摘要：变压器类设备因铁芯多点接地导致变压器故障，分析铁芯多点接地特征，提出了变压器铁芯多点接地故障的诊断、查找及处理方法。通过对在预防性试验中发现的三台500kV线路并联电抗器铁芯与夹件短路及夹件多点接地故障的消缺处理，总结此类潜伏性故障特征，为后续设备运维及设备出厂建造提供经验。
关键词：变压器；铁芯；多点接地；故障处理
一、前言
变压器类设备运行中，铁芯及夹件等金属部件处于内部复杂的电磁场中，由于电容的耦合作用使铁芯及夹件对地产生电位，即悬浮电位[1]。悬浮点位过高导致放电，使变压器油分解，固体绝缘损坏。正常运行时，变压器铁芯和较大的金属构件应通过油箱可靠接地，且只能一点接地；当铁芯存在两点或多点接地时，接地点间会形成闭合回路，形成环流，引起局部过热，导致油分解和空载损耗增大[2]，产生可燃气体，可能使接地片熔断或烧坏铁芯，导致铁芯处于悬浮电位放电状态。
施工工艺不良和设计缺陷是造成铁芯接地故障的主要因素，由于附件和外界因素引起的多点接地[3]。常见的故障类型有：铁芯碰壳、碰夹件、穿心螺杆钢座套过长与硅钢片短接[4]；油箱内有金属异物使硅钢片局部短路；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[5]；潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，堆积在底部，在电磁引力作用下形成桥路，使下铁轭与垫脚或箱底接通，造成多点接地。
本文通过对在预防性试验中发现的三台500kV线路并联电抗器铁芯与夹件短路及夹件多点接地故障的消缺处理，总结此类潜伏性故障特征，为后续设备运维及设备出厂建造提供经验。
二、铁芯多点接地故障的诊断、故障点查找及处理
故障的诊断方法主要有：1、气相色谱分析法。（1）总烃含量高，一般会超过《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；（2）C2H4是铁芯多点接地的主要特征气体；（3）总烃产生速率往往超过《规程》规定的注意值；（4）使用三比值法时，其特征气体比值编码一般为0、2、2。2、带电电气测试分析法。（1）用钳形电流表测量铁芯接地回路电流。正常情况下，此电流很小（一般小于300mA），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，最大可达数百安培。（2）测量铁芯外引接地点的开路电压。如开路电压UK=25%UZ（UK—接地点的开路电压，UZ—变压器绕组匝电压），可判断故障点在铁芯高压侧；UK=14%UZ，可判断故障点在下轭铁底部；UK=73%UZ，可判断故障点在铁芯窗口内表面处。停电电气测试分析法：正确测量各级绕组的直流电阻，如合格，可排除故障在电气回路内；断开铁芯接地引线，用2500V兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，由此判定铁芯是否接地以及接地程度。
故障点的查找：1、大型设备可在排油后由检修孔进入检查，以缩短检修时间；2、对于较小的设备或进入内部无法查到故障的，应进行吊罩处理。吊罩后，对于杂物引起的接地，较为直观。但是也有一些情况，吊罩后找不到故障点，现场可采取以下方法进行查找：1、直流法。将铁芯与夹件的联接片打开，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各级硅钢片间的电压，电压表电压等于零或指针反转时，则该处为故障接地点；2、交流法。将变压器低压绕组接入220～380交流电压，此时铁芯中有磁通存在。将铁芯与夹件的连接片打开，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。将铁芯正常接地点断开，用交流试验装置对铁芯施加电压，若故障点接触不牢固，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、铁芯加大电流法。若接地故障点很稳固，可采用此法。将铁芯正常接地点断开，用电焊机给铁芯加电流，当电流逐渐升高，且故障接地点电阻大时，故障点温度上升，变压器油将分解而冒烟，由此可观察到故障点部位。
故障处理：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，对此可采用电容放电冲击法消除。现场可使用直流试验装置对电容器充电（电容器容量一般为五十微法左右），试验电压不超过2500V，将铁芯接地引线打开，电容器一端接地，另一端经绝缘杆用高压导线与直流试验装置输出端相连，待电容器充电稳定后，将高压导线与铁芯接地引线相碰，对铁芯接地故障点放电。放电后，用兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，看其绝缘是否恢复。对于暂时不能退出运行的变压器，可在铁芯接地引线中串入一个电阻，将电流限制在1A以下。电阻R的选择原则，是将正常工作接地线打开测得的电压U除以地线上的电流I，电流为2～3A，R一般选取250～1000Ω之间。对于因绝缘件损伤或受潮，应采取重新包扎绝缘或更换垫块等措施。
三、案例分析
我局500kV上寨变电站500kV嘉上甲线线路并联电抗器（型号：BKD2-40000/550）及嘉上乙线线路并联电抗器（型号：BKD2-50000/550）均为国内某厂生产，于2010年5月投入运行。分别于2012年4月进行预防性试验。其中嘉上甲线A相铁芯对地绝缘电阻为0ΜΩ，夹件对地绝缘电阻为0ΜΩ，铁芯对夹件绝缘电阻为0ΜΩ，铁芯及夹件共同对地绝缘电阻2000ΜΩ；嘉上乙线A相铁芯对地绝缘电阻为0ΜΩ，夹件对地绝缘电阻为0ΜΩ，铁芯对夹件绝缘电阻为0ΜΩ，铁芯及夹件共同对地绝缘电阻3100ΜΩ；嘉上乙线B相夹件对地绝缘电阻为0ΜΩ。
表1 铁芯及夹件绝缘电阻
以上试验数据为0ΜΩ的部位用数字万用表测量时，其值均为几百欧姆。从试验数据分析可知，嘉上甲线A相及嘉上乙线A相故障为铁芯及夹件之间短路，嘉上乙线B相故障为夹件多点接地。
四、缺陷处理
为了确定故障是否是由于杂质、金属粉末或气泡搭桥所引起，和厂家技术人员讨论后决定用电容放电冲击法对故障铁芯或夹件进行冲击：现场采用试验变压器经硅堆整流后对一个27μF的电容器进行充电，电容器充电稳定后对铁芯（夹件）引出线进行放电，分别用1000V、2000V和2500V电压进行多次冲击，处理完毕后用万用表及兆欧表复测绝缘电阻，绝缘电阻均不合格，说明没有消除内部短路缺陷。据此可确定短路故障是稳固的短路故障。
因线路要恢复运行，为了限制铁芯及夹件接地电流，限制故障的发展、扩大，暂时采取在接地回路串接电阻及铁芯多点接地故障监视器的措施。恢复运行后，检测铁芯及夹件接地电流均在运行规程规定范围内。之后每天检测记录铁芯及夹件接地电流。18、19日连续二天取油样进行油色谱分析，因无明显变化，后改为每周一次。
在确定停电检修时间后，由我局与厂家共同制定检修方案，决定先排油，由检修孔进入检查、处理；如无法确定故障部位，再进行吊罩。
2013年1月7日，500kV嘉上甲线停电对A相电抗器缺陷进行处理，抽油前测量铁芯对夹件绝缘电阻为0ΜΩ。抽油完进入油箱进行全面检查发现芯柱地屏接地线拉扯过紧，由于电抗器长期运行震动导致接地线与铁芯接触处绝缘破损（见图片1），从而导致铁芯与夹件通路，使铁芯对夹件绝缘电阻为零。通过检修人员对引线绝缘破损处加包绝缘纸处理及改变芯柱地屏线的布局方式后（见图片2），试验铁芯对夹件绝缘电阻4570 MΩ，夹件对地绝缘电阻3800MΩ，铁芯对地绝缘电阻为4180 MΩ，其它部位均无异常。
图片1
图片2
2013年1月18日对500kV嘉上乙线A相电抗器缺陷进行处理，抽油前测量铁芯对夹件绝缘电阻为0ΜΩ。抽油完进入油箱进行全面检查未发现异常，接地引线部位无异常（见图片3）。
图片3
后在上部中间托梁固定运输定位件的丝孔中发现其中一个孔内有铁屑。此铁屑应为安装时掉落在丝孔内，因电抗器运行时震动较大，使铁屑位置改变，导致铁芯与夹件通路，使铁芯对夹件绝缘电阻为零。取出铁屑后铁芯对夹件、铁芯对地、夹件对地绝缘电阻分别为：3200ΜΩ、3780ΜΩ、2800ΜΩ。
1月19日对嘉上乙线B相电抗器抽油全面检查，抽油前测量夹件对地绝缘电阻为零。抽油完进入油箱进行全面检查，发现夹件接地引出线因安装过程中未捋顺，造成夹件接地引出线扭曲破损并与油箱内部顶端加强铁接触（见图片4）。由于电抗器运行震动导致绝缘完全破损使引出线与油箱相通，夹件对地绝缘为零。通过检修人员将夹件接地引出线捋顺并对其破损处重新包扎绝缘纸处理（见图片5）。
图片4
图片5
处理后测试夹件对地、铁芯对夹件、铁芯对地绝缘电阻分别为：8730ΜΩ、7380ΜΩ、7650ΜΩ。
五、结论
通过以上三台电抗器铁芯及夹件故障的查找及处理可看出，铁芯与夹件短路是由于接地引线因施工工艺和设计不良造成的，夹件多点接地是由于安装时遗落异物造成的。由此可看出，变压器类设备铁芯或夹件短路及多点接地故障很多都属于潜伏性故障，在出厂试验或交接试验时由于绝缘尚未破坏，或异物所处位置未形成短路，是无法查出的。由于设备在运行时震动较大（对于电抗器尤其严重），导致绝缘破损，异物位置变化，形成短路或多点接地。对于此类故障，应提高制造质量，业主单位在安装过程中就要提前介入进行控制，杜绝潜伏性故障在运行过程中发展成为真正的故障，甚至导致事故的发生。
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论文作者:徐文辉,张隆
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：铁芯论文; 故障论文; 电阻论文; 多点论文; 变压器论文; 电流论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第26期论文;