一台变压器铁芯多点接地故障的处理

1、一台变压器铁芯多点接地故障的处理曹小龙1，陈平1，曹小虎2，吴栋梁1，雷乘龙1(1 甘肃省天水供电公司，甘肃 天水 741020；2 甘肃省电力公司检修公司，甘肃 兰州 730000)摘 要 ：介绍了一台主变压器的故障实例，分析油色谱跟踪数据，采用各种判断方法认为变压器有发生铁芯多点接地故障的可能，经停运检查证实了色谱分析结论。根据现场条件采用铁芯加压法来处理 故障，交流耐压试验表明铁芯多点接地故障已消除，结合故障处理过程，给出了确保变压器正常运行的 预防措施。关键词 ：变压器 ；色谱分析法 ；过热性故障 ；铁芯多点接地中图分类号 ：TM411 文献标识码 ：B 文章编号 ：1007-3175

2、(2014)08-0050-04Trouble Shooting for a Transformer Iron CoreMultiple Spots Grounding FaultCAO Xiao-long1, CHEN Ping1, CAO Xiao-hu2, WU Dong-liang1, LEI Cheng-long1（1 Gansu Tianshui Power Supply Company, Tianshui 741020, China;2 Gansu Power Grid Maintenance Overhaul Company, Lanzhou 730000, China）Abs

3、tract: Introduction was made to a fault actual example of a set of main transformer. This paper analyzed oil spectrum tracking data and adopted a variety of judgement methods to consider that there was possible of transformer with multiple spots grounding fault taking place, and tieup examination pr

4、oved spectrum analysis conclusion. According to site conditions, an iron core pressure adding method was adopted to have trouble shooting. The AC withstanding voltage test shows that the iron core multiple spots grounding faults have been shoot out. Combined with trouble shooting process, this paper

5、 gave the prevention measures to ensure normal transformer operation.Key words: transformer; spectrum analysis method; over heating fault; iron core multiple spots grounding1 故障简介表1 2号主变油色谱数据L/L分析日期H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C1+C2某公司的变电站 2号主变压器型号为 SFZ7-10000/35，容量为 10 000 kVA，额定电压为 38.5±3×2.5%/

6、11 kV，额定电流为 165/525 A，冷却方式为油 浸风冷，采用有载调压方式，20 世纪 90 年代初期 国内某厂的产品，钟罩式结构，铁芯无外引接地套 管 ( 铁芯与金属结构件均通过油箱可靠接地 )。该变压器于1995年12月投运，投运以来状态一 直良好，从未进行过吊罩检修，历年例行试验结果 均在合格范围内。2013年9月 12 日在例行油中溶解气体色谱分 析中 ( 以下简称色谱 ) 发现油中特征气体突然异 常，多项特征气体含量超标，2 号主变油色谱数据 如表 1 所示。2010-04-232011-03-082012-03-262013-04-182123202112613213613

7、19871 0119961 003171918151631313014121716000047626661 2013-09-12 79 155 1 028 216 502 176 1 895 2 色谱数据初步分析2.1 特征气体含量分析由表 1 中数值可见 ：总烃含量高达 895L/L， 大于导则规定的注意值 (150L/L) 约 4.96 倍 1， 且其增长速度很快 ；C2H4 和 CH4 含量累计高达 718L/L，在总烃中占较大比重 ；C2H2 含量较低且 未构成总烃的主要成分。CO 和 CO2 变化量较小，说 明故障未涉及固体绝缘。油中气体以 CO2、C2H4 和作者简介：曹小龙(19

8、71- )，男，高级工程师，本科，从事电力设备状态检测和电气试验工作。50一台变压器铁芯多点接地故障的处理 电工电气 (2014 No.8)CH4 为主，其次是 C2H6、CO和 H2，初步判断变压器存在油过热性故障。2.2 用三比值法判断C2H2/C2H4=1/502=0.001 992，小于 0.1，比值范 围编码为 0 ；CH4/H2=216/79=2.734，大于或等于 1 且 小于 3，比值范围编码为 2 ；C2H4/ C2H6=502/176=2.852，大于或等于 1 且小于 3，比值范围编码为 1 ；根 据导则中三比值法判断，5 种特征气体的比值编码 分别为 0、2、1，可推断

9、出 2 号主变内部存在中等 温度范围 (300 700 ) 过热性故障。其典型缺 陷部位为 ：分接开关接触不良、引线夹件螺丝松动 或接头焊接不良、涡流引起铜过热、铁芯漏磁、局 部短路、层间绝缘不良、铁芯多点接地等。2.3 估算故障点温度根据有关经验公式可以估算故障点温度 ：T =322 lg(C2H4/C2H6)+525=322 lg(502/176)+525=322×0.455 2+525 671.57 ，与三比值法结论相吻合。2.4 初步处理意见2 号主变色谱分析出现数据异常后，设备运行 管理单位高度重视，立即组织相关人员分析并给出 处理意见 ：(1) 色谱分析数据突然异常表明变

10、压器内部很可能存在故障，而且出现异常数据的时间仅 6 个月， C2H2 含量不是很高。又调查该变压器近半年未经受 过任何不良工况，在运行中亦无异常声响及发热状 况 ( 红外测温无异常 )。(2)2 号主变所带负荷较重，在近期内不能停 电检查。(3) 为随时掌握 2 号主变内部存在的过热性故 障及其发展情况，决定缩短变压器油色谱监测周期， 以油色谱监测为主对该主变进行跟踪监视，同时采 取加强运行监视和增加红外测温次数，密切注视故 障的发展趋势。(4) 根据跟踪测试结果，择机吊罩检查，消除 变压器故障。3 油色谱跟踪试验分析由表 2 所示，连续 1 月对变压器进行跟踪发现总烃含量呈上升趋势，至 1

11、0 月 l3 日，总烃已达1 266.8L/L，其中主要增长组分是 C2H4 和 CH4。说 明该变压器故障发展出现劣化情况。表2 2号主变油色谱数据L/L日期H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C1+C2三比值编码2013-09-122013-09-162013-09-242013-09-302013-10-062013-10-137987921021081211551681701691721851 0281 0721 0861 0741 0831 1262162332452882933145025175385736327221761811982062162291.01.21.51.

12、61.41.8895.0932.2982.51 068.61 142.41 266.80、2、10、2、10、2、10、2、10、2、10、2、2体增长较快的是 C2H4 和 CH4，这 2 类气体约占总烃含量的 80% 左右，其产气速率呈急剧上升趋势。而 CO和 CO2 与以往相比变化甚少或正常时，进一步可 判断内部过热为裸金属过热性故障。变压器中的裸 金属件主要是铁芯，怀疑故障点部位可能在磁回路 以及金属构件部分。3.3 用三比值法判断考察烃类各组分与总烃的比率关系，如表 3 所示。3.1 产气速率变化分析9月 12 日至 10月 13 日，变压器实际运行 31 天， 总烃相对产气速率为

13、：1 266.8-895r= ×100%=41.54%/月1×895总烃相对产气速率为 41.54%/月，产气速率远 远超过了注意值 ( 小于 10%/月 )，总烃与时间大致 成正比增长关系，而且各种特征气体产气速率都有 逐渐上升的趋势，这表明该变压器内部过热性故障 处于发展趋势，故障性质不断劣化。3.2 特征气体分析C2H2 含量低小于导则中 5L/L 的规定，占总 烃值的比例小，跟踪期间其含量基本没有变化，虽 然 C2H2 为 1.8L/L，可能由于高温过热产生的，说 明变压器内部存在电弧放电的可能性很小。烃类气表3 烃类各组分与总烃的比率%日期C2H4/(C1+C2)

14、 CH4/(C1+C2) C2H6/(C1+C2) C2H2/(C1+C2) 2013-10-13 56.09 24.13 19.66 0.11 由表 3 可知，9 月 12 日至 10 月 6 日特征气体的三比值编码均为 0、2、1，故障为“中等温度范 围 (300 700 ) 过热性故障”；10月 13 日三比 值编码为 0、2、2，故障发展为“高于 700 高温51电工电气 (2014 No.8)一台变压器铁芯多点接地故障的处理范围的过热性故障”。3.4 用四比值法判断对 2013 年 10 月 13 日色谱数据采用四比值法中 “铁件或油箱出现不平衡电流”一项的判据来诊断 2， CH4/

15、H2=2.595，C2H6/CH4=0.729 3，C2H4/C2H6=3.152 8， C2H2/C2H4=0.002 493。计算结果符合铁芯磁路故障 的判据 (CH4/H2=13 ；C2H6/CH4 1 ；C2H4/C2H6 3 ；C2H2/C2H4 0.5)。3.5 用烃类各组成成分占总烃的百分比分析由表 3 可知烃类气体含量大小顺序为 ：C2H4 CH4 C2H6 C2H2，呈递减规律。根据变压器铁芯 多点接地故障的诊断经验表明烃类各组分与总烃的 比率关系符合表 4 时 3，则可认为变压器有发生铁 芯多点接地故障的可能。表4 变压器铁芯多点接地时烃类各组分与总烃的比率范围零 ( 交接

16、值为 5 000 M），改用数字万用表测量结果为 1.5，证实了色谱分析结论，可以肯定该主 变一定存在铁芯多点接地故障。4.1.2 排除铁芯受潮 现场有人提出因变压器运行年久，怀疑铁芯是否因受潮而造成铁芯多点接地，分析变压器油中水 分含量酸值、微水、油耐压等正常，排除因变压器 油质变坏 ( 如油耐压强度低、酸值高等 ) 引起的铁 芯多点接地。4.2 吊罩检查吊罩放油前 ( 拆除套管后 ) 观察到变压器油面 漂浮大量悬浮物，现场决定先采用不吊罩，将绝缘 油脱气过滤后重新注入变压器，看能否排除故障再 吊罩检查，未奏效。随即对主变吊罩检查，以彻底 查清故障原因。吊罩检查结果如下 ：(1) 钟罩吊起

17、后首先对铁芯进行外观检查，未发现明显故障部位。 (2) 用榔头敲击振动夹件，同时用万用表监测铁芯 绝缘电阻无变化。(3) 检查穿芯螺栓，测其绝缘电 阻正常，穿芯螺栓绝缘良好。(4) 检查变压器油箱 底部和铁芯表面有少量已锈蚀的焊渣及个长短不 一的断锯条，锯条一端已经碳化，说明变压器的制 造工艺存在严重问题。(5) 清除焊渣和锯条后并用 压力油冲洗箱底后再用表测铁芯对地绝缘，绝缘电 阻无变化。比率范围/%C2H4/(C1+C2)CH4/(C1+C2)41.368.418.240.64.019.003.4C H /(C +C )2 6 1 2C2H2/(C1+C2)上述油色谱分析的几个特征符合变压

18、器铁芯多点接地故障的具体表现，初步诊断 2 号主变的故障 可能是铁芯多点接地。色谱数据表明该故障有加剧 发展的趋势，如不及时进行处理，很有可能造成 故障发展扩大。为避免故障扩大，于 2013 年 10 月14 日将该主变停运检查处理。5 故障处理4 停电检查系统运行方式暂不允许 2 号变长时间停电，再加上天气不好，变压器本体在空气中暴露时间不宜 太长，根据现场条件决定采用铁芯加压法来处理 5。 其接线如图 1 所示。4.1 电气试验变压器停运后分别测量绕组绝缘电阻 ( 吸收 比 )、介质损耗因数 tan、绕组直流电阻和电压 比等项目 4，其结果与历史数据比较无明显偏差， 变化规律基本一致。由此

19、可确定故障部位不在电气 回路和主绝缘部位 ( 如分接开关接触不良引线夹件 螺丝松动或接头焊接不良等 )。需要通过测量铁芯 绝缘电阻确认故障的具体部位。4.1.1 铁芯绝缘电阻 该变压器铁芯接地片未引出，无法检测铁芯的绝缘情况，只能通过放油后才能检测铁芯对地绝缘。 现场工作人员将本体变压器油放至套管以下，拆开 高压套管，在套管 A 相入孔处打开上铁芯接地片， 用 1 000 V 兆欧表测量铁芯对地绝缘电阻，结果为 KT1T2铁芯A6 kV220 VV 图1 铁芯加压法接线图将铁芯的正常接地点断开，利用现场试验班组 的交流试验装置给铁芯加压，当电压升至 400 V 左 右时，现场工作人员听到变压器

20、内部有“啪”的放 电声，降压断电后测量绝缘电阻，发现绝缘电阻升 至 1 200 M, 当升至 650 V 左右时，又听见放电声， 复测铁芯对地绝缘电阻。绝缘电阻升至 2 600 M。52CR一台变压器铁芯多点接地故障的处理 电工电气 (2014 No.8)为了确定多点接地故障已消除，试验人员对铁芯进行了 1 000 V/1 min 的交流耐压试验，试验合格。再 测绝缘电阻正常，因此至此，可确定铁芯多点接地 故障已消除。造成铁芯多点接地的原因可能是变压器制造过 程中残留在变压器内部的一些具有导电性质的悬浮 物。当变压器运行时，在油流作用下，油中杂质在 铁芯某点和接地部位间形成“小桥”造成铁芯接地

21、。通过主变的铁芯多点接地故障的情况和处理过程，暴露了变压器制造厂家、维护单位在管理和生 产上的一些问题，针对这种现象，提出以下几点措 施 ：(1) 无外引接地套管的变压器，无法在油箱外 检查铁芯是否有多点接地故障，通过色谱分析和停 电电气试验相互配合使用，才能确保诊断的准确性 和可靠性。(2) 变压器发生铁芯内部局部短路基本 表现为故障处油的局部过热，因此特征气体表现为 C2H4 和 CH4 明显增加，约占总烃含量的 80% 以上， 且随着故障点温度的升高，C2H4 所占比例也增加。 (3) 采用铁芯加压法不失为消除变压器铁芯多点接 地故障行之有效的方法。(4) 对于新投产的变压器 应在制造时

22、就要求厂家将铁芯接地片引出，便于在 运行中加强铁芯对地绝缘的监视，及时消除铁芯故 障 6。(5) 对发生过多点接地故障的变压器在消除 铁芯多点接地现象后，更要增加色谱跟踪密度防止 再次形成故障。(6) 从这起故障处理来看，作为检 修部门应严把投运前的吊芯检查关，避免箱底不清 洁或有金属异物造成铁心多点接地。6 处理效果检查故障消除后，对 2 号主变压器的变压器油进行真空脱气处理后回注，将变压器组装完毕后按照规 程要求静置 24 h 后进行各项试验，试验数据完全 合格。2 号主变压器于当天投运。为防止铁芯多点 接地再次发生，上级管理单位要求定期对该主变压 器油色谱试验数据分析跟踪，分析各阶段气体变化 情况，如表 5 所示。表5 2号主变投运后油色谱数据L/L分析日期H2COCO2CH4C2H4C2H6C2H2C1+C22013-10-142013-10-152013-10-202013-10-302013-11-15151716141211212913612511742746447342541014151917161115211813812151412000003342554941参考文献 1 DL/T 7222000 变压器油中溶解气体分析和判断导 则 S. 北京 ：中国电力出版社，2000.2 董其国 . 电力变压器故障与诊断 M. 北京 ：中国 电力出