行全面电气试验，分别测量了绕组的介损、泄漏电流、绝缘电阻，其结果均正常。于是打开铁芯引线，用兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，结果为3MΩ。

处理：现场采用电容器充放电法进行冲击放电，再次测量绝缘电阻为1900MΩ，送电运行。

2009年5月此台变压器又出现铁芯多点接地现象，分析原因可能是由于变压器油中存在杂质，油纯度较低，在电磁场作用下形成导电小桥所致。据此我们对此台变压器进行了大修，吊罩后果然发现大量的杂质在变压器底部，且变压器油中有大量的游离碳，遂更换变压器油，故障排除。

总之，随着变压器带负荷长期运行、铁轭间的木垫受潮、绝缘纸脱落等多种原因，使变压器油含碳杂质增多，绝缘受损，导致变压器铁芯多点接地故障的出现。应按照状态检修规程的要求，依据设备的运行状态，对变压器进行有效的监督：结合停电检修的机会，对铁芯绝缘电阻进行测试，如果发现绝缘很低或者与上次数据相比降低很多时，适当缩短试验周期。同时在变压器运行中测量铁芯接地线中电流的大小，判断是否存在多点接地故障，实现对变压器及此类大型设备的“可控、能控、在控”。

［1］陈化钢.电力设备预防性试验技术问答［M］.北京：中国水利水电出版社，1998.

［2］闫永明.变压器铁芯多点接地故障的检测与处理［J］.山西电力，2001，（1）.

TM

A

1673-0046（2010）11-0181-02

［*基金项目：《输变电设备状态检修试验规程》5.1.2.10国家电网公司企业标准Q/GDW 168-2008］