姚 麗，楊傳文，王興隆，王 瑾

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京100068；2.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108）

干式變壓器鐵心多點(diǎn)接地的診斷及危害

姚 麗1，楊傳文1，王興隆2，王 瑾2

（1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京100068；2.豐滿大壩重建工程建設(shè)局，吉林省吉林市132108）

通過(guò)對(duì)新源公司某電站一臺(tái)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器鐵心發(fā)生多點(diǎn)接地故障，引起變壓器低壓側(cè)絕緣性能?chē)?yán)重下降的案例進(jìn)行分析判斷，探討此類(lèi)故障的成因和危害，闡述對(duì)此類(lèi)絕緣缺陷的診斷方法，以便更加準(zhǔn)確、及時(shí)診斷變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障，保障電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

變壓器；鐵心接地；原因；診斷；危害

1 概況

干式變壓器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免維護(hù)、占地小等特點(diǎn)，目前在系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。但因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使鐵心接地成為常發(fā)性故障，統(tǒng)計(jì)資料表明，鐵心接地故障占變壓器總故障的1/3左右。很多參考文獻(xiàn)和資料比較側(cè)重于介紹大型充油變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的現(xiàn)象和判斷方法，而對(duì)于干式變壓器卻較少涉獵。干式變壓器的結(jié)構(gòu)與充油變壓器差別很大，很多判斷方法并不完全適用，而且干式變壓器容量一般較小，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鐵心多點(diǎn)接地危害的重視程度也不足夠，在實(shí)際工作中，一起干式變壓器鐵心多點(diǎn)接地引起低壓繞組絕緣性能破壞。由此來(lái)探討這類(lèi)變壓器鐵心多點(diǎn)接地的危害及診斷方法。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例

2.1 故障簡(jiǎn)介

新源控股有限公司某抽蓄電站4號(hào)機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器，于2010年投運(yùn)，型號(hào)為DC-70/18，額定容量為70 kVA，額定電壓為18 000/230 V。 2015年9月，在進(jìn)行的C級(jí)檢修過(guò)程中，檢修人員發(fā)現(xiàn)變壓器底部殘留不明黃色液體，可能存在影響設(shè)備安全運(yùn)行的故障。

2.2 故障診斷

2.2.1 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析

4號(hào)機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器為單相干式變壓器，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，以環(huán)氧樹(shù)脂為主要絕緣材料澆注而成。低壓側(cè)繞組在高壓側(cè)繞組里邊，與鐵心相距很近。其一次側(cè)串聯(lián)入發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地線，二次側(cè)連接一個(gè)小電阻。該小電阻的作用有兩個(gè)，一方面，二次側(cè)的小電阻可以使得一次側(cè)呈高阻抗，限制發(fā)電機(jī)接地電流；另一方面，二次側(cè)可以為發(fā)電機(jī)保護(hù)繼電器提供相關(guān)信號(hào)，為繼電器保護(hù)動(dòng)作提供判據(jù)。變壓器正常運(yùn)行時(shí)為空載狀態(tài)。經(jīng)查詢，該變壓器運(yùn)行過(guò)程中未發(fā)生過(guò)發(fā)電機(jī)接地故障。

2.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

不同試驗(yàn)項(xiàng)目針對(duì)不同絕緣問(wèn)題的靈敏度是不同的，應(yīng)結(jié)合幾項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果、設(shè)備結(jié)構(gòu)及運(yùn)行情況等進(jìn)行綜合分析判斷。針對(duì)這臺(tái)變壓器的現(xiàn)狀，高壓試驗(yàn)人員進(jìn)行了如下試驗(yàn)：

1）測(cè)量直流電阻與分析。測(cè)量變壓器直流電阻目的是檢查導(dǎo)電回路是否存在短路、開(kāi)路或接錯(cuò)線；檢查繞組導(dǎo)線的焊接點(diǎn)、引線與套管的連接處是否良好、分接開(kāi)關(guān)有無(wú)接觸不良等；核對(duì)繞組所用的導(dǎo)線規(guī)格是否符合設(shè)計(jì)要求。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，變壓器高壓繞組的直流電阻為43.78 Ω，低壓繞組的直流為電阻3.863 MΩ。

低壓繞組直流電阻初始值為4.512 MΩ，試驗(yàn)實(shí)測(cè)值為3.863 MΩ，溫度換算后與初始值相差14.98%，已大大超過(guò)規(guī)程規(guī)定的警示值。高壓側(cè)繞組經(jīng)與初始值對(duì)比沒(méi)有明顯變化，符合規(guī)程規(guī)定。QGDW 11150-2013《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求：①直流電阻相間互差不大于2%（警示值）；②同相初值差不超過(guò)±2%（警示值）；③各相繞組電阻與以前相同部位、相同溫度下的歷次結(jié)果相比，不應(yīng)有明顯差別，其差別一般應(yīng)不大于2%。低壓側(cè)直流電阻的異常使我們懷疑低壓側(cè)繞組存在匝間、層間短路情況，絕緣已經(jīng)劣化。但是直流電阻試驗(yàn)是變壓器的特性試驗(yàn)，不能單獨(dú)作為判斷變壓器絕緣狀態(tài)的依據(jù)，接下來(lái)又進(jìn)行了絕緣電阻試驗(yàn)。

2）測(cè)量絕緣電阻及分析。檢測(cè)變壓器絕緣電阻目的是檢查其整體絕緣是否良好，內(nèi)部是否存在短路、斷線等故障。檢測(cè)鐵心絕緣電阻是判斷鐵心是否存在多點(diǎn)接地的有效手段。在測(cè)量鐵心對(duì)地絕緣電阻時(shí)，應(yīng)斷開(kāi)鐵心正常接地線，試驗(yàn)電壓為2 500 V。在測(cè)試變壓器鐵心對(duì)地絕緣過(guò)程中，出現(xiàn)以下異常情況：①試驗(yàn)電壓加不上；②變壓器下部有明顯的放電現(xiàn)象。變壓器絕緣電阻測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表1。

表1 變壓器絕緣電阻測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)變壓器高壓側(cè)繞組對(duì)低壓側(cè)及地絕緣電阻值正常，低壓側(cè)繞組對(duì)高壓側(cè)繞組及地絕緣電阻值偏低，且吸收比低于規(guī)程要求的警示值，基本沒(méi)有吸收現(xiàn)象。鐵心對(duì)地絕緣電阻為零，初步判定該臺(tái)變壓器鐵心存在嚴(yán)重問(wèn)題，為鐵心多點(diǎn)穩(wěn)定性接地故障；低壓側(cè)絕緣存在問(wèn)題，為了進(jìn)一步確認(rèn)缺陷性質(zhì)，又進(jìn)行了變壓比試驗(yàn)。

3）變壓比及分析。測(cè)量變壓比的主要目的是檢查變壓器繞組匝數(shù)比的正確性；檢查分線開(kāi)關(guān)連接是否正確；變壓器故障后，常利用測(cè)量變比來(lái)檢查繞組是否存在匝間短路；判斷變壓器是否可以并列運(yùn)行。變壓器變壓比測(cè)試結(jié)果，見(jiàn)表2。

表2 變壓器變壓比測(cè)量統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)QGDW 11150-2013《水電站電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求：①各相分接頭的電壓比與銘牌數(shù)據(jù)相比應(yīng)無(wú)明顯差別，且應(yīng)符合變壓比的規(guī)律；②額定分接電壓比允許偏差為±0.5%，其它分接的電壓比應(yīng)在變壓器阻抗電壓值（%）的1/10以內(nèi)，但偏差不得超過(guò)±1%（警示值）。從測(cè)試數(shù)據(jù)來(lái)看，變壓比改變明顯，印證低壓側(cè)繞組存在匝間短路。

2.2.3 結(jié)論

綜合以上情況，得出結(jié)論：鐵心多點(diǎn)接地時(shí)產(chǎn)生環(huán)流引起發(fā)熱，造成靠近鐵心的低壓側(cè)繞組發(fā)熱，樹(shù)脂絕緣融化脫落造成低壓側(cè)繞組匝間短路，絕緣破壞，如果此時(shí)發(fā)電機(jī)發(fā)生接地故障，將造成非常嚴(yán)重的后果。

通過(guò)分析診斷過(guò)程可以看出，現(xiàn)場(chǎng)廣泛應(yīng)用的通過(guò)測(cè)量鐵心對(duì)地絕緣電阻判斷干式變壓器鐵心是否存在多點(diǎn)接地是非常有效的，但采用此方法存在一定不足：

1）試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，變壓器鐵心接地雖然能造成惡性循環(huán)的局部過(guò)熱，但在初期帶來(lái)的發(fā)熱和損耗都比較小，不容易發(fā)現(xiàn)。

2）檢修和預(yù)防性試驗(yàn)有可能造成新的設(shè)備故障現(xiàn)象。

該廠這臺(tái)變壓器就是因試驗(yàn)周期較長(zhǎng)，對(duì)鐵心多點(diǎn)接地問(wèn)題沒(méi)有及時(shí)有效的檢測(cè)出，引起缺陷進(jìn)一步擴(kuò)大，最終導(dǎo)致低壓側(cè)絕緣燒壞的典型案例。在現(xiàn)場(chǎng)判斷過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)不同的設(shè)備結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場(chǎng)條件靈活掌握診斷方法。對(duì)于有接地引出線的變壓器測(cè)量其接地電流，也是判斷干式變壓器是否存在鐵心多點(diǎn)接地的有效手段，另外，如現(xiàn)場(chǎng)條件具備，變壓器空載試驗(yàn)對(duì)鐵心絕緣缺陷的檢出，更具有決定性意義。

3 變壓器鐵心故障的類(lèi)型和成因

3.1 鐵心正常運(yùn)行時(shí)必須一點(diǎn)接地的原因

變壓器正常運(yùn)行中，繞組周?chē)嬖谥蛔兊拇艌?chǎng)。由于電磁感應(yīng)的作用，高壓繞組與低壓繞組之間，低壓繞組與鐵心之間，鐵心與外殼之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過(guò)寄生電容的耦合作用，使鐵心對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位。由于鐵心及其他金屬構(gòu)件與繞組的距離不相等，使各構(gòu)件之

3.2 鐵心多點(diǎn)接的危害

干式變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命，很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過(guò)絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導(dǎo)致變壓器不能正常工作的主要原因之一。當(dāng)鐵心或其他金屬構(gòu)件有兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)就會(huì)形成閉合回路，造成環(huán)流，引起局部過(guò)熱，絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使鐵心硅鋼片燒壞甚至燒損變壓器。

3.3 造成鐵心多點(diǎn)接地的原因

干式變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障原因可分為外部和內(nèi)在因素。

外部因素是指外圍的原因、環(huán)境和人為致使變壓器鐵心出現(xiàn)接地故障，包括：①變壓器現(xiàn)場(chǎng)施工安裝時(shí)疏忽，不慎遺落金屬異物，如螺母、鐵屑等使造成鐵心多點(diǎn)接地。②變壓器鐵心絕緣夾件、鐵心穿心絕緣筒等絕緣材料，由于凝露或受潮大大降低絕緣性能導(dǎo)致鐵心出現(xiàn)低阻性多點(diǎn)接地。③變壓器在運(yùn)行中鐵心的漏磁使附近空間產(chǎn)生弱磁性，吸引了周?chē)慕饘俜勰┖头蹓m。如果長(zhǎng)期沒(méi)有維護(hù)清潔會(huì)引起鐵心多點(diǎn)接地的發(fā)生。④鐵心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。

內(nèi)在因素是指變壓器內(nèi)部絕緣材料缺陷或產(chǎn)品設(shè)計(jì)和安裝工藝不當(dāng)?shù)脑蛑率棺儔浩麒F心出現(xiàn)多點(diǎn)接地故障：①由于鐵心夾件肢板距心柱太近、鐵心疊片因某種原因翹起后，觸及到夾件肢板，形成多點(diǎn)接地。②鐵軛螺桿的襯套過(guò)長(zhǎng)，與鐵軛疊片相碰，構(gòu)成了新的接地點(diǎn)。由于變壓器鐵心多點(diǎn)接地內(nèi)在因素屬隱性問(wèn)題，出廠或現(xiàn)場(chǎng)檢查不容易發(fā)現(xiàn)，故此更需要理性和認(rèn)真去判斷故障所在并解決問(wèn)題。

3.4 干式變壓器鐵心接地的類(lèi)型

鐵心多點(diǎn)接地大致可以分為兩種類(lèi)型：即穩(wěn)定接地和不穩(wěn)定接地。

穩(wěn)定接地電阻不會(huì)出現(xiàn)變動(dòng)，這是因?yàn)樽儔浩鲝S家制造者生產(chǎn)不當(dāng)，以及安裝失誤引起的鐵心穿心螺栓、壓環(huán)壓釘受損，且有時(shí)會(huì)受到變壓器內(nèi)部絕緣問(wèn)題導(dǎo)致的接地故障引起。

不穩(wěn)定接地則表現(xiàn)為接地不牢靠，接地電阻會(huì)出現(xiàn)不同的變化，這類(lèi)故障多數(shù)由于金屬粉末等在電磁場(chǎng)作用下引起的導(dǎo)電小橋異常故障。

4 結(jié)語(yǔ)

間存在著電位差。當(dāng)兩點(diǎn)之間的電位差達(dá)到能夠擊穿其間的絕緣時(shí)，便產(chǎn)生火花放電。這種放電是斷續(xù)的，長(zhǎng)期下去對(duì)絕緣將產(chǎn)生不良影響。為了消除這種現(xiàn)象，把鐵心與外殼可靠地連接起來(lái)，使它與外殼等電位。所以變壓器正常運(yùn)行時(shí)必須一點(diǎn)接地。

干式變壓器發(fā)生鐵心多點(diǎn)接地故障后危害非常大，應(yīng)采取以下措施盡量避免此類(lèi)缺陷的發(fā)生：①在制造時(shí)認(rèn)真清理內(nèi)部遺留的雜質(zhì)，新變壓器安裝時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)檢查鐵芯夾件；②加強(qiáng)變壓器監(jiān)造出廠驗(yàn)收工作；③積極開(kāi)展運(yùn)行變壓器的定期工作，發(fā)現(xiàn)鐵芯多點(diǎn)接地要及時(shí)消除。變壓器絕緣缺陷的發(fā)展過(guò)程是動(dòng)態(tài)的、綜合的過(guò)程，才能由表及里，電氣技術(shù)人員必須充分了解設(shè)備結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)故障現(xiàn)象分析故障問(wèn)題所在，確保變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法及診斷技術(shù)［M］.北京：國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2009.

［2］王世閣.電力變壓器故障分析與技術(shù)改進(jìn)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2004.

TM41 < class="emphasis_bold"> ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

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2017-06-12