變電站主變鐵芯多點接地故障分析與處理
變電站主變鐵芯多點接地故障分析與處理。
1 鐵芯接地故障狀況
預防性試驗結果為：
(1) 測量繞組連同套管的絕緣電阻、介損試驗和泄漏電流試驗均合格；
(2) 繞組直流電阻測量：最大相間不平衡系數(shù)高壓側為0.86%，中壓側為0.91%，低壓側為0.81%，測試結果合格；
(3) 絕緣油試驗合格；
(4) 測量鐵芯對地絕緣電阻：采用型號為5000 V的兆歐表測得鐵芯對地絕緣電阻為0MΩ，用萬用表測量為0.37MΩ。
2 鐵芯的接地方式
鐵芯是由許多層硅鋼片疊積而成，片間有一層很薄的絕緣膜，因此鐵芯不是一塊實體的金屬良導體，加之磁通在鐵芯內部的分布以及漏磁通在外部的分布都不是絕對均勻的，其周圍的電場強度又各不相同，因此鐵芯兩側的電位不同。為避免變壓器存在懸浮電位，鐵芯及其夾件、墊腳既要與鐵芯一起接地又要與鐵芯絕緣。
鐵芯接地方式如圖1所示。圖1中(a)是一種最簡單的接地方式，在油箱內部完成，在同一側的上軛和下軛插入接地銅帶，上軛接地片與上夾件相接，下軛接地片與下夾件相接再與墊腳相接而接地，上夾件是通過鐵芯而接地的。這種方式多用于中等容量或較小容量的變壓器。圖1中(b)是鐵芯接地片與上夾件連結，然后經(jīng)套管引出油箱外部再接地，下夾件與墊腳經(jīng)箱底接地，鐵芯與油箱間是絕緣的，這種結構的上夾件不能與油箱接觸。圖1中(c)和(d)均用于鐵芯總厚度很大的大型變壓器，這種變壓器往往在疊片組中每隔一定厚度放置一層油隙，以改進散熱性能，或每隔一定厚度墊一層絕緣紙以降低渦流損耗。這時鐵芯被隔開成若干組，切斷了電容接地的路徑。為求得電位的盡可能均勻，要把各個被隔開的片組用∩形銅帶串聯(lián)起來。如鐵芯厚度很大時，采用(d)方式，即由中央部分接地，可使電位更均勻些。
圖1 變壓器鐵芯接地方式
3 鐵芯正常時必須一點接地的原因
在變壓器正常運行中，帶電繞組及引線與油箱間構成的電場為不均勻電場，鐵芯和其它金屬構件就處于該電場中。圖2示出了變壓器鐵芯不接地時的斷面示意。由圖2可見，高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地(變壓器油箱)之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對地產(chǎn)生一定的電位，通常稱為懸浮電位。由于鐵芯及其它金屬構件所處的位置不同，具有的懸浮電位也不同，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的，放電后兩點電位相同，但放電立即停止，然后再產(chǎn)生電位差，再放電……。斷續(xù)放電的結果使變壓器油分解，長期下去，逐漸使變壓器固體絕緣損壞，導致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，國標規(guī)定，變壓器鐵芯和較大金屬零件均應通過油箱可靠接地，20 000 kVA及以上的變壓器，其鐵芯應通過套管從油箱上部引出并可靠接地。具體做法是將變壓器鐵芯與變電站的接地系統(tǒng)可靠連接。這樣，鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，使鐵芯處于零電位，這時在地線中流過的只是帶電繞組對鐵芯的寄生電容電流。對三相變壓器來說，由于三相結構基本對稱，三相電壓對稱，所以三相繞組對鐵芯的電容電流之和幾乎等于0。
圖2 寄生電容分布
鐵芯兩點接地時的電壓如圖3所示。鐵芯在額定激磁電壓下，測量鐵芯兩端片間電壓時，發(fā)現(xiàn)兩端片間有電位差存在。這個電位差是由于鐵芯、電壓表及導線所構成的回路與鐵芯內磁通相交鏈而產(chǎn)生的。因為交鏈的磁通量相當于總磁通的1/2，所以這個電壓的數(shù)值大體相當于匝間電壓的1/2。顯然，當鐵芯或其它金屬構件有兩點或兩點以上接地時，則接地點間就會形成閉合回路，造成環(huán)流，有時高達數(shù)10 A。該電流會引起局部過熱，導致油分解，產(chǎn)生可燃氣體，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電，使變壓器不能繼續(xù)運行。因此，鐵芯必須接地，而且必須是一點接地。
圖3 鐵芯兩點接地時的電壓
4 鐵芯多點接地故障的分析及處理
現(xiàn)場測試值表明：各項電氣絕緣試驗結果和高中低壓繞組的直流電阻結果都正常。解開鐵芯外引接地線，檢查鐵芯對地絕緣，接地電阻為0MΩ。用萬用表測量僅為0.37MΩ。又結合近幾次取樣結果，進行油中溶解氣體的分析判斷，結果表明油色譜監(jiān)測結果正常。
為此，拓普電氣初步分析認為主變鐵芯對地存在間隙性的接地故障，該故障是由于懸浮物在電磁場作用下形成的導電小橋造成的。因為潛油泵軸承磨損，金屬粉末進入油箱中，堆積在底部，在電磁引力作用下形成橋路，會使鐵軛與墊腳或箱底接通，造成多點接地；鐵芯絕緣受潮或損傷，箱底沉積油泥及水分，絕緣電阻下降，夾件、墊鐵、鐵盒絕緣(紙板或木塊)受潮或損壞等，會導致鐵芯高阻多點接地。
對這種情況，可采用電容沖擊放電法來進行排除。圖4為電容充放電電路，使用時首先合雙向開關K到1側，用直流高壓發(fā)生器對電容C充電，充電后快速把開關K合到2側，對變壓器故障點放電。對1號主變實施了第一次沖擊，有間歇地反復進行了7次沖擊后，測試鐵芯對地絕緣電阻為550MΩ，鐵芯接地故障得到了消除。
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司
1 鐵芯接地故障狀況
預防性試驗結果為：
(1) 測量繞組連同套管的絕緣電阻、介損試驗和泄漏電流試驗均合格；
(2) 繞組直流電阻測量：最大相間不平衡系數(shù)高壓側為0.86%，中壓側為0.91%，低壓側為0.81%，測試結果合格；
(3) 絕緣油試驗合格；
(4) 測量鐵芯對地絕緣電阻：采用型號為5000 V的兆歐表測得鐵芯對地絕緣電阻為0MΩ，用萬用表測量為0.37MΩ。
2 鐵芯的接地方式
鐵芯是由許多層硅鋼片疊積而成，片間有一層很薄的絕緣膜，因此鐵芯不是一塊實體的金屬良導體，加之磁通在鐵芯內部的分布以及漏磁通在外部的分布都不是絕對均勻的，其周圍的電場強度又各不相同，因此鐵芯兩側的電位不同。為避免變壓器存在懸浮電位，鐵芯及其夾件、墊腳既要與鐵芯一起接地又要與鐵芯絕緣。
鐵芯接地方式如圖1所示。圖1中(a)是一種最簡單的接地方式，在油箱內部完成，在同一側的上軛和下軛插入接地銅帶，上軛接地片與上夾件相接，下軛接地片與下夾件相接再與墊腳相接而接地，上夾件是通過鐵芯而接地的。這種方式多用于中等容量或較小容量的變壓器。圖1中(b)是鐵芯接地片與上夾件連結，然后經(jīng)套管引出油箱外部再接地，下夾件與墊腳經(jīng)箱底接地，鐵芯與油箱間是絕緣的，這種結構的上夾件不能與油箱接觸。圖1中(c)和(d)均用于鐵芯總厚度很大的大型變壓器，這種變壓器往往在疊片組中每隔一定厚度放置一層油隙，以改進散熱性能，或每隔一定厚度墊一層絕緣紙以降低渦流損耗。這時鐵芯被隔開成若干組，切斷了電容接地的路徑。為求得電位的盡可能均勻，要把各個被隔開的片組用∩形銅帶串聯(lián)起來。如鐵芯厚度很大時，采用(d)方式，即由中央部分接地，可使電位更均勻些。
圖1 變壓器鐵芯接地方式
3 鐵芯正常時必須一點接地的原因
在變壓器正常運行中，帶電繞組及引線與油箱間構成的電場為不均勻電場，鐵芯和其它金屬構件就處于該電場中。圖2示出了變壓器鐵芯不接地時的斷面示意。由圖2可見，高壓繞組與低壓繞組之間、低壓繞組與鐵芯之間、鐵芯與大地(變壓器油箱)之間都存在著寄生電容，帶電繞組將通過寄生電容的耦合作用使鐵芯對地產(chǎn)生一定的電位，通常稱為懸浮電位。由于鐵芯及其它金屬構件所處的位置不同，具有的懸浮電位也不同，當兩點之間的電位差達到能夠擊穿其間的絕緣時，便產(chǎn)生火花放電，這種放電是斷續(xù)的，放電后兩點電位相同，但放電立即停止，然后再產(chǎn)生電位差，再放電……。斷續(xù)放電的結果使變壓器油分解，長期下去，逐漸使變壓器固體絕緣損壞，導致事故發(fā)生。為避免上述情況發(fā)生，國標規(guī)定，變壓器鐵芯和較大金屬零件均應通過油箱可靠接地，20 000 kVA及以上的變壓器，其鐵芯應通過套管從油箱上部引出并可靠接地。具體做法是將變壓器鐵芯與變電站的接地系統(tǒng)可靠連接。這樣，鐵芯與大地之間的寄生電容被短接，使鐵芯處于零電位，這時在地線中流過的只是帶電繞組對鐵芯的寄生電容電流。對三相變壓器來說，由于三相結構基本對稱，三相電壓對稱，所以三相繞組對鐵芯的電容電流之和幾乎等于0。
圖2 寄生電容分布
鐵芯兩點接地時的電壓如圖3所示。鐵芯在額定激磁電壓下，測量鐵芯兩端片間電壓時，發(fā)現(xiàn)兩端片間有電位差存在。這個電位差是由于鐵芯、電壓表及導線所構成的回路與鐵芯內磁通相交鏈而產(chǎn)生的。因為交鏈的磁通量相當于總磁通的1/2，所以這個電壓的數(shù)值大體相當于匝間電壓的1/2。顯然，當鐵芯或其它金屬構件有兩點或兩點以上接地時，則接地點間就會形成閉合回路，造成環(huán)流，有時高達數(shù)10 A。該電流會引起局部過熱，導致油分解，產(chǎn)生可燃氣體，還可能使接地片熔斷，或燒壞鐵芯，導致鐵芯電位懸浮，產(chǎn)生放電，使變壓器不能繼續(xù)運行。因此，鐵芯必須接地，而且必須是一點接地。
圖3 鐵芯兩點接地時的電壓
4 鐵芯多點接地故障的分析及處理
現(xiàn)場測試值表明：各項電氣絕緣試驗結果和高中低壓繞組的直流電阻結果都正常。解開鐵芯外引接地線，檢查鐵芯對地絕緣，接地電阻為0MΩ。用萬用表測量僅為0.37MΩ。又結合近幾次取樣結果，進行油中溶解氣體的分析判斷，結果表明油色譜監(jiān)測結果正常。
為此，拓普電氣初步分析認為主變鐵芯對地存在間隙性的接地故障，該故障是由于懸浮物在電磁場作用下形成的導電小橋造成的。因為潛油泵軸承磨損，金屬粉末進入油箱中，堆積在底部，在電磁引力作用下形成橋路，會使鐵軛與墊腳或箱底接通，造成多點接地；鐵芯絕緣受潮或損傷，箱底沉積油泥及水分，絕緣電阻下降，夾件、墊鐵、鐵盒絕緣(紙板或木塊)受潮或損壞等，會導致鐵芯高阻多點接地。
對這種情況，可采用電容沖擊放電法來進行排除。圖4為電容充放電電路，使用時首先合雙向開關K到1側，用直流高壓發(fā)生器對電容C充電，充電后快速把開關K合到2側，對變壓器故障點放電。對1號主變實施了第一次沖擊，有間歇地反復進行了7次沖擊后，測試鐵芯對地絕緣電阻為550MΩ，鐵芯接地故障得到了消除。
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