【摘 要】我国国民经济以及电力行业的快速发展,使得人们对电力依赖性相应提高,进而对供电安全稳定提出更高的运行质量要求。变压器是电力系统不可缺少的关键设备,其是否正常运行与电力系统稳定性密切相关。其中变压器铁芯多点接地故障是影响变压器正常运行的重要因素之一,其会造成局部升温以及能源损耗等问题。因此本文主要阐述了变压器铁芯多点接地故障的产生原因和易发生故障的位置,同时对故障分析方法以及有效处理措施进行合理分析。
【关键词】变压器铁芯 多点接地 故障
1故障产生原因
将铁芯两点连接并用电压表测量铁芯两端电压,此时两端存在一定的电位差,其是由铁芯、电压表、相关回路以及铁芯内部磁通相交链共同作用产生的。这种电压差主要由于铁芯两个连接点的相对位置不同而有所差异。该电位差可通过铁芯磁通变化进行解释,铁芯内部的磁通密度不均匀,接近内框时,其磁路相对较短并且磁阻小,而靠近外框时则状态相反,而铁芯整体从内框向外框的磁场密度呈现逐渐减小的趋势。所以外框电压值应小于内框电压。而当变压表两个测量点位置相对较近时,其交链磁通量较小且电压较低。而当两测量点共同接触铁芯上任一点时,电压数值为零,其可表明当铁芯单点接地时,不存在相对电位差以及环流的情况[1]。而当铁芯多点接地时,由于相对电位差进而产生一定量的环流。
通常铁芯采用一点接地即可保证变压器正常运行,而当铁芯出现两点或者多点接地情况时,由于存在一定的电位差导致产生环流,这种环流基本在数十安甚至数百安以上,因
此这种大电流会导致铁芯出现局部过热的情况。而这种情况会使得铁芯以及接地片出现局部熔断损坏,从而产生铁芯电压悬浮以及放电性障碍,所以变压器铁芯应当采用一点接地的方式。
2易发生故障位置
一般而言,变压器铁芯多点接地故障大多发生在以下4个位置。
2.1 夹具和夹件
夹具和夹件是变压器铁芯多点接地故障的高发区之一,该位置发生故障的原因是变压器接地铜片与夹具和夹件之间连接和紧固程度不足,使得铁芯距离夹具和夹件相对较近产生一定的放电现象。
2.2 铁芯绝缘体
铁芯绝缘体是变压器不可缺少的组成单元,其遇水易发生潮解。实际变压器安装和维修过程中,需要对变压器进行防雨和防渗水处理,如果没有进行相关处理极易导致绝缘体潮解膨胀,这种情况会使得变压器各组件间彼此搭联,进而产生铁芯多点接地故障[2]。
2.3 硅钢片
硅钢片常受到外力作用和温度变化的影响较大,极易产生一定程度的弯曲形变。实际铁芯制造和维护过程中,需要对硅钢片进行严箍和对齐处理,如没做这种处理,硅钢片使用过程容易产生弯曲,这不仅会对变压器正常使用造成影响,也会发生铁芯多点接地故障。
2.4 接地套管
接地套管是变压器的常发生故障的功能部位,其主要影响因素是外力大小以及温度变化,这两种因素容易导致接地套管产生一定程度的形变和裂缝,甚至导致接地套管迸裂,在变压器内部形成大量杂物。而这种杂物对变压器铁芯多点接地起到搭接作用,进而发生故障。
3故障分析方法
3.1 试验数据分析法
这种数据分析法是铁芯多点接地故障主要判断确定方法之一,该方法主要是判断变压器铁芯是否发生多点接地故障,其具体可以归纳为以下2种。
3.1.1色谱数据分析法
这种方法主要是利用油中溶解气体色谱进行数据分析,其具有操作简便和检测分析效率高等特点。通常技术较为成熟和应用广泛的是三比值法以及四比值法,其中三比值法主要对变压器油中溶解气体各组分浓度是否超出注意值以及产气速率超出限值才可进行故障判断,因此这种方法不利于故障初期判断和处理。而四比值法是较为精确判断的检测分析方法,通常对五种特征气体的四对比值测定判断故障是否发生。其中变压器铁芯多点接地故障判断准确度高的指标是对铁件或油箱中是否出现不平衡电流进行检测[3]。其主要参考指标是CH4 /H2比值范围在1-3,C2H6 /C2H4比值小于1,C2H4 / C2H6比值不小于3以及C2H2 /C2H4比值小于0.5,其中这些气体是被测充油电气设备中各种特征气体的浓度数值,只有被测变压器的相关指标符合上述判据条件就可确定变压器发生铁芯多点接
地故障。这种方法常需与电气测量数据配合使用。
3.1.2电气测量数据分析法
电气测量数据分析法主要包括环流测量法以及绝缘电阻测量法。首先是环流测量法,当变压器正常运行过程中,可用钳型电流表测量变压器铁芯外引接地套管的接地引下线的电流数值,通常正常状态下,该电流数值很小,基本为mA级别。但当变压器发生多点接地故障时,这种环流数值达到A级,甚至可达数百安培以上,通过对环流数值的测量可对铁芯多点接地故障进行有效判断。其次是绝缘电阻测量法,该方法需要停止设备运行并断开铁芯引出的接地线,同时使用2500V兆欧表对铁芯接地套管的绝缘电阻进行测量。与历年检测数据以及零电阻相比,该电阻数值较低时,则变压器可能出现铁芯多点接地的情况。如果出现这种情况时,应对相应的绕组直流电阻进行精确测量,如测量数值没超出相对标准,同时与长期测量数据相比,该数值的偏差很小且变化规律大致相同,则可确定故障位置不在电气回路,进而明确是变压器铁芯多点接地故障。
3.2 设备运行状况分析
这种方法主要基于已发生故障的前提下,对设备的实际运行状况进行分析,从而对故障类型进行有效判断。同时根据分析结果制定合理有效的应急处理措施。这种状况分析大致可包括以下两种方法。首先对变压器的使用时间、负荷情况以及突发故障和外力作用情况进行分析。其次是参考变压器以往的运行情况以及相关试验记录,并与色谱分析以及电气试验等试验数据结合分析,从而确定故障类型。通常变压器长时间处于未运行状态,当变压器铁芯电阻突然性降低且色谱分析数据正常,这是一种不稳定的接地故障,其故障可能是油泥沉淀导致的。当确定故障类型时,即可根据类型制定有效的解决方案进行及时处理。
4多点接地故障的有效处理措施
4.1 应急措施
这种措施主要针对设备停运时候的不稳定接地故障,对其故障进行限制甚至是排除处理。该措施主要应用电容放电冲击法,这种方法是较为常见的应急措施之一,其具体实施流程如下所示:首先将开关置于铁芯正常接地点,此时铁芯接地引出线处于断开状态,使用兆欧表充电电容,充电时间为1min。接下来将开关置向放电回路,此时电容起电源作用并对故障点进行放电,再测量铁芯绝缘电阻并通过电阻变化判断故障是否排出。如果电阻值与变压器正常状态的电阻值一致时,则可确定不稳定接地故障已排除,但是电阻值不同时,则需进行反复多次放电处理才可排除故障。通常这种方法放电过程使用的冲击电流应适当,防止因铁芯底部绝缘垫块过薄而导致击穿现象。
4.2 故障彻底排除措施
这种措施主要针对故障情况相对严重并处于发展阶段,这会对变压器的安全稳定造成严重影响。这种情况通常需要对变压器实施有效的吊罩检修作业进而解决故障问题。而采用吊罩检修对故障进行查找时,其检修方法主要可包括以下5种。
4.2.1外观检查法
这种方法是较为普遍的故障查找方法之一,其主要对铁芯和夹件支板的碰撞情况、硅钢片弯曲程度、铁芯柱与拉板间异物问题等情况进行检查,如果上述情况均未出现时,需要进行下一步故障点查找作业。
4.2.2直流检测法
该方法主要是打开铁心和夹件间的连接片,并使用6V 的直流通过铁轭两侧的硅钢片,再使用直流电压表对相应的硅钢片电压进行测量,当电压数值为零或者指针出现相反指向时,即可确定此处为故障接地点。
4.2.3交流检测法
这种方法主要使用220-380V 交流电压,其是将电压接入到变压器低压绕组,使得高压侧和中压侧出现短路接地的情况,进而导致铁芯产生磁通。当存在故障时,则用毫安表进行测量电流数值。该过程需要对相应各点电流依次测量,如出现电流数值为零时,则可确定该点是故障接地点。与直流检测法,交流检测法主要检测电流变化,其准确性和直观性较高。
4.2.4铁心加压法
这种方法基于铁芯接地点断开的前提下,利用交流试验装置对铁芯加电压,如果故障点出现接触问题时,电压增加过程会产生放电声以及电火花,通常根据这种电火花查找故障接地点。
4.2.5铁心加大电流法
这种方法主要针对故障接地点相对稳固的情况,其具体表现为试验装置电流增大时,电压并没有随之增加以及无放电现象。该方法需要断开铁芯接地点后,使用电焊机装置对铁芯进行加电流。当电流增加过程中,由于故障接地点的电阻较大,使得故障接地点温度
快速升高,这种高温会导致变压器油分解而产生冒烟情况。通常可根据冒烟情况判断故障接地点,同时故障接地点排除情况可用铁心加压法进行有效检验。
5结语
通过本文对变压器铁芯多点接地故障的产生原因和易发生故障的位置的阐述,以及故障分析方法以和故障有效处理措施的合理分析。不难看出,变压器铁芯作为常用的供电系统元件之一,其运行状态关系到供电系统是否正常运行。因此需要根据情况和位置分析采用合理有效的处理措施,才能从根本上限制和排除多点接地故障,进而保障变压器以及供电系统的安全稳定运行。
参考文献:
[1]徐刚.基于RS-485总线的变压器铁芯多点接地在线监测装置[D].华北电力大学,2013.
[2]翟亮.一起220kV变压器铁芯夹件接地故障的分析及现场处理[J].科技传播,2013,(1).
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