變壓器鐵芯多點接地故障分析判斷及處理

1、<p>　　變壓器鐵芯多點接地故障分析判斷及處理</p><p>　　摘要：結(jié)合某發(fā)電公司一臺勵磁變壓器的故障處理實例，對變壓器鐵芯多點接地故障的分析判斷及現(xiàn)場簡易處理方法作了探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：變壓器；鐵芯；接地；判斷；處理 </p><p>　　中圖分類號：TM41文獻標識碼：A文章編號： </p><p>&

2、lt;b>　　0 引言 </b></p><p>　　電力變壓器正常運行時，是不允許鐵芯多點接地的。因為變壓器正常運行中，繞組周圍存在著交變的磁場，由于電磁感應(yīng)的作用，高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用，使鐵芯對地產(chǎn)生懸浮電位；由于鐵芯及其它金屬構(gòu)件與繞組的距離不相等，使各構(gòu)件之間存在著電位差，當兩點之間的電位差達到能夠擊

3、穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的；長期下去，對變壓器油和固體絕緣都有不良影響。為了消除這種現(xiàn)象，把鐵芯與外殼可靠地連接起來，使它與外殼等電位；但當鐵芯或其他金屬構(gòu)件有兩點或多點接地時，接地點就會形成電磁閉合回路，造成短路環(huán)流。因此準確、及時地診斷與處理變壓器鐵芯多點接地故障，對保證變壓器的安全運行具有重要意義。 </p><p>　　1 鐵芯多點接地類型 </p><p>

4、　　變壓器鐵芯多點接地故障按接地性質(zhì)可分為兩大類：不穩(wěn)定接地和穩(wěn)定接地。 </p><p>　　1.1 不穩(wěn)定接地是指接地點接地不牢靠，接地電阻變化較大，主要特征表現(xiàn)為： </p><p>　　1.1.1 鐵芯對地絕緣物幾處不同程度受潮，造成鐵芯通過低電阻接地； </p><p>　　1.1.2 鐵芯與接地體間隙中形成不穩(wěn)定橋路接地； </p><

5、;p>　　1.1.3 變壓器本體的灰塵、油污以及一些不潔凈而有潮氣的纖維等物，沾附在鐵芯對地的絕緣物表面，導致鐵芯通過低電阻不穩(wěn)定接地等。 </p><p>　　1.2 穩(wěn)定接地（也稱死接地現(xiàn)象）是指接地點接地牢靠，接地電阻穩(wěn)定無變化，多是由于變壓器內(nèi)部絕緣缺陷或廠家設(shè)計安裝不當造成的接地故障，主要特征表現(xiàn)為： </p><p>　　1.2.1 金屬物件掉落在鐵芯與接地體間鐵芯穿芯螺

6、栓； </p><p>　　1.2.2 鐵芯組件緊固時個別尖角外露，觸碰接地體； </p><p>　　1.2.3 穿芯螺桿處的鐵墊圈在緊固時由于受力過大，其邊緣翹起而觸碰接地體； </p><p>　　1.2.4 鐵扼硅鋼片個別部位緊固不實，在強弱不同磁場力作用下，時而碰觸接地體，時而離開接地體，壓環(huán)壓釘?shù)鹊慕^緣破壞等； </p><p>

7、　　1.2.5 鐵芯夾件肢板距芯柱太近、鐵芯疊片因某種原因翹起后,觸及到夾件肢板,形成多點接地； </p><p>　　1.2.6 鐵軛螺桿的襯套過長,與鐵軛疊片相碰,構(gòu)成了新的接地點； </p><p>　　1.2.7 鐵芯下夾件墊腳與鐵軛間的絕緣紙板脫落或破損,使墊腳鐵軛處疊片相碰造成接地。 </p><p>　　2 鐵芯多點接地故障的判斷及現(xiàn)場簡易處理方法 &

8、lt;/p><p>　　2.1電氣測量數(shù)據(jù)分析 </p><p>　　變壓器正常運行時，可在變壓器鐵芯外引接地套管的接地引下線上用鉗型電流表測量引線上是否有電流，正常情況下此電流很小，為mA級（一般小于0.1A），當存在多點接地故障時，環(huán)流上升到“A”級，最大電流可達數(shù)百安培，通過測量環(huán)流便能對鐵芯接地故障進行判斷。 </p><p>　　運行中發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯多點接地故

9、障后，為保證設(shè)備的安全．均需停電進行檢查和處理。但對于系統(tǒng)暫不允許停電檢查的，為防止故障進一步惡化，可采用：①有外引接地線,如果故障電流較大時,可臨時打開地線運行。但必須加強監(jiān)視,以防故障點消失后使鐵芯出現(xiàn)懸浮電位。②如果多點接地故障屬于不穩(wěn)定型可采取在外引鐵芯接地回路上串接電阻的臨時應(yīng)急措施，以限制鐵芯接地回路的環(huán)流，防止故障的進一步惡化。在串接電阻前，分別對鐵芯接地回路的環(huán)流和開路電壓進行測量，然后計算所串電阻阻值。注意所串電阻不宜

10、太大，以保持鐵芯基本處于低電位；也不宜太小，以能將環(huán)流限制在0.1 A以下。同時還需注意所串電阻的熱容量，以防燒壞電阻造成鐵芯開路。③用色譜分析監(jiān)視故障點的產(chǎn)氣速率（利用氣相色譜分析法，對油中含氣量進行分析，也是發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯接地最有效的方法。發(fā)生鐵芯接地故障的變壓器,其油色譜分析數(shù)據(jù)通常有以下特征：總烴含量超過“變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則”(GB7252—87)規(guī)定的注意值(150uL／L)，其中乙烯(C2H4 )、甲烷(CH4

11、)占較大比重；乙炔(C2H2)含量低或不出現(xiàn)，即未達到規(guī)定注意值(5uL／L)。若出現(xiàn)乙炔</p><p>　　2.2當設(shè)備停止運行時，斷開鐵芯引出接地線，用2500V兆歐表對鐵芯接地套管測量絕緣電阻，如電阻值為零或與歷年數(shù)據(jù)相比較其值降低很多，則表明可能存在鐵芯接地故障，此時應(yīng)正確測量各級繞組的的直流電阻，若各組數(shù)據(jù)未超標，且各相之間與歷次測試數(shù)據(jù)之間相比較無明顯偏差，變化規(guī)律基本一致，則可排除故障部位在電氣回

12、路內(nèi)，從而確認鐵芯多點接地故障。 </p><p>　　根據(jù)多點接地類型及原因,應(yīng)采取相應(yīng)的檢修措施外觀檢查：①檢查鐵芯與夾件支板是否相碰，硅鋼片是否有波浪鼓起，上下夾件與鐵芯之間、鐵芯柱與拉板之間有無異物，下鐵軛與變壓器底部是否有異物橋接短路，檢查各間隙、槽部重點部位有無螺帽、硅鋼片、廢料等金屬雜物。②清除鐵芯或絕緣墊片上的鐵銹或灰塵、油污，對鐵芯底部看不到的地方用鐵絲進行清理。③對各間隙進行壓縮空氣吹掃或油沖

13、洗清理。④分部測量各夾件或穿心螺桿對鐵芯的絕緣以逐步縮小故障查找范圍。⑤用榔頭敲擊振動夾件，同時用搖表監(jiān)測，看絕緣是否發(fā)生變化，查找并消除動態(tài)接地點。如未發(fā)現(xiàn)異常，則進行下一步試驗。 </p><p>　　現(xiàn)場通常處理鐵芯故障主要采取電容直流電壓法和電焊機交流電流法。對于不穩(wěn)定接地故障， </p><p>　　特別是由于鐵銹焊渣懸浮、油泥沉積造成的多點接地，一般采用電容放電沖擊法排除故障。

14、方法如下：如圖一，將K接于鐵芯正常接地點（變壓器鐵芯接地引出線斷開），利用兆歐表對電容進行充電約60S后，將刀閘開關(guān)K倒向放電回路，電容對鐵芯接地故障點放電，然后測試鐵芯絕緣電阻，如電阻值恢復(fù)正常則故障排除，否則重復(fù)充放電過程幾次即可排除故障。此方法現(xiàn)場取材較困難，電壓不可以隨意調(diào)整，操作不便且不安全。 </p><p>　　而對于金屬性接地故障一般采用電焊機交流電流法。由于此方法電流不好控制，電流過大會使故障點

15、被焊牢不能起弧，找不出故障點。碰焊時必須派足夠人員全方位監(jiān)視，程序復(fù)雜，也不宜推廣。 </p><p>　　根據(jù)檢修實例和現(xiàn)場經(jīng)驗，實現(xiàn)起來較容易，而且安全可靠、控制操作使用簡單方便，且利于快速就地取材的兩種方法就是：利用高壓電氣試驗用升壓變壓器放電沖擊法和利用試驗用調(diào)壓箱進 </p><p>　　行交流電流法。原理圖見圖二、圖三。 </p><p><b&g

16、t;　　圖二 </b></p><p>　　圖二是利用高壓電氣試驗用升壓變壓器進行放電沖擊的原理圖?，F(xiàn)場應(yīng)用時注意換算好二次電壓，由于鐵芯對地絕緣墊片很薄，故二次高壓不能高于2500 V。試驗采用的直流沖擊電壓可由低(一般從400 V開始)逐步升高，分幾次進行。沖擊時監(jiān)聽變壓器上下、左右，故障接地處(金屬性接地)，隨沖擊電壓的高低及接地情況的不同而發(fā)出程度不同的放電聲。每進行一次放電后，隨即測量鐵芯對

17、地的絕緣電阻，根據(jù)測試結(jié)果決定再次沖擊的直流電壓值，一般經(jīng)三、四次沖擊后能恢復(fù)正常。當鐵芯對地絕緣恢復(fù)后，則在沖擊時便聽不到變壓器鐵芯對地的放電聲了。 </p><p><b>　　圖三 </b></p><p>　　圖三是利用高壓電氣試驗用調(diào)壓器小電流方法代替電焊機大電流法沖擊原理圖?，F(xiàn)場應(yīng)用時注意選擇好調(diào)壓器的容量電流輸出不能低于20A。需要儀器：調(diào)壓器一臺、電壓

18、表一塊、電流表一塊、萬用表一塊和紅外成像儀一臺。按圖將試驗設(shè)備接線，將鐵芯的正常接地點斷開，接好線后檢查無誤升壓。用調(diào)壓器升壓要緩慢進行，同時觀察電流和電壓的變化情況，若故障點接觸不牢固，在升壓過程中可能會聽到放電聲，根據(jù)放電火花可觀察到故障點。當電壓上升時，電流很小或沒有電流，則說明接地點電阻較大，調(diào)壓器最高電壓不足以擊穿接地點；當試驗裝置電流增大時電壓升不上去，沒有放電現(xiàn)象，說明接地故障點很穩(wěn)固，電流通過接地點；此時可采用下以下步驟

19、：逐漸調(diào)整調(diào)壓器使電流逐漸上升，當電流上升到5A時穩(wěn)定五分鐘，觀察鐵芯發(fā)熱情況，用紅外成像儀觀察是否有明顯發(fā)熱點，如果沒有明顯發(fā)熱點則繼續(xù)增大電流，但電流值不可超過15A，持續(xù)時間不可超過10分鐘。如果是一點接地，這時故障點溫度升高會很快，并出現(xiàn)發(fā)熱明顯或燒開的情況；如鐵芯沒有明顯發(fā)熱點且溫度不高，則說明鐵芯可能存在多點接地的可能。在試驗過程中如果儀表監(jiān)測電流突然回零電壓升高，說明故障點已燒開。 </p><p>

20、;<b>　　3現(xiàn)場實例 </b></p><p>　　2008年10月 ，某發(fā)電公司三號機勵磁變（干式變壓器）型號為(THT 8FN 45M/G一4300)，在進行小修檢查時，用搖表測得其鐵芯對外殼絕緣電阻值為0(用2500V搖表搖測)，用數(shù)字萬用表測得電阻值約為1.4KΩ。 </p><p>　　表1、三號機勵磁變鐵芯絕緣電阻數(shù)據(jù)對比表 </p>&

21、lt;p>　　從表1可以看出絕緣電阻突然下降至0，存在多點接地故障。初步判斷為鐵芯出現(xiàn)金屬性多點接地故障，如不及時處理不僅會傷及變壓器絕緣，也會燒毀變壓器。首先采取以下步驟進行處理： </p><p>　?、俳^緣薄弱重點部位進行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)有明顯接地點和放電痕跡。 </p><p>　　②分別搖測現(xiàn)場能夠測到的絕緣片的表面絕緣電阻，均為0。 </p><p&g

22、t;　?、垡越拥匾粋?cè)為重點，對鐵芯和絕緣墊片的鐵銹、灰塵等雜物進行清理后，對各間隙進行壓縮空氣吹掃清理，絕緣電阻無變化。 </p><p>　?、苡美祁^敲擊振動夾件，同時用搖表監(jiān)測絕緣電阻，沒有發(fā)現(xiàn)變化。 </p><p>　　根據(jù)萬用表測得的電阻值分析為排除不穩(wěn)定接地，首先采用了放電沖擊法。分別用500V、1000V、2500V電壓反復(fù)進行放電沖擊，在沖擊過程中進行絕緣電阻測量沒有任何變

23、化（為0MΩ）。用萬用表測量，在沖擊過程中有小幅度的波動。 </p><p>　　考慮到直流沖擊法對變壓器鐵芯對地緣絕件受潮、金屬堅固性接地、隨負荷大小而變動的不穩(wěn)定接地、無法消除的導體顆粒凝結(jié)等引起的鐵芯多點接地故障其效果不明顯，為此選用了第二種方法電流法。 </p><p>　　根據(jù)圖二所列的接線原理首先接好線后檢查無誤后用調(diào)壓器緩慢升壓，同時觀察電流和電壓的變化情況，首先電壓上升，電

24、流很小，調(diào)壓器電壓不足以擊穿接地點；當試驗裝置電流增大時，電壓升不上去，也沒有放電現(xiàn)象，說明接地故障點很穩(wěn)固，逐漸調(diào)整調(diào)壓器使電流逐漸上升，當電流上升到5A時穩(wěn)定五分鐘觀察鐵芯發(fā)熱情況，用紅外成像儀觀察是否有明顯發(fā)熱點，沒有發(fā)現(xiàn)任何異?，F(xiàn)象，鐵芯與地之間的電流也能保持住，所以繼續(xù)調(diào)整調(diào)壓器使電流逐漸上升，當電流升到15A時保持在三分鐘左右電流突然回零，電壓上升，迅速斷開電源用1000V兆歐表進行絕緣測試，結(jié)果在2000MΩ；然后用250

25、0V兆歐表進行測試,指針在40MΩ時開始擺動，同時聽到變壓器上夾件有放電聲，經(jīng)確認放電聲來自勵磁變高壓側(cè)C相上夾件處，通過放電聲找到了接地的故障點。打開上夾件發(fā)現(xiàn)有2cm左右的金屬異物穿過夾件與鐵芯之間的絕緣板，取出后發(fā)現(xiàn)是已斷裂鉆頭的殘存部分，其損壞了夾件與鐵芯的絕緣。懷疑是在勵磁變夾件進行打眼固定二次線時將鉆頭斷入勵磁變上夾件中，當時也未采取措施，造成鐵芯與夾件金屬性接觸導致接地。取出斷入的鉆頭，對勵磁變上夾件與鐵芯間重新加裝絕緣板

26、后，進行絕緣</p><p><b>　　4結(jié)束語 </b></p><p>　　4.1變壓器鐵芯多點接地嚴重危及設(shè)備安全運行。 </p><p>　　4.2當出現(xiàn)鐵芯多點接地故障時，要進行綜合測定和全面分析檢查后，再視現(xiàn)場具體情況選擇處理 </p><p>　　方案，切不可盲目進行放電沖擊或電焊燒除，以免造成絕緣損壞，

27、使故障擴大。 </p><p>　　4.3每次進行小修時，尤其是對干式變一定要對變壓器本體進行清理，并用干燥的壓縮空氣進行吹掃，防止灰塵等異物造成變壓器第二點接地。 </p><p>　　4.4運行中的變壓器最好能在鐵芯接地線上裝設(shè)電流表，便于及時發(fā)現(xiàn)故障。特別是在放電沖擊法消除接地現(xiàn)象后，更要加強監(jiān)視，防止再次形成故障。 </p><p>　　4.5采用調(diào)壓器小電

28、流來查找故障接地點方法，能解決隱蔽性小金屬物引起的鐵芯接地問題，該方法能縮短檢修時間，節(jié)約檢修費用，減少停電造成的損失。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]孫波濤、郭忠田、馬超.變壓器鐵芯多點接地故障分析判斷及處理 </p><p>　　[2]焦贊輝.變壓器鐵芯多點接地故障分析處理 </p>

29、;<p>　　[3]2沈陽變壓器廠.變壓器試驗.北京：機械工業(yè)出版社，1977 </p><p>　　[4]李建明，朱 康主編.高壓電氣設(shè)備試驗方法.中國電力出版社 </p><p>　　[5]王夢云.大型變壓器短路事故統(tǒng)計與分析 [J].變壓器，1997，34（10） </p><p>　　[6]朱德恒，嚴 漳主變.高電壓絕緣.清華大學出版社，199