（广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 52300）
摘要：本文研究了变压器铁芯多点接地故障产生的原因及常见检测方法，并以东莞地区某110kV变电站铁芯接地故障为例，分析了故障原因，提出解决方案。
关键词：变压器；铁芯；多点接地
0引言
电力变压器的基本部件铁芯主要由铁芯叠片、夹件、绝缘件等金属零部件构成，铁芯在原理上构成了磁路闭合的媒介，在结构上构成了支撑绕组的骨骼。根据国家标准规定，变压器铁芯和较大的金属构件都要经套管从油箱的上部引出，并且能够可靠电气接地。变压器的磁路部分主要是铁芯叠片，铁芯本体通常是由磁导率很高、表面绝缘的硅钢片叠积而成，这样的铁芯本体既可以提高磁路的导磁系数，又能降低铁芯的内涡流损耗。
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图1 变压器铁芯结构示意图
1铁芯接地故障
1.1铁芯夹件一点接地
变压器正常工作状态下会在内部形成一个较强的不均匀电场，该电场分布在高低压绕组及其引线与油箱之间，同时将铁芯及其固定铁芯的金属零部件包络在内。铁芯外引线离地的变压器在上述不均匀电场作用下，由于任意两个距离很近的导体均能视为一个电容器，高压绕组跟低压绕组之间、低压绕组同铁芯及其金属构件之间、铁芯及其金属构件和大地之间都有着寄生电容的存在，寄生电容由于耦合作用会让铁芯及其金属构件形成对地电位，即所谓悬浮电位。变压器自身设计构造以及各金属构件摆放位置等诸多因素，都能影响到悬浮电位数值的大小。一旦悬浮电位增大至足以击穿其间绝缘材料时，就将在铁芯与接地油箱之间出现断断续续的微量放电现象，这种时断时续的局部放电现象，长时间作用下也会造成绝缘油分解，慢慢劣化固体绝缘，威胁变压器安全工作。放电对绝缘的损害大致可以归为两类：一类为放电点对绝缘材料的直接轰击，造成局部绝缘破损，随着局放现象断断续续的影响，破损逐渐放大最后击穿绝缘；另一类为放电过程中生成的热量跟臭氧、一氧化氮等非惰性气体，它们的化学反应会逐步侵蚀绝缘，降低绝缘性能，增大介质损耗，最终引发热击穿。所以，在变电站变压器实际运行中，需将其铁芯及其大型金属构件可靠接连至现场主接地网，变压器才可以正常工作。在这种情况下，铁轭夹件和大地之间的寄生电容被短路，让其处于地电位。从而只有绕组对铁轭及其夹件的寄生电容电流经过接地引线。从理论上来讲，变压器中铁芯及其金属构件在单点接地时，仅带电绕组对铁芯及其金属构件所产生的寄生电容电流几乎为零，但是因为在实际运行过程中，存在各绕组间电容难以彻底相等、三相电相位也不完全对称等因素，接地线大多会出现几毫安的不对称微量电流。
1.2铁芯夹件多点接地
在变压器正常工作时，若介于某种原因，铁芯或夹件在油箱内部又出现一接地点，考虑原有正常接地线点便形成两点接地，接地点之间便构成闭合回路，就等同于在铁芯两侧发生了短路现象，从而形成一定的短路电流。铁芯及夹件上多余接地点的出现增加了闭合回路的数目，从而产生更大的接地回路环流，环流都会经过接地片；所经环流的大小与多余接地点的位置有关，即新形成短路匝所交链磁通的多少。部分主磁通或漏磁通穿过该闭合回路时，会交链产生相应大小的环流。该环流会导致特征气体超标，铁芯局部过热、损耗增加，绝缘油劣化分解，甚至会熔断接地片，致使变压器无法正常运行。因此，无论是铁芯还是夹件都务必保证单点可靠接地。铁芯多点接地故障频发，且由此导致的损失也比较严重，而变压器夹件接地引发的事故相对较少。这是因为单纯夹件多点接地时，在闭合接地回路穿过的一般为漏磁通感应电压产生环流，接地电流往往不是很大，一般在几安培以下，而且往往局限于在非正常接地点同夹件引出线的焊接点处出现过热点，对固体绝缘的损害相对较弱。
2铁芯接地常用检测方法
当前，检测变压器铁芯是不是存在多点接地主要有三种方法，包括钳形电流表定期监测铁芯接地电流电气法，测量铁芯对地绝缘电阻法以及监测变压器绝缘油特征气体的气相色谱分析法。
2.1电气法
钳形电流表定期监测铁芯接地电流电气法，顾名思义就是在变压器铁芯外引接地线上，测量引线中电流的大小，来确定变压器铁芯是不是存在多点接地现象。当变压器正常运行时，因为铁芯内无电流回路形成，所以接地线上的电流很小，多为毫安级，多数情况不超过0.1A；当出现多点接地现象时，接地线上电流过大，铁芯主磁通周围相当于有短路匝的情况存在，流过的环流决定于故障发生点与正常接地点的相对位置，即短路匝中包括含磁通的多少，一般可达几十安培。这样经过测量接地引线中的电流大小，可以很准确地判别出变压器铁芯有没有多点接地故障情况。电气法传统是在铁芯接地端装设检测电流表，依靠运行人员的定期巡视来发现问题，如此不光是浪费人力物力资源，并且对于一些无人值守变电站电气设备的运行留下了安全隐患。
2.2绝缘电阻法
铁芯对地绝缘电阻法主要就是断开铁芯正常接地线，选用2500V兆欧表（对运行时间长的变压器可选用1000V兆欧表）测量铁芯对地电阻值，若绝缘电阻值为零或是很小，则表明变压器铁芯可能存在多点接地故障。测量铁芯绝缘电阻的方法在实际现场中得到了较为广泛的应用，但由于方法的局限性，只能在变压器大修时进行，对系统的稳定运行和检测维护中带来很多的问题，设备利用率降低，运行维护成本加大。
2.3色谱分析法
监测变压器绝缘油特征气体的气相色谱分析法就是对变压器油中含气量进行气相色谱分析，该方法是检测变压器的铁芯有没有存在多点接地现象较为及时有效的方法之一。当变压器的铁芯有多点接地现象的时候，其油色谱通常有以下特点：总烃含量高出规定值150μL/L，通常甲烷（CH4）和乙烯（C2H4）占较大比重，乙炔（C2H2）含量较少甚至不出现，即检测结果未达到规定值5uL/L。当色谱分析结果呈现乙炔高出规定值时，则可认为该铁芯接地是动态接地故障。当色谱分析结果呈现上述特征，并且在铁芯绝缘电阻值为零或很低的情况下及铁芯接地线中有环流时，则可确定该变压器铁芯存在多点接地的故障
3案例分析
东莞地区某110kV变电站#2主变在2019年5月14日发生轻瓦斯告警信号，运检人员当即取绝缘油样进行色谱试验，发现H2、C2H2、总烃严重超标。而该主变在2018年9月12日的色谱试验结果显示正常。为进一步诊断设备故障情况，在2019年5月16日对该主变进行电气试验。试验结果显示绕组绝缘电阻、介质损耗因数、直流电阻均正常，但铁芯对地绝缘电阻仅为13kΩ（规程要求不小于１100MΩ）。随即将该主变返厂进行吊芯检查，结果发现铁芯下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板破损，更换后铁芯对地绝缘恢复正常。变压器正常工作时，磁致伸缩、硅钢片接缝处和叠片间的漏磁引起铁芯振动，固定不锈钢板与铁芯绝缘纸板的螺杆存在安装或设计缺陷，导致绝缘纸板损坏，引起铁芯对地绝缘降低构成多点接地。当铁芯多点接地形成环流时，铁芯芯片间的绝缘电阻及铁芯自身的电阻会导致铁芯过热及绝缘油分解析出气体，造成轻瓦斯告警动作。
4结论
变压器铁芯多点接地是一种多发性故障，通过分析铁芯多点接地原因，针对性地快速、准确排查出铁芯故障接地点，可提高现场故障处理效率，保证检修质量。
参考文献：
[1]王磊.大型变压器铁芯接地故障分析与处理[J].科技创新与应用,2019(19):137-138.
[2]雷战斐,柴斌,武嘉薇,王豪舟,谢伟锋.一起换流变压器铁芯泄漏电流异常分析及处理[J].宁夏电力,2019(02):46-50.
作者简介：
翟伟强，（1974-），男，本科，技师，从事变电运行工作，
论文作者:翟伟强
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
标签：铁芯论文; 变压器论文; 多点论文; 绕组论文; 环流论文; 电流论文; 色谱论文; 《电力设备》2019年第20期论文;