关于变压器铁芯和夹件多点接地的讨论

李 飞 ，焦方军 ，姜晓东 ，房 悦 ，杨 光

（1.国网山东淄博供电公司，山东 淄博 255000; 2.国网山东省电力公司，山东 济南 250013）

0 引言

变压器在电网系统中起着承上启下的作用，实现了电压等级的多级转换，为终端用户“用上电、用好电、不停电”奠定了能量转换基础[1-8]。变压器内部主要由夹件、铁芯、绝缘油和绕组构成，铁芯为电磁场转换提供路径，夹件为铁芯和绕组的稳定提供支撑，绝缘油优化了内部散热和导体的绝缘。

变压器运行过程中，铁芯硅钢片之间绝缘层的劣化、绝缘油中杂质的含量、绝缘件材质的优劣等因素，都可能造成铁芯、夹件多点接地形成环流[9-15]，加速绝缘油和固体绝缘的老化或劣化，油中溶解气体乙炔等烃类组分急剧上升，接地电流增大，严重影响变压器的安全稳定运行。

本文对变压器铁芯和夹件多点接地进行了讨论，详细分析了铁芯、夹件两点分别接地和铁芯、夹件一点接地情况下环流形成的原因和解决方法，并进行了现场案例试验验证，在运检现场判断设备运行情况具有推广价值。

1 铁芯、夹件两点分别接地

近些年投产的变压器，铁芯和夹件分别引出两点接地居多，更方便运维人员开展接地电流监测。

1.1 铁芯接地电流幅值超过规程要求

当主变铁芯接地电流幅值超过规程要求，夹件接地电流幅值满足规程要求时，如图1 所示，在铁芯内部形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图1 铁芯内部接地

1.2 夹件接地电流幅值超过规程要求

当主变夹件接地电流幅值超过规程要求，铁芯接地电流幅值满足规程要求时，如图2 所示，在夹件内部形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图2 夹件内部接地

1.3 铁芯和夹件接地电流幅值超过规程要求

当主变铁芯和夹件接地电流幅值均超过规程要求，如图3 所示，在铁芯和夹件内部分别形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图3 铁芯和夹件内部接地

1.4 铁芯、夹件接地电流幅值相等、方向相反并超过规程要求

用电流钳分别测量铁芯和夹件接地电流，幅值相等并超过规程要求，用电流钳对铁芯和夹件一起测量，向量和幅值为零，说明铁芯和夹件流过的电流幅值相等、方向相反并超过规程要求，如图4 所示，在铁芯和夹件之间形成异常连接点，与正常接地点形成环流。

图4 铁芯和夹件内部短接

1.5 铁芯、夹件接地电流有数值符合规程要求

油中溶解气体组分异常，用电流钳分别测量铁芯和夹件接地电流，幅值均未超过规程要求，此时不能判定铁芯和夹件未发生多点接地异常，如图5所示，在铁芯或夹件内部本身形成两点及以上接地，考虑到变压器内部磁场复杂，仅仅在内部接地点之间形成环流，未体现在铁芯和夹件的外部接地点处。

图5 铁芯和夹件内部多点接地

1.6 铁芯、夹件接地电流无数值

油中溶解气体组分异常，用电流钳分别测量铁芯和夹件接地电流，幅值不仅未超过规程要求而且非常小甚至几乎为零，此时不能判定铁芯或夹件未发生异常，如图6 所示，铁芯或夹件内部接地点处发生断线或虚接，局部放电造成油中溶解气体发生变化。

图6 铁芯或夹件接地线断线或虚接

对于上述分析1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 采用直流电容器放电冲击法，可以有效地解决，同时辅以绝缘电阻测试验证保证铁芯和夹件无多点接地异常；对于上述分析1.6，铁芯或夹件接地电流虽然未超过规程要求，但是幅值较小，更须引起关注，可以采用介损测试仪测量电容量的方法进行验证。

2 铁芯、夹件一点接地

对于某些型号、老旧变压器，存在较多铁芯和夹件通过同一小套管引出接地的情况，对运维人员开展接地电流监测造成些许困难，不方便一线人员及时发现铁芯或夹件接地电流运行异常。

2.1 接地电流（铁芯）幅值超过规程要求

当主变接地电流幅值超过规程要求时，如图7所示，只在铁芯内部形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图7 铁芯内部接地

2.2 接地电流（夹件）幅值超过规程要求

当主变接地电流幅值超过规程要求时，如图8所示，只在夹件内部形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图8 夹件内部接地

2.3 接地电流幅值超过规程要求

当主变接地电流幅值超过规程要求时，如图9所示，铁芯和夹件内部分别形成异常接地点，与正常接地点形成环流。

图9 铁芯和夹件内部接地

2.4 接地电流幅值符合规程要求

油中溶解气体组分异常，但主变接地电流幅值符合规程要求，如图10 所示，铁芯和夹件内部形成2 个及以上接地点，考虑到变压器内部磁场复杂，仅仅在内部接地点之间形成环流，未体现在铁芯和夹件的外部单一接地点处。

图10 铁芯或夹件内部多点接地

2.5 接地电流幅值超过规程要求

当主变接地电流幅值超过规程要求时，如图11所示，铁芯和夹件内部形成异常连接，与正常接地点形成环流。

图11 铁芯和夹件内部短接

2.6 接地电流电流无数值

油中溶解气体组分异常，用电流钳测量接地电流，幅值不仅未超过规程要求而且非常小甚至几乎为零，此时不能判定铁芯或夹件未发生异常，如图12 所示，内部接地点处发生断线或虚接，局部放电造成油中溶解气体发生变化。

图12 铁芯和夹件内部断线或虚接

对于上述分析2.1、2.2、2.3、2.4 采用直流电容器放电冲击法，可以有效地解决，同时辅以绝缘电阻测试保证铁芯和夹件无多点接地异常；对于上述分析2.5，无有效方法解决，同时无法判断是否出现此种问题；对于上述分析2.6，铁芯或夹件接地电流虽然未超过规程要求，但是幅值较小，更须引起关注，可以采用介损测试仪测量电容量的方法进行验证。

3 铁芯、夹件接地断线或虚接判断法

对于某些型号、老旧变压器，存在较多铁芯和夹件通过同一小套管引出接地的情况，对运维人员开展接地电流监测造成些许困难，不方便一线人员及时发现铁芯或夹件接地电流运行异常。

3.1 铁芯、夹件两点分别接地

对于铁芯和夹件两点分别接地的情况：拆开铁芯（夹件）接地，将介损测试仪高压线加到铁芯（夹件）接地小套管顶端，如图13、图14 所示，对比夹件（铁芯）接地和不接地2 种情况下的电容量，如果电容量数值相差较小，说明夹件（铁芯）内部接地线断开，如果电容量数值数值相差较大，说明夹件（铁芯）内部接地线未断开。

图13 铁芯接地和断开情况下

图14 夹件接地和断开情况下

3.2 铁芯、夹件一点接地

对于铁芯和夹件一点接地的情况：中、低压绕组分别三相短路接地，高压侧绕组三相短路后，将介损测试仪高压线加到高压侧绕组处，如图15 所示，对比夹件和铁芯小套管接地和不接地2 种情况下的电容量，如果电容量数值相差较小，说明内部接地线断开，如果电容量数值数值相差较大，说明内部接地线未断开。

图15 铁芯和夹件接地和断开情况下

4 现场验证

某110 kV 变压器突然出现油中溶解气体组分异常，如表1 所示，该主变铁芯和夹件共同引出一点接地，运检人员对接地扁铁进行电流监测，接地电流为2.1 mA，满足规程要求，但是考虑到油中溶解气体组分的突然反常并急剧上升，决定非计划停电检修。变压器停电后，试验班进行了诊断性试验，包括空载、直流电阻、变比、整体介损、电容量和绝缘电阻等，均未发现异常，在进行铁芯和夹件接地小套管绝缘电阻测试时，发现拆除接地线后，绝缘电阻仍为零，怀疑铁芯或夹件处有两点及以上接地并形成环流。试验人员应用直流电容器放电冲击，现场听到变压器底部出现“啪”的放电声（直流电压加到5 kV），经过多次冲击后，绝缘电阻达到10 000 MΩ 以上，符合规程要求，经过滤油并检测合格，如表2 所示，随即投运。

表1 停电前油中溶解气体组分 μL/L

表2 送电前油中溶解气体组分 μL/L

变压器投运后，油中溶解气体组分如表3 所示，烃类组分特别是乙炔组分急剧上升，怀疑铁芯和夹件之间存在稳定的短接。后续主变返厂大修后，解体发现铁芯和夹件之间确实存在一稳定的铁质物质，经询问为检修人员主变安装时掉入所致。

表3 送电后油中溶解气体组分 μL/L

5 结束语

为了准确判断铁芯、夹件运行状态，给停电检修提供辅助性策略，本文详细讨论了铁芯、夹件多点接地形成环流的各种可能，并提出了具体的解决办法。

由于变压器铁芯、夹件设计形式不同，绝缘油质量参差不齐，变电站选址土质存在优劣，引发铁芯和夹件出现环流异常，对变压器绝缘油和固体绝缘造成不同程度的损伤，轻微者导致油中溶解气体组分异常，严重者导致变压器跳闸故障，本体详细讨论了各种环流形成的方式，方便运检人员及时分析变压器环流状态、解决变压器环流问题，具有现实推广意义。