大型变压器铁芯多点接地故障分析及处理

刘贞超1 邹伦森2 雍学模2

（1二滩水电开发有限责任公司锦屏水力发电厂 四川 西昌 615000）（2中国南方电网调峰调频发电公司鲁布革水力发电厂，云南 罗平 655800 ）

Email: 1149169507@qq.com

Reasons Analysis and Treatment for Large transformer Core

Multipoint Grounding

Zhenchao Liu1，Lunsen Zou2，Xuemo Yong2

（1Ertan Hydropower Development co.LTD Jinping Hydropower Station ， Sichuan Xichang 615000）

（2Lubuge Hydroelectric Power Plant, China Southern Power Grid Power Generating Company, Yunnan Luoping 655800）

Email: 1149169507@qq.com

ABSTRACT：Introduces the types, causes and harms of the core multipoint grounding fault in power transformer, based on the practical example of the core multipoint grounding fault in the transformer of Jinping Hydropower Substation, discusses the methods of diagnoses ,controlling and treatment of the core multipoint grounding fault in power transformer.

KEY WORD：Transformer；Core Multipoint Grounding；Reasons Analysis

摘要：介绍了电力变压器铁芯接地故障的类型、原因及危害，并结合锦屏电厂一台550kV主变压器铁芯多点接地故障分析及处理过程，对铁芯多点接地故障分析判断、故障控制及故障查找方法作了探讨。

关键词：变压器;铁芯多点接地;故障分析

1概述

电力变压器正常运行时，铁芯必须有一点接地，否则悬浮电压产生的间歇性击穿放电会损伤铁芯，铁芯一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能，但当铁芯出现两点以上接地时，不均匀电位会在接地点之间形成环流，造成铁芯局部过热，严重时铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。烧熔的局部铁芯形成铁芯片间的短路故障，使铁损变大，严重影响变压器的性能和正常工作，以至必须更换铁芯硅钢片加以修复。变压器铁芯多点接地为普发性故障，据有关统计资料表明，因铁芯多点接地造成的事故，居变压器总事故的第3位，因此变压器铁芯多点接地故障不容忽视，虽然它能造成恶性循环的局部过热，但在初期接地电流带来的损耗很小，不易从空载损耗中发觉。为了及早发现变压器铁芯内部的故障隐患，电力运行部门已经把铁芯绝缘电阻的测量作为变压器的预防性试验项目。

常见的铁芯多点接地故障类型包括铁芯碰壳、碰夹件；穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接；油箱内有金属异物，使硅钢片局部短路；铁芯绝缘受潮或损伤，箱底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘、垫铁绝缘、铁盒绝缘（纸版或木块）受潮或损坏等，导致铁芯高阻多点接地。而造成铁芯多点接地故障原因主要有安装检修施工工艺和设计不良造成短路；附件和外界因素引起的多点接地；运行维护差，不按期检修等。

2变压器铁芯多点接地故障检测方法

目前，检测变压器铁芯是否多点接地的方法主要有3种，即测量铁芯绝缘电阻法、运行中测量铁芯接地电流的电气法和检测变压器绝缘油特性的气相色谱分析法。

2.1绝缘电阻测量法

断开铁芯正常接地线，用2500V兆欧表（对运行年久的变压器可用1000V兆欧表）测量铁芯对地电阻，如绝缘电阻为零或很低，则表明可能存在铁芯多点接地故障。

2.2测量铁芯接地线中有无电流

在变压器铁芯外引接地线上，用钳形表测量引线中是否有电流。变压器正常运行时，流过接地线的电流为绕组对铁芯的电容电流，仅为毫安级，一般不超过0.1A。当存在多点接地时，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，流过的环流决定于故障点与正常接地点的相对位置，即短路匝中包围磁通的多少，一般可达几十安培。通过测量接地引线中有无电流，可以很准确地判断出铁芯有无多点接地故障。

2.3气相色谱分析法

对变压器油中含气量进行气相色谱分析，是检测变压器铁芯是否多点接地的较有效的方法。发生铁芯多点接地故障的变压器，其油色谱通常有以下特征：总烃含量超过《GB 7252-2001 变压器油中溶解气体分析和判断导则》规定的注意值150μL/L，通常乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）占较大比重，乙炔（C2H2）含量低或不出现。当色谱分析出现上述特征，并在铁芯绝缘电阻为零或很低及铁芯接地线中有环流时，则可确定该变压器铁芯已发生多点接地故障。

3变压器铁芯结构

锦屏电厂主变为单相550kV无励磁调压单相无载调压变压器，型号DSP-223000/500，额定电压为550√3±2.5%/20kV，铁芯为单相四柱结构，两个主柱，两个旁柱(图1)；铁芯叠片全斜接缝无孔绑扎结构，不叠上铁轭工艺（图2）；夹件采用板式T形结构，夹件为无磁钢板（拉板及压钉支板均采用不导磁钢材料），以消除结构件局部过热（图3）；铁心与夹件绝缘良好，分别通过专用接地装置从油箱下部接地，方便对铁芯进行绝缘试验和带电测量接地电流[1]（图4）。

图1 变压器铁芯装配图 图2 变压器铁芯剖面图

Fig1 Transformer Iron core Assembly Diagram Fig2 Transformer Iron core Profile Diagram

图3 变压器铁芯剖面图 图4 变压器铁芯、夹件外部接地图

Fig3 Transformer Iron core Profile Diagram Fig4 Transformer Iron core and Clip pieces grounding Diagram

4故障分析

该变压器安装完成后，通过了《GB 50150—2006 电气设备交接试验标准》要求的所有试验项目，于2013年1月1日投入运行，在2013年1月2日定期色谱试验中检出乙炔含量为1.14ppm，超过规程要求[2]，由三比值法分析，编码组合为022，表现为高于700℃过热性故障，但油中CO含量低，变压器的产气部位未涉及变压器固体绝缘，与绕组部分无关，属于接地部位的裸金属过热，同时现场测量铁芯接地电流10.3A，夹件接地电流10.4A，而两者之和仅0.1A，铁芯和夹件接地电流方向相反，可推断铁芯和夹件已形成回路，基本确定变压器产气的具体原因为铁芯多点接地引起[3]。

5故障处理

5.1故障监测

变压器故障不涉及固体绝缘，变压器可以安全运行，但须加强对变压器的监测，首先缩短主变绝缘油在线监测装置测量周期，每4小时一次，密切监视变压器油中含气量是否有异常增长，同时加强油色谱分析，每天一次，只要变压器油色谱试验数据反映的故障性质没有发生变化，则变压器可以安全稳定运行，另外加强设备巡视，每天测量铁芯和夹件接地电流，接地电流值不应突变。

5.2故障控制

为控制故障进一步发展，在不停电的情况下，在变压器铁芯、夹件接地回路中接入限流电阻（铁芯多点接地装置），变压器铁芯多点接地引起的环流，从而消除变压器因环流接地部位引起的过热故障。加装铁芯多点接地装置型号为CAM‐3，加装的方法为先安装一根临时接地线，然后解开原接地线，串联接入铁芯多点接地装置，通过调整接入电阻值，将铁芯、夹件接地电流控制在合理水平，加装铁芯多点接地装置后，通过测量变压器铁芯、夹件接地电流及油中色谱数据无增长，则可以进一步确认变压器产气原因，确保变压器长期安全运行。在2013年1月7日加装铁芯多点接地装置后，故障得到控制，表1中为变压器绝缘油色谱试验数据。

表1变压器绝缘油色谱试验数据

Tap1 The insulating oil chromatography test data of transformer

测试时间 H2CO CH4CO2C2H4C2H6C2H2总烃 2012年12月25日

1.8 3

2.9 0.6 159.6 未检出未检出未检出 0.6

(冲击试验后，投运前)2013年1月2日

14.7 53.8 17.3 377.9 22.6 2.4 1.14 43.44

(投运1天后)

2013年1月4日

16.8 62.1 16.6 273.6 23.6 2.7 1.51 44.41

(成都调试所测试数据)

2013年1月8日

15.4 68.0 17.8 299.1 25.3 2.9 1.58 47.58 (加装铁芯多点接地装置后)

2013年1月9日

15.4 58.8 17.6 383.2 26.2 3.5 1.53 48.83 (加装铁芯多点接地装置后)

2013年1月10日

18.1 79.7 18.6 322.6 26.2 2.8 1.57 49.17 (加装铁芯多点接地装置后)

2013年1月11日

18.1 71.5 18.6 362.0 25.8 2.9 1.57 48.87 (加装铁芯多点接地装置后)

5.3故障查找

变压器停电后，用2500V兆欧表测试铁芯对地、夹件对地绝缘电阻均为600MΩ，而铁芯对夹件绝缘电阻为0 MΩ，现可以确定变压器为铁芯多点接地故障，将变压器油排出，打开进人孔，进入油箱查找铁芯多点接地点。

检查铁芯夹件接地引出线绝缘是否完好、铁芯尖角是否与夹件有搭接、铁芯是否有落片破坏了垫脚或横梁绝缘，与垫脚或横梁接触、铁芯接地片与夹件是否有接触、器身磁屏蔽与铁芯是否接触，同时将上下横梁与夹件连接螺杆及冷却侧上梁、垫脚及测量连接螺杆取出，用万用表测其对铁芯电阻，最终发现接地点位于X柱侧的旁柱上，但内部空间过于狭窄，不方便查找，尽管采用内窥镜，依然没有定位接地点，同时考虑到加流红外测温法查找存在安全隐患，另因工期紧迫，综合考虑，放弃查找，恢复查找前的运行状态，即加装铁芯多点接地装置状态，对变压器油72小时热油循环脱气，静置72小时后，完成高低压绕组介损试验、高低压绕组直流耐压试验、发电机带主变压器零起升压试验后投入运行，同时按照3.1要求对主变压器进行监测，目前变压器运行稳定。

6结论

变压器铁心多点接地故障在运行中时有发生，影响电网的安全运行，必须高度重视，只有提前预防，加强油色谱和电气试验监督，做好早期诊断工作，针对具体故障特征进行综合分析判断，采取针对性的解决方案，将故障损失控制在最低限度，确保变压器安全运行。

参 考 文 献：

[1] 变压器出厂文件说明书

[2] 《变压器油中溶解气体分析和判断准则》GB/T 7252-2001

[3] 《电气设备预防性试验规程》DL/T 596-2005 中华人民共和国电力工业部

[4] 刘庆林. 变压器铁芯多点接地故障处理. 四川电力技术