干式变压器铁心多点接地的诊断及危害

干式变压器铁心多点接地的诊断及危害

姚 丽1，杨传文1，王兴隆2，王 瑾2

（1.国网新源控股有限公司检修分公司，北京100068；2.丰满大坝重建工程建设局，吉林省吉林市132108）

［摘要］通过对新源公司某电站一台发电机中性点接地变压器铁心发生多点接地故障，引起变压器低压侧绝缘性能严重下降的案例进行分析判断，探讨此类故障的成因和危害，阐述对此类绝缘缺陷的诊断方法，以便更加准确、及时诊断变压器铁心多点接地故障，保障电气设备的安全、稳定运行。

［关键词］变压器；铁心接地；原因；诊断；危害

1 概况

干式变压器因其结构简单，免维护、占地小等特点，目前在系统中的应用范围越来越广泛。但因为其结构特点，使铁心接地成为常发性故障，统计资料表明，铁心接地故障占变压器总故障的1/3左右。很多参考文献和资料比较侧重于介绍大型充油变压器铁心多点接地故障的现象和判断方法，而对于干式变压器却较少涉猎。干式变压器的结构与充油变压器差别很大，很多判断方法并不完全适用，而且干式变压器容量一般较小，现场对铁心多点接地危害的重视程度也不足够，在实际工作中，一起干式变压器铁心多点接地引起低压绕组绝缘性能破坏。由此来探讨这类变压器铁心多点接地的危害及诊断方法。

2 现场实例

2.1 故障简介

新源控股有限公司某抽蓄电站4号机中性点接地变压器，于2010年投运，型号为DC-70/18，额定容量为70 kVA，额定电压为18 000/230 V。 2015年9月，在进行的C级检修过程中，检修人员发现变压器底部残留不明黄色液体，可能存在影响设备安全运行的故障。

2.2 故障诊断

2.2.1 设备运行状态分析

4号机中性点接地变压器为单相干式变压器，结构较为简单，以环氧树脂为主要绝缘材料浇注而成。低压侧绕组在高压侧绕组里边，与铁心相距很近。其一次侧串联入发电机中性点接地线，二次侧连接一个小电阻。该小电阻的作用有两个，一方面，二次侧的小电阻可以使得一次侧呈高阻抗，限制发电机接地电流；另一方面，二次侧可以为发电机保护继电器提供相关信号，为继电器保护动作提供判据。变压器正常运行时为空载状态。经查询，该变压器运行过程中未发生过发电机接地故障。

2.2.2 试验数据分析

不同试验项目针对不同绝缘问题的灵敏度是不同的，应结合几项试验结果、设备结构及运行情况等进行综合分析判断。针对这台变压器的现状，高压试验人员进行了如下试验：

1）测量直流电阻与分析。测量变压器直流电阻目的是检查导电回路是否存在短路、开路或接错线；检查绕组导线的焊接点、引线与套管的连接处是否良好、分接开关有无接触不良等；核对绕组所用的导线规格是否符合设计要求。经现场测量，变压器高压绕组的直流电阻为43.78 Ω，低压绕组的直流为电阻3.863 MΩ。

低压绕组直流电阻初始值为4.512 MΩ，试验实测值为3.863 MΩ，温度换算后与初始值相差14.98%，已大大超过规程规定的警示值。高压侧绕组经与初始值对比没有明显变化，符合规程规定。QGDW 11150-2013《水电站电气设备预防性试验规程》要求：①直流电阻相间互差不大于2%（警示值）；②同相初值差不超过±2%（警示值）；③各相绕组电阻与以前相同部位、相同温度下的历次结果相比，不应有明显差别，其差别一般应不大于2%。低压侧直流电阻的异常使我们怀疑低压侧绕组存在匝间、层间短路情况，绝缘已经劣化。但是直流电阻试验是变压器的特性试验，不能单独作为判断变压器绝缘状态的依据，接下来又进行了绝缘电阻试验。

2）测量绝缘电阻及分析。检测变压器绝缘电阻目的是检查其整体绝缘是否良好，内部是否存在短路、断线等故障。检测铁心绝缘电阻是判断铁心是否存在多点接地的有效手段。在测量铁心对地绝缘电阻时，应断开铁心正常接地线，试验电压为2 500 V。在测试变压器铁心对地绝缘过程中，出现以下异常情况：①试验电压加不上；②变压器下部有明显的放电现象。变压器绝缘电阻测试结果，见表1。

表1 变压器绝缘电阻测量统计表

测试位置 试验电压/V 吸收比高压绕组-低压绕组及地低压绕组-高压绕组及地铁心-地2 500 1 000 2 500 15 s时绝缘电阻/MΩ 456 000 1 056 / 60 s时绝缘电阻/MΩ 1 026 000 1 089 0 2.25 1.03 /

通过对测试数据进行分析，发现变压器高压侧绕组对低压侧及地绝缘电阻值正常，低压侧绕组对高压侧绕组及地绝缘电阻值偏低，且吸收比低于规程要求的警示值，基本没有吸收现象。铁心对地绝缘电阻为零，初步判定该台变压器铁心存在严重问题，为铁心多点稳定性接地故障；低压侧绝缘存在问题，为了进一步确认缺陷性质，又进行了变压比试验。

3）变压比及分析。测量变压比的主要目的是检查变压器绕组匝数比的正确性；检查分线开关连接是否正确；变压器故障后，常利用测量变比来检查绕组是否存在匝间短路；判断变压器是否可以并列运行。变压器变压比测试结果，见表2。

表2 变压器变压比测量统计表

测试位置额定值实测值高压绕组/V 18 000 18 000低压绕组/V 230 210变压比78.26 85.71

根据QGDW 11150-2013《水电站电气设备预防性试验规程》要求：①各相分接头的电压比与铭牌数据相比应无明显差别，且应符合变压比的规律；②额定分接电压比允许偏差为±0.5%，其它分接的电压比应在变压器阻抗电压值（%）的1/10以内，但偏差不得超过±1%（警示值）。从测试数据来看，变压比改变明显，印证低压侧绕组存在匝间短路。

2.2.3 结论

综合以上情况，得出结论：铁心多点接地时产生环流引起发热，造成靠近铁心的低压侧绕组发热，树脂绝缘融化脱落造成低压侧绕组匝间短路，绝缘破坏，如果此时发电机发生接地故障，将造成非常严重的后果。

通过分析诊断过程可以看出，现场广泛应用的通过测量铁心对地绝缘电阻判断干式变压器铁心是否存在多点接地是非常有效的，但采用此方法存在一定不足：

1）试验周期较长，变压器铁心接地虽然能造成恶性循环的局部过热，但在初期带来的发热和损耗都比较小，不容易发现。

2）检修和预防性试验有可能造成新的设备故障现象。

该厂这台变压器就是因试验周期较长，对铁心多点接地问题没有及时有效的检测出，引起缺陷进一步扩大，最终导致低压侧绝缘烧坏的典型案例。在现场判断过程中，应针对不同的设备结构和现场条件灵活掌握诊断方法。对于有接地引出线的变压器测量其接地电流，也是判断干式变压器是否存在铁心多点接地的有效手段，另外，如现场条件具备，变压器空载试验对铁心绝缘缺陷的检出，更具有决定性意义。

3 变压器铁心故障的类型和成因

3.1 铁心正常运行时必须一点接地的原因

变压器正常运行中，绕组周围存在着交变的磁场。由于电磁感应的作用，高压绕组与低压绕组之间，低压绕组与铁心之间，铁心与外壳之间都存在着寄生电容，带电绕组将通过寄生电容的耦合作用，使铁心对地产生悬浮电位。由于铁心及其他金属构件与绕组的距离不相等，使各构件之

3.2 铁心多点接的危害

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。当铁心或其他金属构件有两点或多点接地时，接地点就会形成闭合回路，造成环流，引起局部过热，绝缘性能下降，严重时，会使铁心硅钢片烧坏甚至烧损变压器。

3.3 造成铁心多点接地的原因

干式变压器铁心多点接地故障原因可分为外部和内在因素。

外部因素是指外围的原因、环境和人为致使变压器铁心出现接地故障，包括：①变压器现场施工安装时疏忽，不慎遗落金属异物，如螺母、铁屑等使造成铁心多点接地。②变压器铁心绝缘夹件、铁心穿心绝缘筒等绝缘材料，由于凝露或受潮大大降低绝缘性能导致铁心出现低阻性多点接地。③变压器在运行中铁心的漏磁使附近空间产生弱磁性，吸引了周围的金属粉末和粉尘。如果长期没有维护清洁会引起铁心多点接地的发生。④铁心下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁轭处叠片相碰造成接地。

内在因素是指变压器内部绝缘材料缺陷或产品设计和安装工艺不当的原因致使变压器铁心出现多点接地故障：①由于铁心夹件肢板距心柱太近、铁心叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。②铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭叠片相碰，构成了新的接地点。由于变压器铁心多点接地内在因素属隐性问题，出厂或现场检查不容易发现，故此更需要理性和认真去判断故障所在并解决问题。

3.4 干式变压器铁心接地的类型

铁心多点接地大致可以分为两种类型：即稳定接地和不稳定接地。

稳定接地电阻不会出现变动，这是因为变压器厂家制造者生产不当，以及安装失误引起的铁心穿心螺栓、压环压钉受损，且有时会受到变压器内部绝缘问题导致的接地故障引起。

不稳定接地则表现为接地不牢靠，接地电阻会出现不同的变化，这类故障多数由于金属粉末等在电磁场作用下引起的导电小桥异常故障。

4 结语

间存在着电位差。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，长期下去对绝缘将产生不良影响。为了消除这种现象，把铁心与外壳可靠地连接起来，使它与外壳等电位。所以变压器正常运行时必须一点接地。

干式变压器发生铁心多点接地故障后危害非常大，应采取以下措施尽量避免此类缺陷的发生：①在制造时认真清理内部遗留的杂质，新变压器安装时现场应检查铁芯夹件；②加强变压器监造出厂验收工作；③积极开展运行变压器的定期工作，发现铁芯多点接地要及时消除。变压器绝缘缺陷的发展过程是动态的、综合的过程，才能由表及里，电气技术人员必须充分了解设备结构和运行状态，根据故障现象分析故障问题所在，确保变压器安全稳定运行。

［参考文献］

［1］陈化钢.电力设备预防性试验方法及诊断技术［M］.北京：国科学技术出版社，2009.

［2］王世阁.电力变压器故障分析与技术改进［M］.北京：中国电力出版社，2004.

［中图分类号］TM41 < class='emphasis_bold'> ［文献标识码］B

［文献标识码］B

［文章编号］1002—0624（2017）09—0060—03

［收稿日期]2017-06-12