王磊
国电汉川发电有限公司湖北省孝感市432300
[摘要]通过对国电汉川发电有限公司#2主变铁芯夹件接地故障的处理，深入阐述了大型变压器铁芯一点接地的原理，综合分析了变压器发生铁芯多点接地故障的原因及危害，提出了故障诊断方法及处理建议。
[关键词]变压器；铁芯夹件；接地
引言
1.
国电汉川发电有限公司在2018年9月14日#2机组大修试验过程中，检测到#2主变铁芯夹件对地绝缘电阻值大幅降低，用2500V绝缘表检测为0，同时检查铁芯引出线绝缘瓷瓶绝缘的绝缘电阻正常。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一点接地的原因
变压器的铁芯及其夹件应与接地系统可靠连接，使铁芯对地电容被短接，而绕组之间的寄生电容由于三相对称，所以流过铁心接地线的电容电流很小，基本为0。但是当铁芯及夹件出现两点以上接地时，接地点之间形成闭合回路，当主磁通穿过此闭合回路时就会产生感应电流，在铁芯内部形成环流，造成铁芯局部过热，严重时会造成铁芯局部烧损事故。同时主变铁芯多点接地后，铁芯接地引线流过的电流增大很多，变压器变损也会增大。因此，变压器铁芯及其夹件必须接地，并且必须是一点接地。
3变压器铁芯多点接地故障的危害
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。
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。
3.1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。
3.2因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化。
3.3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。
3.4
3.5变压器铁芯多点接地故障的原因分析
4变压器侧梁、上梁、垫脚绝缘周围有金属异物（如铁丝、工具）与油箱短接。
5夹件接地线连接不可靠，脱落后与油箱短接。
5.1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。
5.2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。
5.3铁芯螺杆的衬套过长，与铁芯叠片相碰，构成了多个接地点。
5.44.6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。
5.54.7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。
5变压器铁芯多点接地故障的检测及判断
5.1变压器运行时，用钳形表测量铁芯及夹件的接地引线电流。变压器铁芯正常接地时,因无电流回路形成，接地线上电流很小，铁芯及夹件的接地电流一般不应大于0.1A，如果接地电流超过0.1A或比以往测试数值突然增大，就有可能是铁芯绝缘降低
5.2变压器停止运行时，可直接测量铁芯及夹件绝缘电阻，如绝缘电阻为零或比以往测试结果低很多，则表明可能存在铁芯接地故障。
5.3利用气相色谱分析法，对油中含气量进行分析，也可及时发现变压器铁芯接地故障。色谱分析中如发现气体中的甲烷及烯烃组分含量较高,而一氧化碳和二氧化碳气体含量和已往相比变化不大,或含量正常,则说明铁芯过热,铁芯过热可能是由于多点接地所致。色谱分析中当出现乙炔气体时,说明铁芯已出现间歇性多点接地。气相色谱分析法可与前两种方法综合起来，共同判定铁芯是否多点接地。
6变压器铁芯多点接地故障的查找及处理方法
6.1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。
6.1.1直流法：将铁芯与夹件的连接片打开，在铁芯两侧的硅钢片上通入低压直流电源，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当测得电压等于零或者表指示反向时，则可认为该处是接地故障点。
6.1.2交流法：将变压器低压绕组接入交流220V或者380V电压，此时变压器铁芯中存在磁通。将铁芯和夹件的接地线断开后，如果铁芯中还有其它接地点时，用毫安表测量铁芯与地间会出现电流。用毫安表沿铁芯各级逐点测量，当毫安表中电流为零时，则可判定该处为接地故障点。
6.2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。
6.2.1电容直流电压放电冲击法
这种方法就是利用高压电容器等设备对变压器铁芯进行放电冲击，由电容器瞬间放电产生的巨大电流熔化或烧断残留杂物，或者电容器瞬间巨大冲击电流产生的电动力使残留杂物移开原来位置。由于铁芯对地绝缘垫片很薄，故放电电容电压不应高于3000V。
6.2.2电焊机交流电流法
这种方法就是利用电焊机等设备接入变压器铁芯，由电焊机产生的大电流熔化或烧断铁芯接地的杂物，电焊机交流电流法适用于金属性接地故障。
6.3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。
6.3.1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。
6.3.2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。
7实际处理过程
7.1#2主变铁芯接地故障发现过程:
国电汉川发电有限公司2号主变在1989年6月由保定变压器厂生产，于1990年1月投产运行，型号为SFP7-360000/220，额定容量360000kVA。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207A修中#2主变进行常规预防性试验时，测量#2主变铁芯对地绝缘为0（2500V电动摇表测量），用万用表测得电阻为2.5KΩ,将变压器油位放至铁芯接地瓷瓶以下，拆除绝缘瓷瓶，使其与铁芯引出线分开，分别测得绝缘瓷瓶绝缘100000MΩ，铁芯引线绝缘为零，用万用表测得铁芯引线电阻为2.5KΩ,判断主变铁芯为高阻接地。检修部高试班人员随即取变压器油样送至做色谱分析，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，见表1。在检查本次2号主变大修电气试验数据与以往试验数据对比没有明显变化后，且排除铁芯出线套管接地后，初步判断为变压器铁芯夹件多点接地，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。
考虑到机组大修即将结束，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网上资料处理变压器铁芯接地的成功经验，与生技部商讨后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进行处理，用电容器瞬间放电产生的巨大电流将融化或烧断残留杂物，或者电容器瞬间大冲击电流产生的电动力使残留物移开原来的位置，在处理无效的情况下，再考虑采取下一步处理措施。
7.2仪器、材料准备：：
CH82电容器1台（30KV标称电容2μf）；共立3125电动兆欧表一个；阻容分压器一台，试验变压器一台，调压器一个，FLUK万用表一个；用放电棒一根（双投刀闸用放电棒代替）10Ω、14A滑线电阻1个；高压绝缘导线若干条。
7.3实际冲击操作步骤；
9月14日，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，将试验变压器升压对电容充电，待电容充电到试验电压后，将用事先接好的放电棒对变压器铁芯夹件接地引出线一侧，对铁芯夹件放电冲击，充电电压为1000V、1500V、2000V、2500V，逐步递加冲击，直至无放电现象后，听到“啪”一声响后，松开放电棒，连续两次后,测量变压器铁芯夹件对地绝缘电阻。如此反复，采用不同的冲击电压冲击变压器铁芯夹件，最后发现测绝缘发现铁芯对地绝缘60秒和15秒的比值为14000/8000MΩ，铁芯绝缘正常，铁芯接地现象消除了。
7.4#2主变铁芯接地故障处理完毕的后续跟踪检测：
7.4.1、#2主变铁芯接地故障处理完毕的后续检测方案：
1、变压器滤油（过滤绝缘油内的金属杂质）
2、变压器本体直阻、介损、直流泄漏试验合格
3、变压器油耐压、介损试验合格
4、变压器油色谱试验合格
5、运行后定期测量铁芯接地电流（每天一次，1个月无变化后，恢复每个月一次）
6、加大变压器油色谱试验密度（每月2次，1个月后无变化，恢复每季度1次）
7、每次开机前运行部通知高试班测量#2主变铁芯绝缘电阻
7.4.2、#2主变铁芯在运行中再次出现接地故障的处理方法：
如运行中出现变压器铁芯接地情况（铁芯接地电流增大为安培级），可在铁芯引下线串入电阻（电阻大小根据电流大小而定），保证铁芯对地电流为控制为100mA以下，同时定期对环流和串联电阻电压进行测量，加强绝缘油的色谱分析.
7.4.3按照后续方案处理后结果
检修部高试班试验人员严格按照后续方案对故障进行跟踪，并每天测量一次铁芯夹件绝缘电阻，电阻值基本维持正常，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。
#2主变投入运行后，测量铁芯夹件接地电流2.87mA，接地电流较小，符合规范要求，对比厂内其他变压器铁芯及夹件接地电流没有明显差异。并且在变压器投运后1个月内，每天持续监测，铁芯夹件接地电流基本在2.7mA左右，没有增长趋势。同时再次取变压器油样进行色谱分析，结果显示各项气体含量没有明显增长趋势。至此，本次采用电容直流电压放电冲击法，处理变压器铁芯夹件绝缘降低故障取得良好效果，避免了一次大型电厂主变压器非计划停运的事故。
8结束语
变压器铁芯或夹件多点接地是变压器的一种比较常见的故障，当运行中的变压器铁芯或夹件出现多点接地故障时，采用电容直流电压放电冲击法和电焊机交流电流法在某些情况下可方便及时的处理故障。