摘要：电力变压器铁芯多点接地为常见故障，故障原因较为复杂，本文通过分析变压器铁芯多点接地的原因和危害，介绍判断和处理方法，为解决该类故障提出了相应的建议，其目的是保证变压器长期安全运行。
关键词：电力变压器；接地故障；处理方法
1 引言
电力变压器是电力网系统的核心装置，铁芯又是变压器的主要部件，保证它的安全是变压器可靠运行的关键。据国内行业数据统计，变压器铁芯多点接地故障占变压器总事件第三位，因此准确、及时分析与处理铁芯多点接地故障，对保证变压器的安全运行具有重要意义。
2 铁芯一点接地的原因、多点接地的危害
在变压器正常运行中，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。图1示出了变压器铁芯不接地时的断面示意图。由图可见，高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地（变压器箱）之间都存在着寄生电容，带电绕组通过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生一定的电位，通常称为悬浮电位。
由于铁芯及其它金属构件所处的位置不同，具有的悬浮电位也不同，当两点之间的悬浮电位差达到能够击穿期间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电是断续的，断续放电的结果使变压器油分解，长期下去，逐渐使变压器固定绝缘损坏，导致事故发生，显然这种现象是不允许的。为避免上述情况发生，国标规定，变压器铁芯和较大金属零件均应通过油箱可靠接地。
由上述可知，铁芯需要接地，但不能有两点或多点接地。当铁芯或其他金属构件有两点或两点以上接地时，则接地点间就会形成闭合回路，造成环流，有时可高达数十安。该电流会引起局部过热，导致油分解，产生可燃性气体，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，使变压器不能继续运行，这也是不允许的。因此，铁芯必须接地，而且必须是一点接地。
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图1 寄生电容分布图
3 故障的原因和类型
3.1铁芯接地故障原因
1. 接地片因施工工艺和设计不良造成短路。
2. 由于附件和外界因素引起的多点接地。
3.2铁芯常见的故障类型
1. 铁芯碰壳、碰夹件。
2. 穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接。
3. 油箱内有金属异物，使硅钢片局部短路。
4. 铁芯绝缘受潮或损伤，箱底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘，垫铁绝缘、铁盒绝缘（纸板或木块）受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。
4 故障的检测与判断
变压器铁芯多点接地故障的诊断方法有以下两种：
4.1气相色谱分析法
变压器发生铁芯多点接地故障时，其色谱分析结果通常有以下特点：
1.总烃含量高，往往超过《规程》规定的注意值（150ppm），其组分含量的排列依C2H4→CH4→C2H6→C2H2顺序递减，即使是油中特征气体组分含量未达到注意值的实例，也遵循以上的递减规律。
2.C2H4是铁芯多点接地故障的主要特征气体。
3.总烃产生速率往往超过《规程》规定的注意值（密封式为0.5ml/h）,其中乙烯的产生速率呈急剧上升趋势。
4．IEC三比值法时，其特征气体的比值编码一般为0、2、2。
5．四比值法，就是利用五种特殊气体的四对比值，来判断故障的方法。满足以下判据条件即可判定为铁芯有多点接地故障。
CH4／H2 ＝1~3 C2H6／C2H4 ＜1
C2H4／C2H6 ≥3 C2H2／C2H4 ＜0.5
如果色谱分析出现上述特征，并设法证实不是分接开关接触不良和潜油泵故障引起裸金属过热；同时，如测得铁芯绝缘电阻为零或比投运前明显下降时，则可以判断为变压器发生了铁芯多点接地故障。
4.2 电气测试法
4.2.1带电电气测试分析法
（1）用钳形电流表等测量铁芯接地回路电流。正常情况下，此电流很小（电流为0.1A应引起注意，电流为0.3A应及时处理），当存在接地故障后，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，匝内流过环流，最大电流可达数百安培。
（2）测量铁芯外引接地点的开路电压。在变压器运行中断开铁芯外引接地点，用高内阻电压表测量其开路电压，以确定铁芯多点接地部位。根据试验，如开路电压UK=25%UZ（UK—接地点的开路电压，UZ—该变压器绕组匝电压）则可判断故障接地点在铁芯的高压侧；如UK=14%UZ，可判断故障接地点在下轭铁底部；如UK=73%UZ，可判断故障接地点在铁芯窗口内表面处。
4.2.2停电电气测试分析法
（1）测量各级绕组的直流电阻。若各组数据未超标，且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，可排除故障部位在电气回路内（如分接开关接触不良，引线接触松动，套管导电杆两端引出线接触不良等）。
（2）为了更进一步判断是否为铁芯多点接地，可断开接地线，用2500V绝缘电阻表对铁芯接地套管测量绝缘电阻，由此判定铁芯是否接地以及接地程度。
5 故障点具体位置的查找
通过上述测试分析，确定变压器铁芯存在多点接地故障后，便可进一步查找故障点的具体位置。吊罩后，对于杂物引起的接地，较为直观，也比较容易处理。但也有某些情况，停电吊罩后找不到故障点，为了能确切找到接地点，现场可采用如下方法：
（1）直流法。将铁芯与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上通入6V的直流，然后用直流电压表依次测量名级硅钢片间的电压，当电压等于零或者表针指示反向时，则确认该处是故障接地点。
（2）交流法。在变压器低压绕组中接入220～380V交流电压，此时铁芯中有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流（铁芯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。
（3）铁芯加压法。将铁芯的正常接地点断开，用交流试验装置给铁芯加电压，若接触不牢固，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。
（4）空载试验法。测量变压器的空载损耗，若测出空载损耗比原来大10kW左右，则可判定接地故障在铁芯窗口内。
6 故障的处理方法
6.1能退出运行者
变压器铁芯多点接地故障，多数情况下是由于悬浮物在电磁场作用下形成导电小桥造成的，对这种情况，可采用以下处理方法：
6.1.1采用电容放电冲击法排除
图2所示为电容充放电电路，电容C为50цF左右，直流电压发生器输出电压大约为1000V。使用时首先合双向开关Q到1侧，对电容C充电，充电后快速把开关Q合到2侧，对变压器故障点放电。反复进行几次，故障即可消除。
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图2 电容充放电电路
6.1.2铁芯加大电流法。
在现场采用一台电焊机，将铁芯的正常接地点断开，用电焊机装置给铁芯加电流。当电流逐渐增大，且铁芯故障接地电阻较大时，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。
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图3 大电流冲击法示意图
6.2暂不能退出运行者
有的变压器虽然出现多点接地故障，但暂不能退出运行。这时可采取如下临时措施：
1．有外引接地线时，如果故障电流较大，可临时打开地线运行。但必须加强监视，以防故障点消失后使铁芯出现悬浮电位，产生放电现象。
2．如果多点接地故障属于不稳定型，可在工作接地线中串入一个滑线电阻，将电流限制在 1A以下。
3．在铁心接地小套管上，串接电阻和电流表或加装电流继电器和警示装置，以限制接地电流和监视接地电流的增减趋势。
4．用色谱分析监视故障点的产气速率。
7 结 论
出现变压器铁芯多点接地故障，应及时、准确地诊断故障类型，采用相应的处理方式，对于油泥等不稳定接地故障，不宜盲目采取吊罩检修方法，可用电容冲击等方法进行排除，以免造成人力资源浪费和停电损失。
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作者简介:刘浩(1972.01—)，男，湖北省通城县，助理工程师，大学本科，从事电力运行维护工作。
论文作者:刘浩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
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