变压器的绕组和铁芯是传输和转换电磁能量的主要部件。确保它们的可靠运行是人们关心的问题。统计显示,由铁芯问题引起的故障占变压器总事故的第三位。制造部已经关注到变压器铁芯的缺陷,在铁芯接地、铁芯接地监测、一点接地等方面进行了技术改进。运营部也把铁芯故障的检测和发现提到了很高的水平。然而,变压器铁芯故障仍然频繁发生,主要原因是铁芯多点接地和接地不良。本文介绍了两种故障的判断和处理方法。
1.铁芯正常的时候,需要一点接地。变压器正常运行时,带电绕组与油箱之间有一个电场,铁芯等金属部件就在这个电场中。由于电容分布不均匀,场强不同,如果铁芯不能接地,会造成充放电,破坏固体绝缘和油的绝缘强度,所以铁芯必须可靠接地。
铁芯由硅钢片组成。为了减少涡流,片与片之间要有一定的绝缘电阻(一般只有几欧姆到几十欧姆)。由于片与片之间的电容极大,可以看作交变电场中的一条通路,所以只需要将铁芯中的一点接地,就可以将整叠铁芯叠片的电位箝位到地电位。
当铁芯或其金属部件在两点或多点(多点)接地时,接地点之间会形成闭合回路,粘结部分磁通,感应电动势,形成回路,导致局部过热,甚至烧坏铁芯。
变压器铁芯只有一点接地,这是正常接地。就是铁芯一定要接地,而且一定要一点接地。
铁芯的故障主要是两个原因造成的,一是施工工艺不好造成的短路,二是附件和外界因素造成的多点接地。
2.铁芯多点接地型
(1)变压器安装完成后,油箱顶盖上运输的定位销未翻转或拆除,构成多点接地。
(2)由于铁芯线夹的肢板离芯柱太近,铁芯叠片因故倾斜,接触到线夹的肢板,形成多点接地。
(3)铁轭螺丝的衬套过长,与铁轭叠片碰撞,形成新的接地点。
(4)铁芯下夹铁轭与脚垫之间的绝缘纸板脱落或损坏,使脚垫铁轭处的叠片相碰而接地。
(5)带潜水泵装置的大中型变压器,由于潜水泵轴承的磨损,金属粉末进入油箱,沉积在油箱底部,在电磁力的作用下形成桥梁,将下铁轭与支脚或箱底连接起来,形成多点接地。
(6)油浸式变压器油箱盖上的温度计座盖过长,与上夹或铁轭边缘、边柱碰撞形成新的接地点。
(7)金属异物落入油浸式变压器油箱。这种金属异物将铁芯叠片与箱体连接起来,形成接地。
(8)下夹与铁轭台阶之间的木垫块受潮或表面不干净,污泥较多,使其绝缘电阻降至零,构成多点接地。
3.多点接地时的异常现象。
(1)铁芯内产生涡流,铁损增大,铁芯局部过热。
(2)多点接地严重且长时间不处理时,变压器连续运行会导致油和绕组过热,使油纸绝缘逐渐老化。会造成铁芯叠片的两个绝缘层老化脱落,造成更大的铁芯过热烧毁。
(3)长时间多点接地会使油浸变压器的油变质,产生可燃气体,使气体继电器动作。
(4)由于铁芯过热,导致体内的木质垫块和线夹碳化。
(5)严重的多点接地会造成接地线烧坏,变压器失去正常的一点接地,后果不堪设想。
(6)多点接地也会引起放电。
4.多点接地故障检测。铁芯多点接地故障判定方法通常从两个方面进行检测:
(1)进行气相色谱分析。在色谱分析中,如果气体中甲烷和烯烃含量较高,但一氧化碳和二氧化碳含量与过去相比变化不大,或含量正常,则说明铁芯过热,可能是多点接地造成的。
色谱中出现乙炔气体时,说明铁芯有间歇性多点接地。
(2)测量接地线中是否有电流。用钳形表测量变压器铁芯引出接地套管的接地线上是否有电流。当变压器铁芯正常接地时,不形成电流回路。接地线上的电流很小,是毫安级(一般小于0.3A)。多点接地时,铁芯的主磁通相当于短路匝的存在,环流在匝中流过。其值取决于故障点和正常接地点之间的相对位置,即短路匝中包含的磁通量。一般高达几十安培。通过测量接地引线中的电流,可以非常准确地判断铁芯是否存在多点接地故障。
5.多点接地故障的消除
(1)变压器无法停运时的临时消除方法:
①有外部接地线。如果故障电流较大,可临时接通接地线进行操作。但必须加强监测,防止故障点消失后,铁芯出现浮电位。
②如果多点接地故障不稳定,可以在工作接地线中接入一个滑动电阻,将电流限制在1A以下。滑阻的选择是将正常工作接地线开路测得的电压除以接地线上的电流。
③应通过色谱分析监测故障点的产气率。
④通过测量找到准确的故障点后,如果无法处理,可将铁芯的正常工作接地片移到故障点的相同位置,以大大降低环流。
(2)检修措施。发现监控变压器多点接地故障后,应及时停运能停运的变压器,退出后彻底消除多点接地故障。根据多点接地的类型和原因,采取相应的维护措施,消除此类故障。但有些情况下,停电后找不到故障点。为了准确找到接地点,现场可采用以下方法。
① DC法。打开铁芯与线夹之间的连接件,在磁轭两侧的硅钢片上施加6V DC,然后用DC电压表依次测量各级硅钢片之间的电压。当电压等于零或表计指示相反方向时,可以认为这个地方是故障接地点。
②沟通方式。将变压器的低压绕组接入220 ~ 380 V的交流电压,铁芯中有磁通量。如果有多点接地故障,用毫安表测量时会出现电流(铁芯与线夹的连接片要打开)。用毫安表沿铁轭逐点测量。当毫安表中的电流为零时,就是故障点。