变压器铁芯接地电流在线监测系统解决多点接地故障

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。正常运行时,变压器铁芯需要有一点接地,避免铁芯因悬浮电位放电，其铁芯接地电流很小，约为几毫安到几十毫安，当变压器发生铁芯多点接地故障时，会产生涡流，其铁芯接地电流将增大到几安培甚至几十安培，从而会导致局部铁芯过热，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,造成轻瓦斯动作甚至重瓦斯动作跳闸，甚至损坏变压器，造成主变重大事故。通过测量变压器铁芯接地电流可直接反映出变压器的故障状态——是否存在铁芯多点接地。我国在《电力设备预防性试验规程》(Q/CSG10007-2004)中5.1“油浸式电力变压器”关于“铁芯及夹件绝缘电阻”的要求：“运行中铁芯接地电流一般不应大于0.1A”。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、变压器铁芯正确接地方式

在变压器正常运行中，带电的绕组及引线与油箱间构成的电场为不均匀电场，铁芯和其他金属构件就处于该电场中。高压绕组与低压绕组之间、低压绕组与铁芯之间、铁芯与大地(变压器油箱)之间都存在着寄生电容，带电绕组将过寄生电容的耦合作用使铁芯对地产生一定的电位，通常称为悬浮电位。由于铁芯及其他金属构件所处的位置不同，具有悬浮电位也不同，当两点之间的电位差达到能够击穿其间的绝缘时，便产生火花放电。这种放电是断续的，放电两点电位相同，但放电立刻停止，然后再产生电位差，再放电。。。断续放电的结果使变压器油分解，长期下去，逐渐使变压器固体绝缘损坏，导致事故发生，显然是不允许的。为避免上述情况发生，国标规定，变压器铁芯和较大金属零件均应通过油箱可靠接地，20000KVA及以上的变压器，其铁芯应通过套管从油箱上部引出并可靠接地。具体做法是将变压器铁芯与变电站的主网系统可靠连接。这样铁芯与大地之间的电容被短接，使铁芯处于零电位，这时在地线中流过的只是带电绕组对铁芯的寄生电容电流。对三相变压器来说，由于三相结构基本对称，三相电压对称，所以三相绕组对铁芯的电容电流之和几乎等于零。

目前，广泛采用铁芯硅钢片间放一铜片的方法接地。尽管每片之间有绝缘膜，仍然认为是整个铁芯接地。从铁芯两端片可测得其电阻值，此电阻一般很小，仅为几欧到几十欧，在高压电场中可视为通路，因而铁芯只需一点接地。

二、通常变压器为了确保铁芯一点接地，其铁芯的接地方式有四种：

1、 当上下夹件有拉杆或拉板且不绝缘时，接地铜片连接到上夹件上，再由上夹件吊芯螺杆接地

2、 上下夹件不绝缘时，接地铜片从下夹件经地脚螺丝接地

3、 当上下夹件间绝缘时，在上下铁轭的对称位置上各插一接地铜片连接夹件，由上夹件经铁芯至下夹件再接地，要求接地片位置对称的目的是为了避免铁芯两点接地

4、 当采用接地套管时，铁芯经接地片至上夹件与接地套管连接接地

三、 铁芯故障的类型有以下几种

1、铁芯碰壳、碰夹件。

2、穿芯螺栓钢座套过长与硅钢片短接

3、油箱内有金属异物，使硅钢片局部短路

4、铁芯绝缘受汗腺或损坏，箱底沉积油泥及水分，绝缘电阻下降，夹件绝缘受潮或损坏等，导致铁芯多点接地

5、潜油泵轴承磨损，金属粉沫进入油箱中堆积底部，在电磁引力作用下形成桥路，使下铁轭与垫脚或箱底接通，造成多点接地

6、运行维护差，到期不检修或大修

7、接地片因加工工艺和设计不良造成短路。

8、由于附件引起的多点接地。

9、 由遗落在主变内的金属异物和铁芯工艺不良产生毛刺，铁锈与焊渣等因素引起接地。

四、 铁芯产生多点接地时的几种处理方法

1、对于铁心有外引接地线的，可在铁心接地回路上串接电阻，以限制铁心接地电流，此方法只能作为应急措施采用。

2、由于金属异物造成的铁心接地故障，一般情况下进行吊罩检查，都可以发现问题。

3、对于由铁心毛刺，金属粉末堆积引起的接地故障，用以下方法处理效果较明显。

(1) 电容放电冲击法;

(2) 交流电弧法;

(3) 大电流冲击法，即采用电焊机。

五、 如避免变压器由于铁芯多点接地而造成的损失

一般在出现变压器铁芯多点接地时会出现两种异常情况

1、变压器中溶解气体发生变化

在变压器中溶解气体在众多发生铁芯多点接地故障时色谱分析结果表明通常有以下特点：

(1) 总烃含量高，往往超过150ppm，其组成气体含量的排列依C2H4-CH4-C2H6-C2H2顺序递减规律

(2) C2H4是铁芯多点接地故障的主要特征气体。如果我们将烃类各组成含量与总烃的比率计算出来，加以统计，得到明显 C2H4比率最高。

(3) 总烃产生速率往往超过规程注意值，其中乙烯的产生速率呈急剧上升趋势。

(4) 用IEC三比值法时，其特征气体的比值编码一般为0、2、2

(5) 估算的故障点温度一般高于700度，低于1000度

2、变压器铁芯接地电流发生变化

国家电网公司企业标准Q/GDW534-2010 《变电设备在线监测系统技术导则》中规定

要使用变压器铁芯接地电流在线监测系统可以实时在线监测变压器铁芯接地电流的大小是否超过《电力设备预防性试验规程》 DLT/596-1996中规定运行中的变压器铁芯接地电流不大于0.1A，如果铁芯多点接地，环流很大时，则流经铁芯接地线的电流会明显增大，有的可达几安甚至几十安电流。例如2012年3月某某供电局使用了珠海市集森电器有限公司的JTX型变压器铁芯接地电流在线监测系统。于2012年7月18日下午3：23分 在线监测到500KV主变压器A相铁芯接地电流达到15.3A，通过有效的排查，发现由于金属异物造成的铁心接地故障。并有效的解除了变压器存在的隐患。

六、结 论

! p5 Q5 @0 t( h3 S( A. M) 1、发现铁芯多点接地故障时，可采用气相色谱法和监视接地电流来跟踪监测。

2、可以通过直流法和交流法来判断铁芯故障点。

3、 由铁芯毛刺或浮物引起的接地故障可采用电容放电的方式，但要注意电压的大小， 此方法不需要对变压器进行吊罩，可减少停电时间，提高供电可靠性。|

4、 在主变安装和大修时，要注意对主变内部的清理工作，特别对铁芯槽和各间隙处要 用油或氮气来冲吹。

参考文献：

1、孙波涛 郭忠田 马超 变压器铁芯多点接地故障分析判断及处理 2001，6：21-22

2、黎炜 主变铁芯多点接地故障分析与处理 电力安全技术，2003，5(3)

3、沈阳变压器研究所编 变压器铁芯制造 北京，机械工业出版社

4、保定天威保变电气股份有限公司组编 电力变压器手册 北京，机械工业出版社