1鐵芯和夾件接地的作用

1.1 防止懸浮電位和放電現(xiàn)象

在變壓器運(yùn)行過(guò)程中,鐵芯及其金屬構(gòu)件因受強(qiáng)電場(chǎng)作用易產(chǎn)生懸浮電位。若不接地,鐵芯和夾件之間可能因電位差產(chǎn)生放電現(xiàn)象。當(dāng)兩點(diǎn)間電位差足以擊穿其間絕緣時(shí),將產(chǎn)生火花放電,進(jìn)而可能引發(fā)更嚴(yán)重的電氣故障。通過(guò)將鐵芯和夾件分別接地,可避免它們與油箱等其他部件處于相同電位,從而防止因電位差引起的放電現(xiàn)象^[1]。

1.2 防止渦流和過(guò)熱情況

變壓器鐵芯由硅鋼片組成,硅鋼片之間是絕緣的,旨在防止產(chǎn)生較大渦流。若鐵芯多點(diǎn)接地,將導(dǎo)致渦流增大,進(jìn)而引起鐵芯局部過(guò)熱,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致接地片燒斷,鐵芯產(chǎn)生懸浮電位。因此,鐵芯必須單點(diǎn)接地,但若出現(xiàn)兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地,接地點(diǎn)將形成閉合回路,造成環(huán)流,引發(fā)局部過(guò)熱,導(dǎo)致絕緣油分解,絕緣性能下降,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)龎蔫F芯硅鋼片,引發(fā)主變重大事故。

1.3 方便維護(hù)和檢測(cè)

將鐵芯和夾件分開(kāi)接地,有助于在維護(hù)和檢測(cè)過(guò)程中更容易地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,如用鉗形電流表測(cè)量鐵芯和夾件的接地電流大小,還可以通過(guò)測(cè)量其各自的接地電阻來(lái)迅速查找問(wèn)題。

2鐵芯和夾件接地導(dǎo)通的原因分析

由于變壓器設(shè)計(jì)、制造及安裝不當(dāng)?shù)仍?鐵芯多點(diǎn)接地現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,但鐵芯與夾件接地導(dǎo)通的事例并不多見(jiàn)。造成鐵芯、夾件接地導(dǎo)通的原因很多,歸納起來(lái)主要有以下幾點(diǎn):

1)變壓器設(shè)計(jì)及制造工藝不良,造成絕緣距離過(guò)小或絕緣結(jié)構(gòu)發(fā)生位移。

(1)材料選擇不合理:如果變壓器的材料(如絕 緣材料、導(dǎo)體材料等)不符合標(biāo)準(zhǔn)或性能要求,可能導(dǎo)致絕緣性能下降。

(2)設(shè)計(jì)不合理:設(shè)計(jì)過(guò)程中可能存在結(jié)構(gòu)或設(shè)計(jì)缺陷。例如,變壓器的繞組布局不合理、絕緣層設(shè)計(jì)不足或過(guò)厚,都會(huì)影響鐵芯對(duì)地絕緣的效果。

(3)制造工藝不完善:變壓器制造過(guò)程中缺乏嚴(yán)格的質(zhì)量控制,導(dǎo)致材料表面存在裂紋、氣孔或其他缺陷,從而影響絕緣性能。

2)變壓器裝配及安裝不到位,致使金屬雜物滯留或掉入箱內(nèi),導(dǎo)致鐵芯與夾件多點(diǎn)接地。

(1)夾件固定不牢:如果變壓器的夾件(用于固 定繞組)沒(méi)有牢固地固定在鐵芯上,可能會(huì)導(dǎo)致繞組與外殼發(fā)生多點(diǎn)接觸或松動(dòng),進(jìn)而影響絕緣性能。

(2)金屬雜物滯留:運(yùn)輸和搬運(yùn)過(guò)程中可能有金屬雜物(如螺釘、螺絲等)嵌入到變壓器內(nèi)部,特別是在夾件和繞組之間,可能導(dǎo)致局部短路或接地。

(3)安裝精度不足:如果在安裝過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求對(duì)變壓器進(jìn)行調(diào)整,可能會(huì)導(dǎo)致鐵芯與外殼之間的間隙過(guò)大或過(guò)小。

3)運(yùn)輸、安裝時(shí)變壓器傾斜和沖撞振動(dòng),使變壓器局部或整體發(fā)生機(jī)械位移,以致絕緣距離不夠和絕緣損壞。

(1)搬運(yùn)不當(dāng):在運(yùn)輸過(guò)程中,如果變壓器被錯(cuò)誤地放置或傾斜,可能導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力不均,進(jìn)而影響絕緣性能。

(2)搬運(yùn)工具使用不當(dāng):如果搬運(yùn)工具設(shè)計(jì)不合理(如沒(méi)有固定夾具),可能無(wú)法有效固定變壓器的位置,導(dǎo)致運(yùn)輸過(guò)程中出現(xiàn)晃動(dòng)或傾倒。

(3)安裝震動(dòng)問(wèn)題:搬運(yùn)完成后,在安裝過(guò)程中震動(dòng)過(guò)大而對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)造成損害。

4)絕緣受潮。

(1)環(huán)境濕度過(guò)高:如果變壓器處于高濕度或潮濕的環(huán)境中,可能導(dǎo)致絕緣材料吸收水分而發(fā)生軟化或老化。

(2)空氣污染:變壓器內(nèi)部可能受到外部污染物(如硫化物、氯化物等)的影響,進(jìn)而腐蝕絕緣材料。

(3)材料儲(chǔ)存不當(dāng):如果絕緣材料在存儲(chǔ)過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行干燥處理,可能會(huì)導(dǎo)致水分滲透到變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中^[2]。

3 故障案例分析

銅灣電站為湖南省境內(nèi)沅水干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第五級(jí)。壩址位于中方縣銅灣鎮(zhèn)上游0.5 km處,距懷化市50 km,下接清水塘水電站庫(kù)尾,上與安江水電站尾水銜接,是一個(gè)以發(fā)電為主,兼顧航運(yùn)等綜合利用的水電工程,電站裝機(jī)容量180 MW。

現(xiàn)以銅灣電站#1主變?yōu)槔榻B如何分析、判斷和處理鐵芯和夾件導(dǎo)通故障。

故障現(xiàn)象:銅灣電站1#主變壓器為特變電工生產(chǎn)的SSP10—100000/220型變壓器,于2007年12月投產(chǎn)使用。2013年,由預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)主變鐵芯與夾件的接地電流存在超標(biāo)的隱患。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示:1#主變鐵芯和夾件的接地電流為6.4 A,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出主變產(chǎn)品出廠文件中接地電流不應(yīng)超過(guò)0.1 A的要求。根據(jù)直流電阻和絕緣電阻的試驗(yàn)項(xiàng)目檢查,鐵芯和夾件本身對(duì)地絕緣均合格,但鐵芯和夾件間存在直接導(dǎo)通點(diǎn),導(dǎo)通電阻始終穩(wěn)定在6.6Ω左右。經(jīng)咨詢生產(chǎn)廠家相關(guān)技術(shù)人員,初步分析為變壓器鐵芯與夾件之間存在金屬性導(dǎo)通點(diǎn),從而導(dǎo)致鐵芯與夾件在變壓器內(nèi)部形成并聯(lián)后接地,引起回路接地電流增大的故障現(xiàn)象。該故障對(duì)變壓器本身的運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生不良影響,但因?yàn)榻拥鼗芈冯娏鬟^(guò)大,可能引起鐵芯和夾件連接的部位長(zhǎng)期發(fā)熱而對(duì)其絕緣產(chǎn)生不良影響,且不能排除變壓器組裝時(shí)內(nèi)部遺落異物而導(dǎo)致鐵芯和夾件發(fā)生金屬性連接的可能[2]。

4 故障處理措施

針對(duì)鐵芯與夾件導(dǎo)通故障,業(yè)內(nèi)通常采用以下幾種方法進(jìn)行排查處理:

1)排油進(jìn)入內(nèi)部檢查:檢查人員進(jìn)入變壓器內(nèi)部,但變壓器內(nèi)部空間狹小,故障點(diǎn)不容易查找。

2)吊鐘罩檢查:吊開(kāi)鐘罩對(duì)變壓器內(nèi)部可能發(fā)生多點(diǎn)接地的部位進(jìn)行重點(diǎn)檢查,但此法檢修時(shí)間長(zhǎng),影響機(jī)組的備用,調(diào)度機(jī)構(gòu)也會(huì)進(jìn)行考核;而且施工難度系數(shù)大,受天氣影響較大。當(dāng)主變器身暴露在空氣中時(shí),要求空氣濕度一般不應(yīng)大于75%,若在空氣相對(duì)濕度大于75%的情況下作業(yè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng),可能導(dǎo)致器身受潮,而器身受潮現(xiàn)場(chǎng)只能通過(guò)熱油循環(huán)進(jìn)行干燥。因此,該方法一般最后才采用。

3)電容放電沖擊法:當(dāng)變壓器鐵芯或夾件是由器身內(nèi)部焊渣等導(dǎo)致的不穩(wěn)定接地時(shí),則可用該法。電容放電沖擊法是利用電容器存儲(chǔ)的能量瞬間釋放來(lái)產(chǎn)生強(qiáng)大電流,將焊渣等毛刺燒掉,以消除故障。隨著沖擊次數(shù)的增加,耐壓值會(huì)逐漸升高。但如果多點(diǎn)接地為穩(wěn)定接地的情況,則隨著沖擊次數(shù)的增加,耐壓值會(huì)逐步降低。采用此方法時(shí),一定要慎重,如果操作不當(dāng),會(huì)造成故障擴(kuò)大,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)p壞內(nèi)部絕緣。

4)串接限流電阻:在接地回路中串接限流電阻以限制接地電流。該方法可以不用停運(yùn)變壓器,但須注意一點(diǎn),在裝限流電阻時(shí),需采用接地線將鐵芯和夾件可靠接地,防止形成懸浮電壓^[3]。

5現(xiàn)場(chǎng)故障情況處理

為排除變壓器隱患,經(jīng)銅灣電站、生產(chǎn)廠家與檢修公司相關(guān)技術(shù)人員商議,決定于2013年12月主變檢修時(shí)對(duì)1#主變進(jìn)行排油檢查,并制定了相關(guān)施工方案,邀請(qǐng)生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)檢修工作。

5.1 處理過(guò)程

2013年12月20日,在生產(chǎn)廠家技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下,檢修公司檢修人員在排油后從變壓器低壓側(cè)進(jìn)人孔進(jìn)入變壓器內(nèi)部,對(duì)變壓器鐵芯和夾件的相關(guān)固定部位、變壓器內(nèi)部空間的相關(guān)部位、夾件螺栓、鐵芯和夾件的接地引出線等進(jìn)行了仔細(xì)檢查,但因變壓器內(nèi)部空間所限,只能從外觀上對(duì)各部位進(jìn)行檢查,檢查中未能發(fā)現(xiàn)明顯的導(dǎo)通點(diǎn),但基本上可以排除變壓器內(nèi)部遺落異物引起鐵芯和夾件產(chǎn)生金屬連接的可能。在檢查手段有限的情況下,為防止引起故障擴(kuò)大化,電站生技部領(lǐng)導(dǎo)和廠家代表商議決定暫不做內(nèi)部深入檢查。

5.2 處理方案

為消除主變鐵芯與夾件接地電流超標(biāo)的隱患,綜合考慮,決定先臨時(shí)采取增加限流電阻的方式抑制該回路接地電流,減少內(nèi)部連接點(diǎn)的發(fā)熱量,從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。如故障仍不能消除,或者情況惡化,再采取吊鐘罩檢查的方案。

串接限流電阻的方案:在鐵芯接地引出線和夾件接地引出線靠近地網(wǎng)的位置,跨接一個(gè)100 Ω、額定電流5 A的限流電阻(考慮后期可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)電阻值,同時(shí)也考慮故障點(diǎn)消除后能快速恢復(fù)到正常的運(yùn)行方式,根據(jù)實(shí)際情況,現(xiàn)場(chǎng)加裝一個(gè)阻值為200 Ω的滑動(dòng)電阻),從而將鐵芯和夾件的接地電流抑制到0.5 A左右,將鐵芯和夾件連接點(diǎn)的發(fā)熱量控制在可以承受的范圍內(nèi),而不至于對(duì)絕緣產(chǎn)生不良影響。施工圖如圖1所示。

測(cè)量1#主變鐵芯和夾件的接地電流為6.4 A,導(dǎo)通電阻始終穩(wěn)定在6.6 Ω左右,根據(jù)以上測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出鐵芯和夾件之間的電壓為:U=IR=6.4×6.6=42.24V,串接一個(gè)100Ω電阻后,理論上電流值為:I=U/R=42.24÷100=0.4224A。可以達(dá)到降低環(huán)流電流的目的。

5.3 處理結(jié)果

方案實(shí)施后,效果明顯,實(shí)測(cè)鐵芯和夾件電流下降至0.34 A左右,對(duì)1#主變油取樣進(jìn)行油色譜分析,數(shù)據(jù)正常,無(wú)異常情況。

查詢1#主變鐵芯、夾件歷史接地電流數(shù)據(jù)和改造后接地電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行對(duì)比,如表1所示。

同時(shí),從在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)鐵芯電流數(shù)據(jù)來(lái)看,1#主變鐵芯電流值平穩(wěn),如圖2所示。

銅灣電站1#主變鐵芯與夾件導(dǎo)通故障,采用串接電阻的方法進(jìn)行處理后,鐵芯與夾件電流降至安全范圍以內(nèi),運(yùn)行數(shù)據(jù)平穩(wěn),消除了事故隱患。在2015年的1#主變C級(jí)檢修中,由試驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)變壓器鐵芯和夾件之間的金屬性導(dǎo)通點(diǎn)已不存在,鐵芯和夾件之間絕緣數(shù)據(jù)都達(dá)到了出廠值。經(jīng)分析,可能是內(nèi)部油流導(dǎo)致導(dǎo)通點(diǎn)松脫,從而使導(dǎo)通故障消除。同時(shí),對(duì)1#主變?nèi)∮蜆舆M(jìn)行色譜分析,數(shù)據(jù)也無(wú)異常。經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)同意,恢復(fù)1#主變鐵芯和夾件分別接地的正常運(yùn)行方式。

6 結(jié)束語(yǔ)

變壓器鐵芯與夾件導(dǎo)通接地故障原因有很多,實(shí)際情況復(fù)雜多變,處理時(shí)也很棘手。但只要了解變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn),根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及其反映出的故障現(xiàn)象,進(jìn)行科學(xué)的分析判斷,一些接地故障還是可以找到并消除的。同時(shí),有條件的單位應(yīng)投入對(duì)變壓器在線監(jiān)測(cè)方面的技改,如油色譜在線監(jiān)測(cè)、鐵芯和夾件實(shí)時(shí)電流監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的提前預(yù)警,真正做到故障早期診斷,根據(jù)故障數(shù)據(jù)及故障特征及時(shí)采取針對(duì)性措施,將故障損失控制在最低范圍。

[參考文獻(xiàn)]

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《機(jī)電信息》2025年第11期第5篇