摘要：通过对安阳某发电有限责任公司主变铁芯与夹件短路故障情况进行介绍，阐述了变压器变压器正常运行时需要铁芯一点接地且也只能一点接地的原因，并分析变压器铁芯与夹件导通故障原因的几种情况，通过故障排除法进行了处理，并提出了在运行中或检修中的铁芯与夹件短路处理方法及注意事项，对变压器同类型故障有指导和借鉴意义。
关键词：变压器；铁芯；夹件；导通接地故障
1、变压器铁芯与夹件导通故障情况介绍
大唐安阳发电有限责任公司#10主变是沈阳变压器厂生产SFP9-385000/220型三相油浸强迫油循环风冷变压器， 1998年投入运行以来，一直运行正常。2016年8月29日，#10主变停运转检修；9月4日，在进行主变预防性试验时发现主变铁芯与夹件连通，但其他它各项试验结果均正常。该主变铁芯与夹件的接地线排分别在油箱上设有独立的套管，铁芯与夹件接地线排通过接地套管引至变压器下部接地网上。从电气试验结果分析，#10号主变铁芯与夹件之间绝缘已被破坏（绝缘为0M）。由于铁芯与夹件分别与大地连接，实际就相当于铁芯发生了两点接地故障。（见图1）。
图1变压器铁芯与夹件短路故障示意图
2、变压器正常运行时需要铁芯一点接地且也只能一点接地的原因
图2变压器正常运行时电容分布图
变压器正常运行中，带电的绕组及引线与也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。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（油箱）之间都存在着寄生电容，带电绕组将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（见图2）。
由于铁芯及其他金属构件所处的位置不同，具有的悬浮电位也不同，当两点间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便会产生火花放电。这种放电是断续的，放电后的两点电位相同，但放电会立即停止，然后再产生电位差，再次放电。如此循环持续放电的结果是使变压器油产生分解，长期下去，会使变压器固体绝缘逐渐受损，导致事故发生。为避免此类事故的发生，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，20000kVA及以上的的变压器，其铁芯应通过套管从油箱上部引出并可靠接地。这样使铁芯和较大金属零件与大地之间的寄生电容被短接，使其处于零电位。这时在接地线中流过的只是带电绕组对铁芯的寄生电容电流，对三相变压器来说，由于三相结构基本对称，三相电压对称，所以三相绕组对铁芯的电容电流之和非常小，只有几微安左右。
由上述分析可知，变压器铁芯必须有一点接地，而不能有两点或多点接地。这是因为如果铁芯形成两点及以上接地后，就会形成一个闭合回路，此闭合回路和铁芯内交变磁通相交链，就会产生感应电压，从而形成环流，电流可达数十甚至数百安。该电流会引起铁芯局部过热，导致油分解，甚至烧坏铁芯片间绝缘，形成局部涡流，进一步加剧发热。
3、变压器铁芯与夹件导通故障原因分析与处理
3.1、导致变压器铁芯与夹件导通，有以下原因：
（1）接地片因施工工艺和设计不良造成的两者短路。
（2）由于附件和外界因素引起的两者短路。
（3）穿芯螺栓螺栓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。
（5）铁芯绝缘受潮或损伤，箱底积累油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘受潮或损坏等，导致铁芯和夹件间绝缘降低。
（6）潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，堆积在底部，在电磁力作用下形成金属小桥，使铁芯与夹件导通。[1]
3.2、铁芯与夹件导通故障排除法：
3.2.1、为防止变压器内部出现严重故障，联合变压器生产厂家对变压器进行了放油内检，重点对铁芯、夹件接地引线绝缘状况、器身上部定位及下部定位、油箱磁屏蔽、铁芯夹件等部位进行了检查；同时以油箱及器身其他它可见部位进行了仔细检查，未发现异常。这样就排除了
（1）接地片因施工工艺和设计不良造成的两者短路。
（2）由于附件和外界因素引起的两者短路。
（3）穿芯螺栓螺栓钢座套过长与硅钢片短接。
3.2.2、内检结束后，对变压器进行了真空注油和热油循环。热油循环后，铁芯与夹件间的绝缘电阻在为600～Ω-2×106MΩ之间变化。这样就排除了：铁芯绝缘受潮或损伤，箱底积累油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘受潮或损坏等，导致铁芯和夹件间绝缘降低。
3.2.3、气相色谱法
表1 #10主变油样气相色谱实验数据
9月5日，取变压器油进行色谱分析，发现油中含有微量乙炔。本年度#10号主变气相色谱分析记录见表（图3）。从色谱分析结果来看，变压器出现乙炔是在7月13日至9月5日之间，期间变压器运行正常，系统也未发生异常现象。从数据来看，变压器油中溶解气体只是单纯的产生乙炔，但未超过注意值，其总烃及其余各项特征气体均不超标且无明显变化，依据色谱试验结论尚无法做出判断。[2]
变压器中裸金属主要是铁芯和夹件，使用万用表测量铁芯与夹件电阻时，其阻值不稳定，在100Ω至～1×106MΩ之间变化（油泵启停及敲击变压器本体均会造成阻值大范围变化），初步判断变压器铁芯与夹件间有可能有金属性异物存在，且受油流或变压器本身振动影响位置不断发生，经与变压器厂家技术讨论分析，判断：
（1）油箱内有金属异物，使硅钢片局部短路。
（2）潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，堆积在底部，在电磁力作用下形成金属小桥，使铁芯与夹件导通。
这两种原因造成的铁芯与夹件导通非常大。
3.2.4、因为怀疑处于变压器底部的可能性较大，且位置比较隐蔽，吊罩检查也难以发现明显故障点，决定先采用电容冲击法对故障点进行冲击，观察处理效果，并对故障部位进行判断。
图3电容冲击法示意图
如图4所示，铁芯接地线及电容器一极使用专用接地线和直流高压发生器接地端子相连接并可靠接地，使用直流高压发生器对电容器另一极进行充电，在电容器充至设定电压后，断开直流高压发生器，再用电容器对变压器夹件进行放电。电容容量为64μF。每次放电后，均对铁芯与夹件之间电阻进行检测，结果见表
表2电容冲击试验记录
由表电容冲击试验记录可以发现， 在放电过程中，安排专人在变压器四周听变压器内部声音，判断变压器放电声音部位，可以明显听到，在放电的同时，第四4组和也第五5组冷却器之间底部会发生沉闷的敲击声（放电声音），也就是铁芯与夹件的连通点部位。在进行第6次和第7次冲击试验时，电容器与放电杆之间火花消失，变压器内部放电声音消失，说明连通物已被电容放电的电动力打开。用2500V专用绝缘表测量1分钟min，铁芯与夹件绝缘电阻在1900MΩ，恢复正常。
3.2.5、随后进行了变压器局部放电试验，试验结果合格，试验结果见表。
表3主变局部放电试验数据表
处理结束后，#10号主变于10月17日并网运行，并网后，使用钳形电流表测量铁芯与夹件电流，发现铁芯与夹件电流同为21A，表明铁芯与夹件又重新短接。分析认为，造成此现象的原因是：在进行电容冲击处理时，铁芯与夹件间短接的金属异物在电动力的作用下从铁芯与夹件间分离，但并没有完全脱离。在投运后，由于铁芯与夹件在高场强作用下带电，在电场力吸引下，造成金属异物重新搭接在铁芯与夹件间，引起铁芯与夹件重新短接，从而产生很大的环流。
由于主变已经投运，为防止环流损伤铁芯，需对环流进行限制（要求小于100mA）。现场采用630Ω欧电阻，串在夹件接地线上，将环流限制在30mA左右。见图（四4）。
图4变压器铁芯限流电阻安装示意图
表4 主变投运后油样色谱分析报表
根据色谱跟踪分析，可知#10号主变目前运行稳定。
4 结论
变压器发生铁芯多点接地后，一般应按以下原则进行处理：
4.1变压器运行中发生铁芯多点接地时，如变压器不能停运，可以在变压器铁芯接地线上串接一限流电阻，铁芯环流限制在100mA以下，并密切监视变压器色谱分析数据。
4.2变压器停运后，应通过电气试验确定铁芯多点接地性质及部位。
4.3对于铁芯多点接地故障的消除，在不吊罩的情况下可采取电容冲击法进行排除。
4.4如接地点无法消除，应考虑吊罩检查处理。
参考文献：
[1]陈化钢，《电力设备预防性试验方法》。[ISBN 7-120-02037-4/TM.549],水利电力出版社，1996年5月沈阳第二次印刷。
[2]中国大唐集团公司，Q/CDT 107 001-2005,电力设备交接和预防性试验规程[S/oL].。(2005-11-07)。
论文作者:马新杰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
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