论文部分内容阅读
【摘 要】本文结合笔者多年的实践经验，介绍了变压器正常运行时铁芯一点接地的原因，分析了变压器铁芯多点接地故障的危害及产生原因，重点探讨了变压器铁芯点接地故障的检测工作，并结合实际处理案例提出了一些切实有效的诊断方法和处理措施，以供业界人士参考。
【关 键 词】变压器；铁芯；接地故障；诊断方法
【中图分类号】TM41【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0236-02
1 故障案例
本厂150000kVA联络变（三卷变压器242/121/10.5kV）承担着升压站220kV与110kV两系统的联络，位置在我厂的一次系统中相当重要，曾经进行过较大的升级改造（包括更换线圈和冷风器），投运后的几天内，有听到轻微的“嘭、嘭”声，取绝缘油化验，各项指标逐渐上升。停电检查，铁芯对夹件间的绝缘电阻为零（解开铁芯正常接地）。
还有某2×600MW电厂在2011年7月机组小修试验过程中，检测到1号主变铁芯夹件对地绝缘电阻值大幅降低，用1000V绝缘表检测为0，用万用表检测为47kΩ，同时检查铁芯对地、铁芯对夹件间的绝缘电阻正常。经多方查找分析，排除了检测表计及变压器外部接地原因，确定主变内部铁芯夹件存在多点接地现象。
2 变压器正常运行时铁芯接地的原因
铁芯当有2个以上单点接地发生时叫多点接地，正常变压器出厂和运行是单点接地（由制造厂工艺引出），不允许不接地和2点以上接地。在变压器正常运行时，带电绕组及其引线与油箱外壳间构成的电场分布不均匀，变压器铁芯及其金属构件处于不均匀的电场中，必然会产生感应电压，而由于铁芯各部位在这个电场中的位置不一样，产生的感应电压大小也不一样。当铁芯对地电压或者铁芯不同两点之间的电压差达到绝缘的击穿电压时，就会发生变压器的内部放电现象。断续的放电会使变压器油分解劣化，并逐步使固体绝缘损坏，导致变压器损坏的事故发生。通常表现在：绝缘材质性能退化、安装工艺不合格包括螺栓把紧、安装尺寸、检查验收不严谨，本厂案例便是如此、绝缘油水分含量较多、用才不过关（机械强度、绝缘强度）等或几种重叠原因。
3 变压器铁芯多点接地故障的危害
（1）在变压器铁芯中产生涡流，铁损增加，使铁芯的接地引线过热。
（2）较长时间的多点接地发热或放电，会使油浸变压器油质劣化而产生可燃性气体，使气体继电器动作。
（3）多点接地严重，又较长时间未处理时，变压器连续运行将导致油及绕组也过热，使油纸绝缘逐渐老化，会引起两片铁芯叠片间绝缘层老化而脱落，恶性循环，将引起更大的铁芯过热，最终将铁芯烧毁。
（4）因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化。
（5）严重的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的一点接地，当接地故障点消失后，使铁芯出现悬浮高电位引起放电现象。
4 变压器铁芯多点接地故障的原因分析
变压器铁芯及其夹件多点接地是变压器一种故障类型，故障大多由以下原因引起。
（1）变压器安装完毕后，未将油箱顶盖上运输的定位销拆除或翻转过来，构成多点接地。
（2）变压器侧梁、上梁、垫脚绝缘周围有金属异物与油箱短接。
（3）夹件接地线连接不可靠，脱落后与油箱短接。
（4）铁芯接地引出套管破裂，从箱盖内引出的接地线与箱盖短接。
（5）变压器箱盖的定位螺栓与夹件的绝缘降低。
（6）由于铁芯夹件肢板距芯柱太近，铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。
（7）铁芯螺杆的衬套过长，与铁芯叠片相碰，构成了多个接地点。
（8）铁芯下夹件垫脚与铁芯间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁芯处叠片相碰造成接地。
（9）具有潜油泵装置的大中型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，这些金属粉末在电磁场的作用下，形成导电小桥，使铁芯与变压器外壳短路接地。
（10）变压器油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁芯、旁柱边沿相碰，构成接地。
（11）夹件与铁芯阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使其绝缘电阻值降低，构成了多点接地。
（12）铁芯压板夹件的穿心螺栓位置的绝缘套工艺尺寸不准（通常是较大时），穿心螺栓上紧时受挤压破裂，运行振动后穿心螺杆碰到压板或铁芯（本厂案例）。
5 变压器铁芯多点接地故障的查找及处理方法
5.1 变压器停运彻底检修
运行中发现变压器铁芯多点接地故障后，鉴于变压器在电力系统中的重要性，为保证设备的安全，应将变压器停电，进行吊芯检查和处理，并根据变压器多点接地类型及原因，采取相应的检修措施及时彻底消除故障。但在某些情况下，如将变压器排油吊芯后仍找不到故障点，现场可采用如下方法查找。
5.2 变压器停运临时处理
在实际运行中，由于变压器安装现场空气潮湿，变压器身在空气中暴露时间不宜太长，以及受变压器本身装配形式的制约，现场很多情况下无法及时找到其确切接地点。或有时变压器上不允许停电解体检修，对于铁锈、焊渣、金属粉末、油泥沉积等造成的多点接地故障，可试用电容直流电压法和电焊机交流电流法处理。
5.3 变压器不停运临时处理方法
对于系统暂不允许停电检查的变压器，可采用以下方法临时处理。
（1）当变压器铁芯、夹件有单独外引接地线时，如果接地故障电流较大且接地电流变化不大，可临时打开接地线运行。但必须加强检测铁芯、夹件的电压，以防铁芯内部接地故障点消失后使铁芯出现悬浮高电位。
（2）如果多点接地故障点不稳定，可在铁芯工作接地回路中串入一个滑线电阻作为临时应急措施，将接地电流限制在0.1A以下，防止故障进一步恶化。滑线电阻的选择，是将正常工作接地线打开时测得的电压除以地线上的电流。注意所串电阻不宜太大，以保护铁芯基本处于地电位，也不宜太小，太小起不到限流作用，同时还需注意所串电阻的热容量，以防电阻烧坏后造成铁芯开路。 6 实际处理过程
某电厂1号主变于2007年9月投产运行，额定容量720000kVA。为了正确检测出运行中的变压器铁芯及夹件的接地电流，变压器分别单独设置一条铁芯接地引出线和铁芯夹件接地引出线。在小修中检测到1号主变铁芯夹件对地绝缘大幅降低后，专业维修人员随即取变压器油样做色谱分析，并与以往变压器油色谱分析数据对比，检查各项气体含量没有明显增长趋势，且总烃含量均没有超过规定的注意值，其中乙烯、甲烷含量低或不出现，见表1。
1号主变铁芯、夹件接地电流因检测用电流表计损坏没有检测数据，在检查1号主变本次小修电气试验数据与以往试验数据对比没有明显变化后，初步判断为变压器铁芯夹件多点接地，且接地故障的时间应该不长，很有可能是主变油泵在停运后，变压器内部的铁锈、焊渣、金属粉末等悬浮杂物或油泥沉积造成的夹件多点接地。试开启变压器油泵将变压器铁芯、绕组冲洗一段时间后，变压器铁芯夹件的绝缘电阻仍维持原来数值，没有发生任何变化，需另想办法处理。
考虑到机组小修即将结束，变压器需马上投入运行，已不允许再花费大量时间对变压器排油吊芯，进行内部检查。经参考变压器厂家技术人员意见及其他单位处理变压器铁芯接地的成功经验，专业人员研究决定暂不对变压器排油吊芯检查，先采用电容直流电压放电冲击法或电焊机交流电流法进行处理，在处理无效的情况下再考虑采取下一步处理措施。
因电气实验室有现成的电容器等设备仪器，同时考虑电焊机笨重不好搬运，且电流大小、通电时间不好控制，大电流比较容易损坏铁芯夹件的绝缘等原因，首先采用电容直流电压放电冲击法。
（1）仪器、材料准备：3000V、108μf、150kvar电容器1台；共立3122电动兆欧表、FLUK1550B电动兆欧表各一个；FLUK万用表一个；双投刀闸1个；10Ω、14A滑线电阻1个；高压绝缘导线若干条。
（2）电容直流电压放电冲击接线图（如图1）：
（3）实际冲击操作步骤；
在准备好相关设备材料后，按图1接线完毕，调整好可调节电阻阻值后，将刀闸打到绝缘表一侧，按下绝缘表测试按钮对电容充电，待电容充电到试验电压后，将刀闸打到变压器铁芯夹件接地引出线一侧，对铁芯夹件放电冲击，听到“啪”一声响后，拉开刀闸，测量变压器铁芯夹件对地绝缘电阻。
分中试验数据可以看出，当电容冲击电压较低时，铁芯夹件绝缘电阻上升较慢，将冲击电压升高至3000V后，铁芯夹件绝缘电阻值马上提高，效果明显。同时冲击过程中铁芯夹件的绝缘电阻并不是直线规律的提高，其中绝缘电阻值在几次冲击过程中有反复，说明冲击过程并没有使悬浮杂物完全断开，还有重新搭接起来的可能。所以在对变压器进行电容放电冲击后，变压器投运前的这三天时间里，专业人员每天测量一次铁芯夹件绝缘电阻，电阻值基本维持在22MΩ左右，没有出现悬浮杂物重新搭接的现象。并再次取变压器油样进行色谱分析，检查各项气体含量没有明显增长趋势，说明冲击效果良好，没有对变压器造成损害。
7 存在的问题及建议
（1）当运行中的变压器铁芯或夹件出现多点接地故障时，要进行综合测定和全面分析检查后，再视现场具体情况选择处理方案，切不可盲目进行放电冲击或电焊烧除，以免造成变压器绝缘损坏，使故障扩大。
（2）建议在变压器铁芯及夹件接地线上装设电流表，并加强巡视，便于及时发现接地故障。特别是在放电冲击法消除接地故障后，更需加强监视，防止再次形成故障。
（3）每次变压器吊芯大修时，需要清洁油箱底部的油泥、铁锈等杂物，并用油对铁芯进行一次全面冲洗。
（4）加强变压器潜油泵的检修维护，防止由于轴承的磨损或金属的剥落，引起变压器铁芯多点接地故障。
8 结束语
变压器铁芯多点接地是变压器不算常见的一种故障，但对变压器的安全运行具有很大的威胁。因此，技术人员应提高对铁芯多点接地故障的认识，通过分析故障产生的原因，制定出合理的、科学的诊断方法及处理措施，最大限度减少设备停电时间和降低处理成本。同时大型变压器是电力系统的重要装置，所以笔者建议在变压器发生故障时，应及时停止运行，并将变压器吊芯作详细检查彻底处理，以达到避免损坏设备、减少经济损失的目的。
参考文献
[1] 王文玲.变压器铁芯多点接地故障的判断及处理[J]华东科技. 2012年第06期
[2] 刘兴龙.变压器铁芯多点接地故障的处理方法[J]城市建设理论研究.2012年第07期
【关 键 词】变压器；铁芯；接地故障；诊断方法
【中图分类号】TM41【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0236-02
1 故障案例
本厂150000kVA联络变（三卷变压器242/121/10.5kV）承担着升压站220kV与110kV两系统的联络，位置在我厂的一次系统中相当重要，曾经进行过较大的升级改造（包括更换线圈和冷风器），投运后的几天内，有听到轻微的“嘭、嘭”声，取绝缘油化验，各项指标逐渐上升。停电检查，铁芯对夹件间的绝缘电阻为零（解开铁芯正常接地）。
还有某2×600MW电厂在2011年7月机组小修试验过程中，检测到1号主变铁芯夹件对地绝缘电阻值大幅降低，用1000V绝缘表检测为0，用万用表检测为47kΩ，同时检查铁芯对地、铁芯对夹件间的绝缘电阻正常。经多方查找分析，排除了检测表计及变压器外部接地原因，确定主变内部铁芯夹件存在多点接地现象。
2 变压器正常运行时铁芯接地的原因
铁芯当有2个以上单点接地发生时叫多点接地，正常变压器出厂和运行是单点接地（由制造厂工艺引出），不允许不接地和2点以上接地。在变压器正常运行时，带电绕组及其引线与油箱外壳间构成的电场分布不均匀，变压器铁芯及其金属构件处于不均匀的电场中，必然会产生感应电压，而由于铁芯各部位在这个电场中的位置不一样，产生的感应电压大小也不一样。当铁芯对地电压或者铁芯不同两点之间的电压差达到绝缘的击穿电压时，就会发生变压器的内部放电现象。断续的放电会使变压器油分解劣化，并逐步使固体绝缘损坏，导致变压器损坏的事故发生。通常表现在：绝缘材质性能退化、安装工艺不合格包括螺栓把紧、安装尺寸、检查验收不严谨，本厂案例便是如此、绝缘油水分含量较多、用才不过关（机械强度、绝缘强度）等或几种重叠原因。
3 变压器铁芯多点接地故障的危害
（1）在变压器铁芯中产生涡流，铁损增加，使铁芯的接地引线过热。
（2）较长时间的多点接地发热或放电，会使油浸变压器油质劣化而产生可燃性气体，使气体继电器动作。
（3）多点接地严重，又较长时间未处理时，变压器连续运行将导致油及绕组也过热，使油纸绝缘逐渐老化，会引起两片铁芯叠片间绝缘层老化而脱落，恶性循环，将引起更大的铁芯过热，最终将铁芯烧毁。
（4）因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化。
（5）严重的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的一点接地，当接地故障点消失后，使铁芯出现悬浮高电位引起放电现象。
4 变压器铁芯多点接地故障的原因分析
变压器铁芯及其夹件多点接地是变压器一种故障类型，故障大多由以下原因引起。
（1）变压器安装完毕后，未将油箱顶盖上运输的定位销拆除或翻转过来，构成多点接地。
（2）变压器侧梁、上梁、垫脚绝缘周围有金属异物与油箱短接。
（3）夹件接地线连接不可靠，脱落后与油箱短接。
（4）铁芯接地引出套管破裂，从箱盖内引出的接地线与箱盖短接。
（5）变压器箱盖的定位螺栓与夹件的绝缘降低。
（6）由于铁芯夹件肢板距芯柱太近，铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。
（7）铁芯螺杆的衬套过长，与铁芯叠片相碰，构成了多个接地点。
（8）铁芯下夹件垫脚与铁芯间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁芯处叠片相碰造成接地。
（9）具有潜油泵装置的大中型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，这些金属粉末在电磁场的作用下，形成导电小桥，使铁芯与变压器外壳短路接地。
（10）变压器油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁芯、旁柱边沿相碰，构成接地。
（11）夹件与铁芯阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使其绝缘电阻值降低，构成了多点接地。
（12）铁芯压板夹件的穿心螺栓位置的绝缘套工艺尺寸不准（通常是较大时），穿心螺栓上紧时受挤压破裂，运行振动后穿心螺杆碰到压板或铁芯（本厂案例）。
5 变压器铁芯多点接地故障的查找及处理方法
5.1 变压器停运彻底检修
运行中发现变压器铁芯多点接地故障后，鉴于变压器在电力系统中的重要性，为保证设备的安全，应将变压器停电，进行吊芯检查和处理，并根据变压器多点接地类型及原因，采取相应的检修措施及时彻底消除故障。但在某些情况下，如将变压器排油吊芯后仍找不到故障点，现场可采用如下方法查找。
5.2 变压器停运临时处理
在实际运行中，由于变压器安装现场空气潮湿，变压器身在空气中暴露时间不宜太长，以及受变压器本身装配形式的制约，现场很多情况下无法及时找到其确切接地点。或有时变压器上不允许停电解体检修，对于铁锈、焊渣、金属粉末、油泥沉积等造成的多点接地故障，可试用电容直流电压法和电焊机交流电流法处理。
5.3 变压器不停运临时处理方法
对于系统暂不允许停电检查的变压器，可采用以下方法临时处理。
（1）当变压器铁芯、夹件有单独外引接地线时，如果接地故障电流较大且接地电流变化不大，可临时打开接地线运行。但必须加强检测铁芯、夹件的电压，以防铁芯内部接地故障点消失后使铁芯出现悬浮高电位。
（2）如果多点接地故障点不稳定，可在铁芯工作接地回路中串入一个滑线电阻作为临时应急措施，将接地电流限制在0.1A以下，防止故障进一步恶化。滑线电阻的选择，是将正常工作接地线打开时测得的电压除以地线上的电流。注意所串电阻不宜太大，以保护铁芯基本处于地电位，也不宜太小，太小起不到限流作用，同时还需注意所串电阻的热容量，以防电阻烧坏后造成铁芯开路。 6 实际处理过程
某电厂1号主变于2007年9月投产运行，额定容量720000kVA。为了正确检测出运行中的变压器铁芯及夹件的接地电流，变压器分别单独设置一条铁芯接地引出线和铁芯夹件接地引出线。在小修中检测到1号主变铁芯夹件对地绝缘大幅降低后，专业维修人员随即取变压器油样做色谱分析，并与以往变压器油色谱分析数据对比，检查各项气体含量没有明显增长趋势，且总烃含量均没有超过规定的注意值，其中乙烯、甲烷含量低或不出现，见表1。
1号主变铁芯、夹件接地电流因检测用电流表计损坏没有检测数据，在检查1号主变本次小修电气试验数据与以往试验数据对比没有明显变化后，初步判断为变压器铁芯夹件多点接地，且接地故障的时间应该不长，很有可能是主变油泵在停运后，变压器内部的铁锈、焊渣、金属粉末等悬浮杂物或油泥沉积造成的夹件多点接地。试开启变压器油泵将变压器铁芯、绕组冲洗一段时间后，变压器铁芯夹件的绝缘电阻仍维持原来数值，没有发生任何变化，需另想办法处理。
考虑到机组小修即将结束，变压器需马上投入运行，已不允许再花费大量时间对变压器排油吊芯，进行内部检查。经参考变压器厂家技术人员意见及其他单位处理变压器铁芯接地的成功经验，专业人员研究决定暂不对变压器排油吊芯检查，先采用电容直流电压放电冲击法或电焊机交流电流法进行处理，在处理无效的情况下再考虑采取下一步处理措施。
因电气实验室有现成的电容器等设备仪器，同时考虑电焊机笨重不好搬运，且电流大小、通电时间不好控制，大电流比较容易损坏铁芯夹件的绝缘等原因，首先采用电容直流电压放电冲击法。
（1）仪器、材料准备：3000V、108μf、150kvar电容器1台；共立3122电动兆欧表、FLUK1550B电动兆欧表各一个；FLUK万用表一个；双投刀闸1个；10Ω、14A滑线电阻1个；高压绝缘导线若干条。
（2）电容直流电压放电冲击接线图（如图1）：
（3）实际冲击操作步骤；
在准备好相关设备材料后，按图1接线完毕，调整好可调节电阻阻值后，将刀闸打到绝缘表一侧，按下绝缘表测试按钮对电容充电，待电容充电到试验电压后，将刀闸打到变压器铁芯夹件接地引出线一侧，对铁芯夹件放电冲击，听到“啪”一声响后，拉开刀闸，测量变压器铁芯夹件对地绝缘电阻。
分中试验数据可以看出，当电容冲击电压较低时，铁芯夹件绝缘电阻上升较慢，将冲击电压升高至3000V后，铁芯夹件绝缘电阻值马上提高，效果明显。同时冲击过程中铁芯夹件的绝缘电阻并不是直线规律的提高，其中绝缘电阻值在几次冲击过程中有反复，说明冲击过程并没有使悬浮杂物完全断开，还有重新搭接起来的可能。所以在对变压器进行电容放电冲击后，变压器投运前的这三天时间里，专业人员每天测量一次铁芯夹件绝缘电阻，电阻值基本维持在22MΩ左右，没有出现悬浮杂物重新搭接的现象。并再次取变压器油样进行色谱分析，检查各项气体含量没有明显增长趋势，说明冲击效果良好，没有对变压器造成损害。
7 存在的问题及建议
（1）当运行中的变压器铁芯或夹件出现多点接地故障时，要进行综合测定和全面分析检查后，再视现场具体情况选择处理方案，切不可盲目进行放电冲击或电焊烧除，以免造成变压器绝缘损坏，使故障扩大。
（2）建议在变压器铁芯及夹件接地线上装设电流表，并加强巡视，便于及时发现接地故障。特别是在放电冲击法消除接地故障后，更需加强监视，防止再次形成故障。
（3）每次变压器吊芯大修时，需要清洁油箱底部的油泥、铁锈等杂物，并用油对铁芯进行一次全面冲洗。
（4）加强变压器潜油泵的检修维护，防止由于轴承的磨损或金属的剥落，引起变压器铁芯多点接地故障。
8 结束语
变压器铁芯多点接地是变压器不算常见的一种故障，但对变压器的安全运行具有很大的威胁。因此，技术人员应提高对铁芯多点接地故障的认识，通过分析故障产生的原因，制定出合理的、科学的诊断方法及处理措施，最大限度减少设备停电时间和降低处理成本。同时大型变压器是电力系统的重要装置，所以笔者建议在变压器发生故障时，应及时停止运行，并将变压器吊芯作详细检查彻底处理，以达到避免损坏设备、减少经济损失的目的。
参考文献
[1] 王文玲.变压器铁芯多点接地故障的判断及处理[J]华东科技. 2012年第06期
[2] 刘兴龙.变压器铁芯多点接地故障的处理方法[J]城市建设理论研究.2012年第07期