电力变压器铁芯接地常见故障判断及处理措施

苏向东

摘要：随着电力系统容量的日益增大，主变压器的运行安全对于供电的可靠性也日益重要。 统计资料表明，变压器铁芯接地故障约占电力变压器故障总数的三分之一。因此，变压器铁芯接地问题的研究对于变压器生产、安装、运行、维护和电网的安全、稳定运行有着重要的现实意义。本文重点分析了变压器铁芯接地的原因和处理铁芯接地故障的方法，并提出了预防故障发生的措施。

关键词：电力变压器；铁芯；处理

0前言

铁芯是变压器的磁路，是变压器完成能量转换的通道。电力变压器正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地。若没有接地，铁芯对地的悬浮电压会造成铁芯对地断续性击穿放电。为了将铁芯的电位保持在接近地电位，在铁芯上设置了一个固定的接地点(一般在上部，也有在下部)。但当铁芯出现两点以上接地时，铁芯间的不均匀电位会在接地点之间形成环流，并造成铁芯多点接地发热的故障。变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热，严重时会造成铁芯局部温升增加、轻瓦斯动作，甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。烧熔的局部铁芯形成铁芯片间的短路故障，严重影响变压器的性能和正常工作，以致必须更换铁芯硅钢片加以修复。

1 造成铁芯接地故障的主要原因

（1）安装过程中的疏忽。完工后未将变压器油箱顶盖上运输用的定位钉翻转或卸除。

（2）制造或大修过程中的疏忽。铁芯夹件的支板距芯柱太近，硅钢片翘凸而触及夹件支板或铁轭螺杆衬套过长，碰及铁轭硅钢片。

（3）铁芯下夹件垫脚与铁轭间的纸板脱落，造成垫脚与硅钢片相碰或变压器纸板受潮形成短路接地。

（4）潜油泵轴承磨损，金属粉末沉积箱底，受电磁力影响形成导电小桥，使铁轭与垫脚或箱底接通。

（5）油箱中不慎落入金属异物，如铜丝、焊条头或铁芯碎片等造成多点接地。

（6）下夹件与铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面附有大量油泥、水份和杂质使其绝缘被破坏。

（7）变压器的油泥污垢堵塞铁芯纵向散热油道，形成短路接地。

（8）变压器油箱和散热器等在制造过程中，由于焊渣清理不彻底， 当变压器运行时， 在油流的作用下，杂质往往被堆积在一起，使铁芯与油箱壁短接。这种情况在强油循环冷却变压器中尤其容易发生。变压器铁芯接地故障的危害和影响有：a .铁芯局部过热甚至烧坏， 造成磁路短路， 使铁芯损耗增加。b.铁芯局部过热，使变压器油分解，引起变压器油性能下降。c.变压器内气体不断增加析出，可能导致气体继电器发报警信号或动作跳闸事故。

2电力变压器铁芯接地故障判断方法

发生铁芯接地故障的变压器油色谱通常有以下特征：

（1）总烃含量超过规定的注意值，其中乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）占较大比重，乙炔（C2H2）含量低或没有。

（2）用导则推荐的判断变压器故障性质的三比值法分析，特征气体的比值编码一般为 0、2、2，故障点估算温度时一般为高于700℃,此时可采用日本学者推荐的经验公式估算故障的温度：

t=322lg(C2H4/C2H6)+525（℃）

（3）总烃产气速率常超过“规程”规定的注意值，其中C2H4产气速率急剧上升。

（4）CH4及烯烃含量很高，CO变化很少或不变，但有时色谱分析中出现C2H2时，可能反映属间歇型接地故障。

变压器在正常运行条件下，铁芯的入地电流是铁芯对地(包括接地的油箱和铁芯构架) 的电容电流。电流的数量为毫安级。如果在变压器运行中测得铁芯的入地电流以安级计(有的多达几安甚至几十安)，不论油中溶解气体有无反应，都可以判定铁芯存在多点接地缺陷。铁芯的入地电流越大，越可能使铁芯损伤。因此，如变压器在未消除多点接地缺陷的状况下运行，应在接地引下线中串联一个电阻器，把铁芯的入地电流限制到小于等于100mA。

变压器停运后，打开铁芯的接地引线，测量铁芯的绝缘电阻， 可以发现铁芯接地有三种类型：a.间歇性接地。铁芯的绝缘电阻有时大，有时小。b.有较低绝缘电阻值的接地。铁芯的绝缘电阻相对稳定在某一数值，例如几千欧或几兆欧。c.无绝缘电阻值的接地（也称死接地），铁芯的绝缘电阻稳定地接近于零。

3电力变压器铁芯接地故障的处理方法

3.1 间歇性多点接地故障的处理：

铁芯间歇性接地故障一般是由于变压器内存在导磁性颗粒(例如铁锈、钢铁碎屑和焊渣等)沿磁场排列成导电的通道。对于这种故障可采用脉冲电流法消除，脉冲电流法是将脉冲电流发生器的输出端连接到铁芯的接地套管上或已与接地网断开的铁芯接地引下线上，发生器的另一端接地。充电电压从2kV开始，逐级升高(例如 2kV、4kV、6kV、8kV，充电电压的上限根据铁芯绝缘结构决定)。到达预定的充电电压后，进行3 次～5 次冲击放电。如果放电过程中充电电压趺落，并听到变压器内有放电声响，说明接地依然存在，需增加充电电压再进行冲击放电。直至充电电压不跌落，变压器内没有放电响声为止。此时可将脉冲电流发生器接地，并与铁芯接地线断开，用2 500V 兆欧表测量铁芯绝缘电阻，电阻值大于500MΩ 即可认为铁芯间歇性多点接地的缺陷已被消除。

在没有脉冲电流发生器的情况下，可利用测量泄漏电流用的直流电压发生器或电摇表给脉冲电容器( 额定电压为 6kV或 10kV，电容量为 0.5μF～2.0μF)充电。电容器的一端与直流电压发生器的接地端连接后接地，另一端连接一根塑料绝缘电线。电线的另一头绑在绝缘操作棒上(操作棒的耐压强度必须高于充电电压)。当充电电压达到预定值后，将操作棒上电线接触铁芯接地套管或接地引下线，使电容器对铁芯放电。操作程序和判定方法，与使用脉冲电流发生器时相同。

3.2 有绝缘电阻值的铁芯多点接地故障的处理

有绝缘电阻值的铁芯多点接地故障可能有两种原因，一是铁芯绝缘严重受潮，另外一种是引起铁芯绝缘短路接地的导电体本身有较大的电阻，(例如碳末形成的通道、残留了剪切硅钢片时产生的金属细丝等)。为了判断故障原因，也可以使用上述脉冲电流法检验。因为脉冲电流法不能使受潮的铁芯绝缘得到恢复，而导电微粒和细丝形成的接地通道。可能用脉冲电流法消除。对于可以用脉冲电流法消除的有电阻值铁芯多点接地，绝缘电阻恢复到 500MΩ 以上，便可认为故障已消除。对于因铁芯绝缘受潮的铁芯多点接地，说明变压器内含水量很大（可通过测试变压器油微水检验，此时油色谱氢气含量将激增）绕组绝缘也已受潮。不能再看作单纯的铁芯接地问题，而应作为绝缘受潮问题进行处理。

3.3 无绝缘电阻值的铁芯多点接地 (也称死接地)的处理

处理死接地的铁芯多点接地，必须暴露出器身。但暴露的程度，可根据故障的情况而定。大致可以分为三种情况。

（1）排放少量油，通过手孔进行处理。例如：某台变压器的低压侧有一个装在上夹件上的反压钉松动，碰触上铁轭造成铁芯多点接地。正巧该反压钉位于低压引线手孔附近。将油放到手孔以下，从手孔中伸进手，用扳手紧固好反压钉支架，反压钉恢复原状，接地故障便得到消除。从这个经验中的启示是，处理铁芯多点接地时应边排油边检查。

（2）排放完油箱中的油，从人孔进入处理。例如：有一台变压器，进入油箱后发现在下夹件与下铁轭之间掉落一个螺栓，将螺栓取出后，铁芯多点接地故障就不存在了。

（3）吊开变压器钟罩进行处理。许多死接地的铁芯多点接地是由“翘片”引起。例如：有一台变压器的上铁轭的一片硅钢片上翘，碰触上夹件；另一台变压器的铁轭翘片碰触到夹件的加强筋。对于这类故障，应采取在上翘的片和夹件之间垫绝缘纸板的处理办法即可。有的死接铁芯多点接地， 是由于下铁轭下部存在金属异物引起。对此一是采用“掏”和“捅”的办法，即利用绝缘杆在下铁轭下部捅动。例如：有一台变压器在下铁轭下掏出一卷铁丝后， 铁芯的绝缘电阻就恢复正常。另一是采取“冲”的办法，即应用高扬程的油泵打油，产生压力较高的油流，对所有可能集积导电杂质的铁芯绝缘进行冲洗。例如：有一台变压器，铁芯绝缘电阻降至几十欧姆，经冲洗后达到 500MΩ以上，达到消除故障的目的。

对于用上述方法不能处理的铁芯多点接地，接地点多数在上铁轭与上夹件接触部位， 可利用交流调压器“烧”接地点，电流控制在 20A 左右为宜，将其烧断并用电容器发电法确定接地位置，然后将接地物取出。例如：有一台变压器在上铁轭与上夹件安装时遗留一焊条头，绝缘电阻稳定为零兆欧，使用交流调压器“烧”十分钟后，接地方式改为间歇性接地，用电容器发电法确定了故障位置，取出焊条头后回复正常。

4 总结

日常维护中，测量铁芯的接地电流是及时发现铁芯多点接地的直接手段。使用钳形电流表测量铁芯接地电流时，测量位置应选择在变压器油箱壁高度的二分之一处，该处的漏磁通较小且与接地引下线平行。或者进行两次测量，第一次将钳形电流表紧靠被测接地引下线边缘，但并不钳住接地引下线，读取漏磁通干扰电流。第二次测钳入接地线，该电流读数为铁芯电流和漏磁通干扰电流之和。两次读数之差约为实际铁芯接地电流。

因铁芯绝缘受潮引起的铁芯多点接地，说明变压器内含水量已经很大，绕组绝缘也已受潮，不能再看作单纯的铁芯接地问题，而应作为绝缘受潮问题进行处理。只要控制好变压器本体暴露时间、注油品质，做好变压器渗漏点的处理工作，因铁芯绝缘受潮引起的铁芯多点接地是不会发生的。此种铁芯接地故障可通过变压器油微水、油色谱检测及时发现。

由此可见变压器铁芯接地故障大多数是由于制造、安装或检修时遗留物造成的，因此，加强制造、安装及检修时技术管理，做到精益求精，就能够从源头上防止铁芯接地故障的发生，从而为变压器及电网的安全、稳定运行提供保障。

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