電力變壓器正常工作時(shí)，變壓器鐵心、夾件通常一點(diǎn)接地。若鐵心、夾件出現(xiàn)兩點(diǎn)或兩點(diǎn)以上的接地時(shí)，兩點(diǎn)之間形成閉合回路，在變壓器漏磁場(chǎng)的作用下，兩點(diǎn)之間產(chǎn)生環(huán)流引起變壓器局部過熱，環(huán)流過大時(shí)引起鐵心損耗增加，嚴(yán)重時(shí)造成鐵心燒損，造成變壓器非停事故發(fā)生。對(duì)于運(yùn)行中的變壓器接地電流DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定變壓器鐵心接地電流運(yùn)行中鐵心接地電流一般不大于100mA。

1 接地引下線基本結(jié)構(gòu)

變壓器鐵心、夾件引出線經(jīng)變壓器頂部套管引出后由絕緣瓷瓶支撐或絕緣膠皮包裹等方式引至變壓器底部后接入主接地網(wǎng)實(shí)現(xiàn)鐵心一點(diǎn)接地。具體如圖1至圖3所示，對(duì)于運(yùn)行中變壓器鐵心接地電流需要定期進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方式分別為人工手動(dòng)測(cè)量、在線儀表測(cè)量等方式。

圖1 頂部套管

圖2 引下線

圖3 整體圖片

2 外部原因

2.1 外部原因及其危害

1）引下線絕緣破損

變壓器鐵心、夾件引出線頂部套管絕緣破壞,鐵心、夾件接地引下線外包絕緣破損等原因?qū)е乱戮€與變壓器箱體搭接接地，搭接點(diǎn)與引下線接地點(diǎn)之間構(gòu)成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵心、夾件引下線電流異常。

2）金屬異物搭接引下線

變壓器大修時(shí)箱體上不慎丟落鐵絲等金屬物體搭接至鐵心引下線與變壓器外殼構(gòu)成外部閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵心、夾件引下線電流異常。

2.2 外部故障案例

1）案例1：引下線絕緣破損

變壓器鐵心、夾件引出線經(jīng)頂部套管由變壓器頂部引出，頂部套管受外力等原因破損，絕緣能力下降變?yōu)榱?引起鐵心引出線與外殼相連，形成臨時(shí)接地點(diǎn)，如圖4所示。變壓器鐵心引下線由絕緣護(hù)套包裹達(dá)到與變壓器外殼絕緣的效果，外力破壞、自然風(fēng)化等原因使絕緣護(hù)套破損，破損后鐵心引下線銅排與變壓器外殼搭接，形成臨時(shí)接地點(diǎn)，如圖5所示。

上述兩種情況均會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵心、夾件接地引下線在臨時(shí)接地點(diǎn)與引線下接地點(diǎn)間形成閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致鐵心、夾件引下線電流異常，超出100mA標(biāo)準(zhǔn)要求值。

2）案例2：金屬異物搭接引下線

某500kV變壓器，該變壓器鐵心由四塊監(jiān)測(cè)電流表（從左向右分別為1、2、3、4號(hào)接地監(jiān)測(cè)電流表）監(jiān)測(cè)鐵心接地引下線電流，如圖6所示。電氣點(diǎn)檢巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)該變壓器2號(hào)接地監(jiān)測(cè)電流表超過100mA，數(shù)值高達(dá)7566mA，如圖7所示，4塊電流表電流見表1。

圖4 頂部套管破損

圖5 外包絕緣破損

圖6 監(jiān)測(cè)電流表

圖7 電流異常值

表1 鐵心監(jiān)測(cè)電流異常數(shù)值表

外部排查過程中發(fā)現(xiàn)變壓器瓦斯繼電器集氣銅管與2號(hào)鐵心引下線搭接，如圖8所示，該搭接點(diǎn)與鐵心引下線接地點(diǎn)構(gòu)成閉合回路，閉合回路在變壓器的漏磁場(chǎng)中感應(yīng)出電流，導(dǎo)致2號(hào)監(jiān)測(cè)電流表數(shù)值超出100mA標(biāo)準(zhǔn)要求值。電氣人員身穿靜電屏蔽服登上變壓器，將上述搭接點(diǎn)打開后，電流由7566mA恢復(fù)正常3.72mA，如圖9所示。

圖8 搭接點(diǎn)

圖9 電流正常值

3 內(nèi)部原因

3.1 鐵心一點(diǎn)接地必要性及其多點(diǎn)接地的危害

變壓器正常運(yùn)行時(shí)，帶電繞組周圍存在交變的磁場(chǎng)，由于電磁感應(yīng)和寄生電容的原因，帶電繞組通過寄生電容的耦合作用使鐵心及其金屬構(gòu)件對(duì)地產(chǎn)生懸浮電位。鐵心和周圍的金屬構(gòu)件距離不等則鐵心與周圍導(dǎo)體的電位不同，當(dāng)兩點(diǎn)電位差達(dá)到能夠擊穿兩點(diǎn)絕緣時(shí)，會(huì)產(chǎn)生持續(xù)的局部放電。變壓器油在持續(xù)放電過程中會(huì)逐漸劣化、絕緣性能降低，繼續(xù)發(fā)展會(huì)演變成鐵心過熱，燒毀鐵心導(dǎo)致事故發(fā)生。

為解決這種放電現(xiàn)象，鐵心及其金屬構(gòu)件必須可靠一點(diǎn)接地。鐵心及其金屬構(gòu)件與大地之間的寄生電容被短接，使鐵心及其金屬構(gòu)件始終處于地電位。理論上接地電流應(yīng)為零，但是實(shí)際情況下三相電壓相位不可能完全對(duì)稱、各相電容也不一樣等原因接地引下線中會(huì)出現(xiàn)一定的電流，一般在十幾個(gè)毫安左右。

鐵心出現(xiàn)多點(diǎn)接地時(shí)，鐵心間的不均勻電位就會(huì)在接地點(diǎn)之間形成環(huán)流，造成鐵心局部過熱，嚴(yán)重時(shí)，過熱產(chǎn)生的氣體會(huì)造成輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成重瓦斯保護(hù)動(dòng)作而引起跳閘事故的發(fā)生。局部鐵心燒熔的形成鐵心片間的短路故障，使變壓器損耗增加，嚴(yán)重影響變壓器的性能和正常工作。

3.2 變壓器鐵心多點(diǎn)接地故障的原因

1）鐵心與外殼相連。鐵心松動(dòng)位移、金屬構(gòu)件遺留在鐵心下部（螺絲帽、潛油泵軸承研磨掉的金屬粉末及金屬絲等）等原因均可造成鐵心與外殼相連，形成鐵心多點(diǎn)接地故障，造成鐵心接地電流異常。

2）鐵心與夾件相連。鐵心片翹曲、金屬異物、雜質(zhì)等原因均可造成鐵心與夾件直接或間接短路，形成鐵心多點(diǎn)接地故障，造成鐵心接地電流異常。

3.3 鐵心接地電流異常判別方法

1）接地電流測(cè)試法

變壓器鐵心通過接地引下線單點(diǎn)接地，接地電流為毫安級(jí)別。鐵心多點(diǎn)接地時(shí)，流過接地引下線的電流急劇增大，該電流的大小取決于故障點(diǎn)與正常接地點(diǎn)兩者間的相對(duì)位置，即短路匝所包含磁鏈多少,最大電流可達(dá)數(shù)百安培。常用方法利用專用鉗形電流表測(cè)量變壓器鐵心接地引下線上電流數(shù)值，判斷變壓器是否存在多點(diǎn)接地問題。

2）色譜分析法

變壓器鐵心存在多點(diǎn)接地時(shí)，變壓器會(huì)呈現(xiàn)高溫過熱或中溫過熱現(xiàn)象。對(duì)變壓器進(jìn)行變壓器油中的特征氣體含量氣相色譜分析，表現(xiàn)為總烴含量超過注意值（150◆L/L），其中乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）占較大比重，乙炔值含量低或沒有變化，色譜三比值通常為“022”、“021”的現(xiàn)象。

3）絕緣電阻測(cè)試法

測(cè)量絕緣電阻是一種簡(jiǎn)單可行檢測(cè)鐵心是否存在多點(diǎn)接地的方法，檢測(cè)時(shí)需先斷開接地引下線，分別測(cè)量鐵心、夾件對(duì)地的絕緣電阻來判斷鐵心、夾件是否存在多點(diǎn)接地故障。測(cè)量鐵心對(duì)夾件的絕緣電阻值來判斷兩者是否存在搭接的情況。該方法無法檢測(cè)到變壓器鐵心片間短路檢測(cè)。

4）方法優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

3種方法進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)比較見表2。

表2 3種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.4 變壓器鐵心接地電流異常處理方法

1）限流電阻法

變壓器鐵心多點(diǎn)接地導(dǎo)致變壓器鐵心引下線電流增大，在保證設(shè)備安全、不停電情況下可在鐵心引下線中串入合適的電阻（一般選取250～1000◆），使接地引下線電流小于100mA，電阻的選擇與故障情況下接地引下線開路電壓有關(guān)，串入電阻時(shí)應(yīng)注意限流電阻功率的大小，防止電阻發(fā)熱燒斷引起鐵心引下線斷開接地，鐵心產(chǎn)生懸浮電位，故障進(jìn)一步擴(kuò)大。

2）電容沖擊法

變壓器出現(xiàn)鐵心多點(diǎn)接地故障，不宜貿(mào)然進(jìn)行吊罩處理。正常情況下受潮濕、場(chǎng)地條件的限制，變壓器內(nèi)部器件不能長(zhǎng)時(shí)間暴露在空氣中，而吊罩解體時(shí)間長(zhǎng)，耗費(fèi)大，對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有嚴(yán)重的影響，當(dāng)變壓器出現(xiàn)由金屬毛刺、油垢、焊渣、鐵銹等雜質(zhì)引起的非永久性多點(diǎn)接地而發(fā)生接地電流異常時(shí)，可采用電容沖擊法對(duì)變壓器鐵心進(jìn)行放電沖擊，電容沖擊法是在斷開鐵心、夾件接地的情況下采用電容放電（一般不大于600V）、燒斷故障接地點(diǎn)。

3）電焊機(jī)法

變壓器出現(xiàn)鐵心多點(diǎn)接地故障時(shí)，搭接點(diǎn)是虛接，電阻較大。將鐵心正常接地?cái)嚅_，可利用電焊機(jī)給鐵心加大電流（40A），當(dāng)鐵心電流逐漸升高的同時(shí)，電阻在大電流的作用下，持續(xù)一段時(shí)間后，故障點(diǎn)溫度升高，燒斷故障點(diǎn)，達(dá)到解決故障點(diǎn)虛接的目的。

4）吊罩檢查法

針對(duì)變壓器內(nèi)部長(zhǎng)時(shí)間存在鐵心多點(diǎn)接地故障，可結(jié)合大修對(duì)變壓器進(jìn)行吊罩檢查，吊罩后變壓器內(nèi)部構(gòu)造直觀暴露在面前，降低內(nèi)部故障的排查難度，可以進(jìn)行徹底的故障點(diǎn)搜索定位，吊罩后變壓器可采用試驗(yàn)的方法對(duì)變壓器多點(diǎn)接地故障點(diǎn)進(jìn)行定位，可采用絕緣電阻表逐個(gè)對(duì)變壓器夾件、鐵心、穿心螺桿等測(cè)量其絕緣電阻值，根據(jù)絕緣電阻的大小判斷故障位置。但是吊罩歷時(shí)長(zhǎng)，增加了維護(hù)成本。

3.5 內(nèi)部故障案例

1）電容沖擊法解決故障案例

某220kV變壓器，試驗(yàn)人員在進(jìn)行鐵心絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)絕緣為零。將鐵心、夾件接地解開后，使用萬用表測(cè)量鐵心與夾件之間電阻，其阻值不穩(wěn)定，在25◆至7000◆之間變化?，F(xiàn)場(chǎng)通過起停油泵、敲擊變壓器本體不同部位等方法對(duì)鐵心、夾件間阻值進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)其阻值受油流及變壓器本身振動(dòng)而變化。判斷變壓器鐵心與夾件間有金屬異物搭接。

隨后變壓器廠家對(duì)變壓器進(jìn)行內(nèi)檢，未發(fā)現(xiàn)異常情況。隨后采用電容沖擊法對(duì)變壓器夾件進(jìn)行沖擊，在進(jìn)行第6次和第7次沖擊試驗(yàn)時(shí)，電容器與放電桿之間火花消失，變壓器內(nèi)部放電聲音消失。連接鐵心、夾件金屬性異物已被電容放電的能量分開，故障排除。電容沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 電容沖擊試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2）限流電阻法解決故障案例

某220kV變壓器，運(yùn)行過程中使用鉗形電流表測(cè)量鐵心、夾件接地電流均為21A，鐵心與夾件之間存在金屬異物搭接，搭接點(diǎn)與接地引下線接地點(diǎn)間構(gòu)成閉合回路，閉合回路在交變磁場(chǎng)中產(chǎn)生環(huán)流。

為防止電流過大燒損鐵心，現(xiàn)場(chǎng)采用限流電阻法，在夾件與接地間串接滑動(dòng)變阻器，對(duì)環(huán)流進(jìn)行限制，如圖10所示。滑動(dòng)變阻器調(diào)到630Ω。鐵心、夾件引下線接地電流被控制到32.5mA（要求小于100mA）如圖11所示。運(yùn)行中對(duì)該變壓器鐵心、夾件接地電流情況進(jìn)行了持續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)，接地電流一直為32.5mA，穩(wěn)定運(yùn)行至今。

圖10 限流電阻

圖11 限流后電流值

4 特殊原因

高電壓等級(jí)三相分體變壓器，由于變壓器特殊的結(jié)構(gòu)差異引起變壓器鐵心引下線電流大于100mA。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 24846—2018《1000kV交流電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定：運(yùn)行中鐵心及夾件接地電流一般不大于300mA，因變壓器結(jié)構(gòu)原因造成接地電流超過300mA的，應(yīng)加以說明。

某500kV三相分體變壓器，夾件引下線電流8mA，鐵心引下線電流自投運(yùn)以來一直處于230mA，運(yùn)行中監(jiān)測(cè)該電流，沒有增長(zhǎng)趨勢(shì)，穩(wěn)定運(yùn)行至今。

特高壓1000kV三相分體變壓器，出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)鐵心電流320mA左右，夾件電流90mA左右，變壓器穩(wěn)定運(yùn)行。特殊變壓器鐵心、夾件電流數(shù)據(jù)見表4。

表4 特殊變壓器鐵心、夾件電流數(shù)據(jù)

5 結(jié)論

文中通過研究與分析變壓器出現(xiàn)鐵心電流異常的原因、判別方法、處理方法三方面，通過實(shí)際案例對(duì)該問題進(jìn)行分析處理，對(duì)于處理變壓器鐵心電流異常建議如下。

• 1）分析變壓器鐵心接地電流異常原因應(yīng)優(yōu)先采用特殊原因、外部原因、內(nèi)部原因的順序分析異常原因類別。
• 2）結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合判斷。優(yōu)先采用接地電流測(cè)試法、色譜分析法、絕緣電阻測(cè)試法的順序?qū)Ξ惓Ｔ蜻M(jìn)行判斷。
• 3）確認(rèn)鐵心接地電流異常原因后優(yōu)先采用限流電阻法、電容沖擊法、吊罩檢查法的順序?qū)收线M(jìn)行檢查處理。