变压器铁芯多点接地故障分析处理程序及应用实例

[摘  要]  本文详细介绍了变压器常发性故障—铁芯多点接地的几种类型及成因，从而提出变压器铁芯多点接地故障的分析处理程序并列举了两个处理实例进行说明。
[关键词]  变压器、铁芯、接地、故障、程序。
      变压器的绕组和铁芯是传递、变换电磁能量的主要部件。保证它们的安全是变压器可靠运行的关键。统计资料表明因铁芯问题造成故障，占变压器总事故中的第三位。铁芯多点接地会在接地点形成闭合回路，造成环流，引起铁芯局部过热导致绝缘油分解，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，甚至损坏变压器。因此准确、及时地诊断与处理变压器铁芯多点接地故障，对保证变压器的安全运行具有重要意义。
一、 变压器铁芯多点接地故障的类型和成因
      变压器铁芯多点接地故障按接地性质可分为两大类：不稳定接地和稳定接地。1、不稳定接地是指接地点接地不牢靠，接地电阻变化较大，多是由于异物在电磁场作用下形成导电小桥造成的接地故障，如变压器油泥、金属粉末等。2、稳定接地（也称死接地现象）是指接地点接地牢靠，接地电阻稳定无变化，多是由于变压器内部绝缘缺陷或厂家设计安装不当造成的接地故障，如铁芯穿芯螺栓、压环压钉等的绝缘破坏等。
二、 变压器铁芯多点接地故障的分析处理程序
      变压器铁芯多点接地故障的分析处理分如下四个步骤
１、 试验数据分析，判断是否存在铁芯多点接地故障
试验数据分析包括变压器油色谱数据分析和电气测量数据分析。
1.1色谱数据分析：目前，用油中溶解气体色谱分析方法是监测变压器铁芯多点接地故障最简便、最为有效的方法。常用的是“三比值法”和德国“四比值法”。由于三比值法只能在变压器油中溶解气体各组分含量超过注意值或产气速率超过限值方可进行判断，不便于在故障初期进行判别，因此建议使用“四比值法”进行判断。利用五种特征气体的四对比值来判断故障，在四比值法中，以“铁件或油箱中出现不平衡电流”一项来判断变压器铁芯多点接地故障，其准确度是相当高。
判据为：CH4/H2＝1~3；C2H6/C2H4＜1；C2H4/C2H6≥3；C2H2/C2H4＜0.5
其中CH4、H2、C2H6、C2H4、C2H2为被测充油电气设备中特征气体的含量（ppm）。
满足判据条件即可判定为铁芯多点接地故障。
1.2电气测量数据分析：变压器正常运行时，可在变压器铁芯外引接地套管的接地引下线上用钳型电流表测量引线上是否有电流，正常情况下此电流很小，为mA级（一般小于0.3A），当存在多点接地故障时，环流上升到“A”级，最大电流可达数百安培，通过测量环流便能对铁芯接地故障进行判断。
      当设备停止运行时，断开铁芯引出接地线，用2500V兆欧表对铁芯接地套管测量绝缘电阻，如电阻值为零或与历年数据相比较其值降低很多，则表明变压器内部可能存在铁芯多点接地，此时应正确测量各级绕组的的直流电阻，若各组数据未超标，且各相之间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，则可排除故障部位在电气回路内，从而确认主变铁芯多点接地故障。
２、 设备运行状况分析，判断铁芯多点接地故障类型
      在确认了变压器铁芯确实存在多点接地故障，则应对变压器的运行状况进行分析，判断铁芯多点接地故障的类型，以便于确认应急措施及处理方案。
      首先应查询变压器投运的时间、负荷情况、有无突发故障或冲击等，其次是变压器历史运行情况，安装试验记录等，综合以上因素再结合色谱分析、电气试验数据进行判断，确认铁芯接地故障的类型。如变压器铁芯电阻突然降低，色谱分析数据无异常，而变压器长时间没有运行，则可能是由于油泥沉淀导致铁芯多点接地，属于不稳定接地故障，对应采取措施消除即可。
３、 采取应急措施，排除不稳定接地故障，限制铁芯多点接地故障发展
在确认了变压器铁芯多点接地故障的类型后，应根据现场情况及故障类型采取应急措施，从而排除不稳定接地或限制故障的发展。
    对于不稳定接地故障，在设备停运的情况下，可采用电容放电冲击法排除故障，方法如下：如图一，将K接于铁芯正常接地点（变压器铁芯接地引出线断开），利用兆欧表对电容进行充电约60S后，将刀闸开关K倒向放电回路，电容对铁芯接地故障点放电，然后测试铁芯绝缘电阻，如电阻值恢复正常则故障排除，否则重复充放电过程几次即可排除故障。由于变压器铁芯底部绝缘垫块较薄，采取的冲击电流不宜过大，避免发生击穿。

对于变压器出现多点接地故障，但不能退出运行者，则应加强监视，并采取临时措施，限制接地故障的发展。①缩短变压器色谱分析周期，监视故障点的产气速率②定期测量铁芯的接地电流，如故障电流较大可临时打开地线运行，但应加强监视，避免故障点消除后铁芯出现悬浮电位，产生放电现象③对于不稳定接地，可在铁芯接地引出线中串入一个可调电阻，将电流限制在1A以下。
４、 停电检修，彻底排除铁芯多点接地故障
如故障很严重，且有不断发展的趋势，严重威胁设备安全，在条件允许下，可对变压器进行吊罩检修，彻底排除故障。
      在吊罩检修查找故障时，应遵循以下几个步骤：①外观检查。检查铁芯与夹件支板是否相碰，硅钢片是否有波浪鼓起，上下夹件与铁芯之间、铁芯柱与拉板之间有无异物，夹件与油箱壁是否相碰，下铁轭与箱底是否有异物桥接短路等，如未发现异常，则进行下一步试验②直流法。将铁心与夹件的连接片打开，在铁轭两侧的硅钢片上通人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，当电压等于零或者表针指示反向时，则可认为该处是故障接地点。③交流法。将变压器低压绕组接人220—380V交流电压，高压侧与中压侧短路接地，此时铁心中有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流(铁心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。这种测电流法比测电压法准确、直观。若用②③两种方法，仍查不出故障点，最后可确定为铁心下夹件与铁轭阶梯间的木块受潮或表面有油泥。将油泥清理干净后，进行干燥处理，故障可排除。—般对变压器油进行微水分析可发现是否受潮。④铁心加压法。就是将铁心的正常接地点断开，用交流试验装置给铁心加电压，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。当试验装置电流增大时，电压升不上去，没有放电现象，说明接地故障点很稳固，此时可采用下述的电流法。⑤铁心加大电流法。也是将铁心的正常接地点断开，用电焊机装置给铁心加电流。当电流逐渐增大，且铁心故障接地点电阻大时，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。故障点是否消除可用铁心加压法验证。
三、  两起变压器铁芯多点接地故障的分析处理实例
3．1实例1
姚家冲220KV变电站姚2#主变2004年10月9日预试时发现其铁芯绝缘电阻为0MΩ，遂按照铁芯多点接地处理程序处理。
从下表1可以看出姚2#主变色谱分析数据无明显变化，变压器内部无过热现象发生。

从表2可以看出姚2#主变铁芯绝缘电阻2002、2003年良好，2004年预试时突然降低，电阻为0MΩ，存在多点接地故障。

调阅姚2#变运行记录发现由于姚家冲变电站负荷较小，姚2#变2004年7月起停止运行至10月预试时，判断接地故障属于不稳定接地，可能是由于长期不运行，油泥或金属粉末短接导致铁芯多点接地故障的发生，可以利用电容冲击法解决。
2004年10月10日，采用2500V兆欧表，50uF电容充电60秒后升压至370V对铁心放电，变压器内一声闷响，测试铁心绝缘电阻恢复到8KΩ，再次对电容充电至500V进行放电冲击，变压器内再次传来一声闷响，铁心绝缘电阻恢复到1500MΩ，结果正常，将变压器潜油泵全开30分钟循环后，铁心电阻无变化，故障彻底消除。
3．2实例2
红石坡220KV变电站红1#主变长期铁芯绝缘电阻接近0MΩ，按照铁芯多点接地处理程序分析，从表3看其色谱分析数据无明显变化，变压器内部无过热现象发生。

从表4可以看出红1#主变铁芯绝缘电阻历年处于接近0MΩ，存在多点接地故障。

由于红1#主变铁芯多点接地故障长期存在，调阅红1#变运行记录无异常现象，无法有效区分接地类型，遂加强了对红1#主变的监视工作，坚持对运行中铁芯接地电流进行监视(电流值为3mA,在允许范围内),并安排停电吊罩检修。
2004年12月9日对红1#主变吊罩检修，首先外观检查，发现变压器下铁轭与箱底有金属屑桥接短路现象，清除金属屑并用变压器油冲洗箱底后测试铁芯绝缘电阻，绝缘电阻恢复到3000 MΩ，故障排除。
四、 结束语
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，确定相应的处理方式，对于油泥等不稳定接地故障，不宜盲目采取吊罩检修方法，可用电容冲击法排除，以免造成人力资源的浪费和停电损失。