变压器铁芯的实验分析及处理建议

2021-11-30陈勇胜任率兵何天骥

中国金属通报 2021年3期

陈勇胜，王超，任率兵，何天骥

（国网郑州供电公司，河南郑州 450000）

电力系统是我国电力行业发展的重要组成部分，保证电力系统运行稳定性，对当今社会发展及居民生活保障有着重要意义。变压器作为电力传输、变换过程中非常重要的元件之一，其包括绕组、铁芯两个部分,负责传递与交换电磁能量，铁芯质量的好坏直接关系到变压器设备运行的稳定与否。根据以往变压器运行经验，组织铁芯实验，通过实验过程的分析了解存在的故障，完善变压器甚至是电力系统运行方案，有利于加强变压器运行安全性。鉴于此，下面围绕变压器铁芯实验分析进行论述。

1 变压器铁芯运行原理

变压器运行状态下带电绕组、引线、油箱外壳共同组成电场，而且该电场没有分布规律，不仅分步零散而且十分杂乱，正因如此变压器铁芯、金属构件会产生感应电压也十分容易理解，产生感应电压也会动态变化，变化程度和电场中铁芯位置有直接关系[1]。换言之，变压器放电产生的根本原因，为铁芯两个部位存在电压差，或者是铁芯、地面电压差将绝缘体击穿。影响变压器正常运行的原因，可能是间接性放电使得变压器油分解劣化，损坏固体绝缘。要想优化变压器应用效果，要保证变压器铁芯、加减系统、接地系统有效连接[2]。接地时保证铁芯、夹件、地面接触点超过两个，便会形成闭合回路，容易出现铁芯局部过热或烧损、精确性降低、变压器报废等问题。因此，为了保证变压器稳定运行，必须保证铁芯、夹件一点接地。

2 变压器铁芯故障实验分析

2.1 实验方法

针对铁芯故障的实验，可选择的实验方法包括油色谱分析法、测试绝缘电阻法、在线监测方法等。

（1）变压器油气相色谱分析法。按照变压器结构，其中包括绝缘油和绝缘纸。一旦这两个组件出现变化，代表绝缘也随之改变，绝缘油和绝缘纸绝缘状态被破坏，随后油性状也会发生变化，并且会有气体产生。采用该方法展开实验，便是以具体操作期间产生气体为对象实施检测，若气体成分改变，便代表绝缘破损，可以直接判断变压器存在故障[3]。如果变压器铁芯存在局部过热故障，可能会导致甲烷、烯烃含量异常增多，采用油色谱分析法也会有更加直观的体现。根据这一点，也可以在实验过程中判断变压器存在故障。

（2）测试绝缘电阻法。测量变压器电阻一般会利用兆欧表，该方法在铁芯实验中也可以得到运用。测量绝缘电阻，根据测量数据的分析，判断是否存在多点接地故障。若离线运行变压器，此时可以开启箱体吊罩，采集铁芯绝缘电阻值发现绝缘电阻值较小，便可确定有多点接地故障存在。但要注意该方法在铁芯实验分析中应用不能过于频繁，否则会损坏变压器。

（3）变压器在线监测。实验过程中铁芯和引线套管接地线作为测量对象，并且在接地线上方安装电流表，观察电流表发现测量数值较大，可以初步判定有多点接地故障存在。因为变压器处于正常运行状态下并不会有通入电流产生，加之线路内部并没有电流存在，所以电流表很难通过测量发现获取电流数值。如果存在接地故障，那么电流会转变为通路状态，处于该状态下电流表所显示数值也会增加[4]。

2.2 铁芯故障实验

假定变压器存在铁芯多点接地故障，在实验分析过程中将侧重点放在故障检测与处理上，避免变压器故障范围扩大。通常变压器铁芯多点接地的原因根据实验总结以下几点：

（1）穿心螺栓绝缘衬套发生破损，且和铁芯叠片直接碰撞。

（2）油箱中杂质较多，致使铁芯多点接地。

（3）运输过程中强烈的冲击，致使变压器铁芯移位。一旦确定铁芯多点接地故障，建议采用气体色谱分析法、电气法进行诊断。

组织实验过程中气体色谱分析法应用效果相对明显，如果变压器铁芯有多点接地故障存在，根据变压器由内部溶解得到的气体色谱分析数据，总结发现总烃含量较高，甚至超出了电力设备规定值，即150μl/L。C2 H2 在铁芯多点接地故障中是最为关键的气体，产生总降速率超出电力设备规定值，而且C2 H2 产生速率明显增加。根据实验发现，采用三比值法对铁芯多点接地故障进行诊断效果最为理想。

变压器铁芯实验中采用电气实验法，一般会选择带电电气测试分析法、停电电气测试分析法两种。

（1）带电电器测试分析法在实验中应用需要用到钳形电流表，对铁芯的接地回路电流进行测量[5]。处于运行状态下的电力变压器测量选择钳形电流表，观测铁芯外部接引地套管接地引引线电流，实验人员将电流表直接接入，也可以接入串接地故障指示器，一般在实验中采用该方法电流比较小。如果确定有接地故障存在，那么铁芯主磁通附近也可以直接理解为存在短路匝，匝内有环流通过，且环流值可以作为判断故障点依据。

（2）如果采用停电电器测试法，需要在停电状态下进行实验，并且将接地线断开，选择2500v 绝缘电阻表展开绝缘电阻测量，判断铁芯是否有接地故障存在。针对无套管引出接地线变压器，采用色谱数据分析的方式便可以得出是否有故障存在。

例如某变电所中运行的变压器经常出现故障，为此管理人员采用实验的方式分析变压器故障点、总结原因。此次实验中采用油色谱分析法，经过实验分析与观察发现铁芯有多点接地故障存在。在实验中通过停电处理确定该铁芯多点接地故障为永久性。经过所有工作人员之间的讨论开始实施吊罩检查，由专业人员进入现场全方位检查，并未发现有接地点存在。随后采用交流电弧法明确接地点，基于原本接地线和金属夹件中间位置施加20v 交流电压，3 分钟之后发现故障点位置有白烟冒出。经过检查确定下铁轭突出硅钢片破坏了铁芯和垫脚之间的绝缘。结束实验后及时通知维修人员将该故障解决，快速恢复变压器铁芯正常运行。

3 变压器铁芯故障解决方法

如果在实验过程中发现铁芯存在短路问题，那么铁芯夹件一旦位移，必然会导致螺杆绝缘管破损、铁芯片位移或者脱落等危害，以上危害情节严重甚至会出现铁芯两点接地。基于此，结合实验过程进行分析，面对变压器铁芯两点接地故障，建议放松三相线圈压钉螺丝，每项夹件的两侧位置分别保留两个压钉，其余压钉螺丝均放松处理，约为10mm 左右[6]。与此同时，上铁轭穿芯螺栓、方铁螺栓三相线圈、剩余压钉螺丝调整位置，其中铁轭需要调整到正位。为了保证操作安全性，铁芯片鼓起情节相对严重地穿心螺口需要加工制作环氧树脂板，厚度约为5mm，在环氧树脂板上方钻孔，参数为φ50，在穿芯螺杆的上方衔接绝缘板，并且放置在夹件和铁轭中间位置，不仅可以保证芯片和夹件不会碰撞，还能够提高绝缘板紧密度，以免今后变压器铁芯检修再次发生夹件位移这一问题。

铁轭两端的方铁上方和铁轭中间位置放置同样参数的环氧树脂板，杜绝铁轭夹件位移问题。将铁轭芯孔内存在错位问题的芯片调整位置，夹件的两侧位置如果发现芯片下移，需要同时调整下移芯片和与绝缘块，并且在其中插入胶木绝缘管、穿心螺杆。铁轭穿心螺丝与方铁需要压紧处理，根据顺序压紧螺丝，所有压钉螺丝压紧要保证均匀性。当铁芯检修完全结束后，工作人员利用2500v 的摇表对穿芯螺丝、铁芯对夹件绝缘、方铁对铁芯绝缘以及铁芯对地绝缘的电阻进行测量，确保满足要求即可结束。

完成变压器铁芯安装之后，箱盖上方的定位销没有及时翻转或者去除，导致多点接地故障。此时根据实验结果建议翻转定位销或直接将其除去。铁轭和夹件垫脚之间绝缘纸板发生损坏或直接脱落，应该要根据绝缘要求更换新纸板，而且要保证更换纸板厚度。由于夹件夹板和铁芯之间距离过近，有可能会碰撞翘起叠片。此时建议技术人员掰直已经翘起的叠片或者调整夹件夹板位置，重新规划夹件夹板和铁芯距离，直至满足绝缘间隙规范要求。如果发现有内有大量金属颗粒或者杂质存在，要将油箱内部油泥全部去除。如果条件允许，还可以将变压器油放置在真空环境下干燥处理，去除有内所有水分。完成以上吊罩检查后，技术人员综合考虑气候条件，在天气晴朗的环境下展开常规吊罩检查，尤其要规避大型变压器吊罩在检查过程中可能会面临的风险。

变压器铁芯故障的处理，如果没有直接确定故障点，而且不能直接开展吊罩检查，此时建议采用直流法、交流法查找故障点。应用直流电流冲击法，将变压器铁芯中的接地线直接去除，油箱和铁芯中间施加直流电压，此时会产生短时大电流冲击，冲击次数在4 次左右，便可以将铁芯多余接地点去除，从而解决多点接地故障。

若选择不同的电网运行方式，个别区域单主变运行，无法达成环网供电，这也会影响到停电消缺以及变压器运行质量。变压器铁芯引下线位置串联限流电阻，便可以起到抑制铁芯接地电流的作用。

除此之外，变压器铁芯故障处理建议应用先进装置。如果电网为110kv，变压器铁芯存在多点接地故障，在实验过程中发现该故障之后需要马上组织停电检修，开始检修前的准备阶段，为了保证变压器能够稳定运行，需要通过装置限制铁芯接地电流，以免铁芯绝缘破损。针对存在多点接地故障的变压器铁芯，处在运行状态下需要合理安排检修时间，确保电网运行质量。针对铁芯接地电流抑制处理，选择设备时如果变压器无法停止运行，建议在外引接地线的上方接入限流电阻，便可以抑制铁芯电流[7]。

连接铁芯的两个点同时会有电压产生，受到额定激励电压作用，技术人员要利用电压表对铁芯两端面之间的电压进行测量，同时便会发现电位差。产生电位差的原因是电压表、导线、铁芯组建的回路连接铁芯内磁通。如果铁芯两点接地，此时形成电流会流经变压器铁芯，而且会有感应电动势生成，调整串联电阻可以直接改变铁芯电流。