浅析变压器铁芯接地故障检测与处理

时间:2020-10-15 16:26:31 理工毕业论文 我要投稿

浅析变压器铁芯接地故障检测与处理

  及早的发现故障、准确的检测故障点和正确的排除故障对电力检修是及其重要的,以下是小编搜集整理的一篇探究变压器铁芯接地故障检测与处理的论文范文,欢迎阅读参考。

  摘 要:变压器是电力系统中至关重要的组成部分,变压器的正常运行是电力系统稳定性的保障。本文针对最常见的变压器故障之一铁芯多点接地故障进行分析。结合实际情况阐述了变压器多点故障接地类型、判别方法、故障点的检测,总结了排除故障的方法。对变压器的安全稳定运行起到了指导性作用。

  关键词:变压器铁芯;多点故障接地;故障检测;分析处理

  引言

  随着我国经济发展,电力系统的负荷大幅度增加,大机组、大电网、高电压和远距离输电的不断发展,高电压等级、大容量变压器的安全稳定运行也越来越受电力部门关注。

  电力系统主变压器最常见故障之一就是铁芯多点接地故障,国产的大中型变压器一般用套管把铁芯连接在油箱体外部接地,使铁芯与地等零电位,以避免铁芯在绕组形成的不均匀电场作用下产生对地电位,出现放电现象。但是,如果铁芯因某种原因在非正常接地点又出现接地(即铁芯故障接地)时,该接地与正常接地之间就形成闭合回路,铁芯在线圈电场作用下产生感应电势,形成环流,从而造成铁芯局部短路过热,甚至烧损铁芯。另外,该电流熔断铁芯间的接地片与接地点后,铁芯放电还能使变压器油分解、损坏固体绝缘,导致事故发生。

  据统计,因铁芯多点故障接地造成的事故,占变压器总事故前列[1],尤其是大型变压器出现该事故的台数占运行台数的2%~4%。因此,变压器铁芯多点故障接地的危害不可小视,必须及时的进行判断分析,检测出故障点,作出正确方案排除故障。本文结合实际工作经验,对变压器铁芯多点接地故障进行详细的分析处理。

  1 铁芯故障接地的类型

  变压器铁芯故障接地类型可概括为两类[2]:

  (1)在制造安装检修过程中造成的故障接地。具体情况有:铁芯硅钢片曲翘或有毛刺,扎破绝缘板接触夹件;温度计座套过长,和夹件、铁轭或铁芯柱相碰;钢压板通过上夹件碰铁芯;遗漏金属物使铁芯和油箱连通;安装完毕后未将油箱顶盖上运输用的定位钉处理,导致铁芯碰壳等等。

  (2)在使用过程中造成的故障接地。具体情况有:变压器油中的杂质、油泥、纤维等具有导电性质的悬浮物,在电场作用下附着在铁芯下部的绝缘硬纸板上,形成使铁芯和油箱连通的导电“小桥”;潜油泵轴承磨损,金属粉末进入油中沉淀在底部,使铁芯和油箱底接通;线圈钢压板与上夹件心压螺钉之间的绝缘损坏;钢垫脚与铁芯之间的绝缘受潮;铁芯与夹件的绝缘受潮;穿心螺杆绝缘套损坏;受变压器近端短路或振动的影响,铁芯上夹件受力向上顶,下夹件受力向下压,使穿心螺杆钢座与铁芯末级短路等等。

  2铁芯故障接地的判断

  2.1主要特征

  铁芯故障接地的主要特征有:

  变压器铁芯在非正常接地点接地时,接地点间会形成闭合回路,感应电动势形成环路,产生铁芯局部过热;当多点接地严重时,又较长时间未处理,变压器连续运行将导致油及绕组也过热,使油纸绝缘逐渐老化,引起铁芯叠片两片绝缘层老化而脱落,将引起更大的铁芯过热,甚至烧毁;较长时间多点接地,使油浸变压器油劣化而产生可燃性气体,使气体继电器动作;因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化;

  用摇表测量铁芯绝缘电阻,明显降低;接地线上的电流明显增大;严重的多点接地,会使接地线烧断,使变压器失去正常点接地,后果不堪设想;变压器油因温升而分解,总烃超标。多点接地也会引起放电现象;

  2.2判断方法

  根据铁芯故障接地的特征,相应的有以下判断方法。

  (1)测量铁芯的绝缘电阻。断开铁芯正常接地点,用兆欧摇表测量铁芯对地绝缘。如果我们测得铁芯的绝缘电阻值很小,甚至为零,则铁芯可能存在故障接地。

  (2)测量接地线上的电流。目前大中型变压器一般是钟罩式结构,变压器铁芯通过小套管与外壳上的`一条扁铁连接,再通过箱体的接地线接地。我们可用钳型电流表测量接地线上的电流,如果不方便测量时,可用50mm2的铜芯塑料线将小套管与箱底的接地网连接在一起,再测量铜芯塑料线中的电流。正常时无电流回路,电流为零;铁芯故障接地后,在地线上有环流产生,如果电流大于1A,铁芯可能有明显的故障接地。

  由于变压器周围存在较强的漏磁通,影响电流测量的准确性。建议测量时先将钳型表紧贴地线外部测得第1次数据(为干扰电流),然后把地线钳入测得第2次数据,把后者减去前者就可得到较为准确的地线电流。

  (3)测量空载电流与空载损耗。对变压器进行空载试验,正常时其试验结果应与出厂值没有太大的变化。如果铁芯故障接地,其空载电流与空载损耗都较出厂值明显增大。

  (4)进行气相色谱分析。用气相色谱分析法分析变压器油中的气体成份,并根据国家标准GB7252-1987与GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》,由总烃量及三比值编码判断故障性质。

  如果我们把以上几种方法结合起来共同判断铁芯是否故障接地,效果会更好。

  2.3应用举例

  我地一台SZ9-Z-31500/110型主变,用户反映去年下半年瓦斯继电器多次动作,后被迫停运。在运行时测得接地线上的电流为0.9A;兆欧表测得铁芯的绝缘电阻为0.369MΩ,A相空载电流为额定电流的4.5%,大于出厂值的1.8%,空载损耗也接近出厂值的3倍。后经气相色谱分析,主变压器油中气体成份如表1所示。

  3 故障接地点的检测

  经过检查判断是铁芯故障接地后,还要进一步检测出故障接地点,以便排除故障。检测时分两个步骤进行。

  3.1 外观检查

  变压器吊罩后,对整个铁芯、夹件等进行仔细观察,从外观上直接寻找故障接地点。例如上述变压器在吊罩后检查时发现绝缘层老化脱落的杂物,铁芯底部有一些杂质,且在铁芯柱底部有一小块硅钢片下脚料,造成故障接地,此外还可见灼烧痕迹。   3.2 仪表检测

  在外观观察不能明显发现故障接地点,或不能确定是哪级硅钢片接地时,可用仪表进行检测。首先打开铁芯与夹件的连接片,即断开正常接地点。然后在铁轭两侧的硅钢片上接上6V的直流电源,再用电压表逐步测量各级硅钢片对地的电压,如图1(a)所示。当电压为零或为负值时,电压表所测硅钢片故障接地。也可在低压绕组上加上很低的交流电压,让铁芯中具有交变磁通,再用毫安表依次测量各级硅钢片,如图1(b)所示。当电流指示为零时,毫安表所接硅钢片接地。

  另外,对于间断性接地,还可打开铁芯接地套管的接地线,接上1000~2500V的兆欧摇表进行摇测,同时观察铁芯各处,有发电现象的地方即为故障接地点。

  4 铁芯故障接地的排除

  在确定铁芯故障接地之后,就可采取以下方面的措施予以排除。

  4.1主变压器可以停运的铁芯接地故障排除

  当主变压器可以停运检修时,可以从以下几点对铁芯接地故障进行排除:

  (1)对于制造安装检修过程中出现的故障接地,找出故障点后针对性的做好处理就行了。如修整硅钢片,除去毛刺,以免硅钢片碰壳、碰夹件;缩短温度计座套的长度;缩短上夹件压螺钉的长度,使钢压板不触及螺钉;清除箱底遗漏的杂物,特别是金属物;安装完毕后拆除油箱顶盖上运输用的定位螺钉或将其翻转等等。

  如有一台110KV变电站的主变,用2500V摇表检查铁芯对地的绝缘电阻为零,初步确定为铁芯故障接地,吊罩后使用直流法检测铁芯故障接地点,进一步检查是铁芯某硅钢片毛刺对箱底短路接地。我们采用电容放电法,通以大电流把毛刺烧掉后,故障得以排除。

  (2)导电粉尘沉积箱底。首先清除沉积的脏物:可在8#铁丝上均匀半叠式的缠上干净的白布带,并把它穿过铁芯与箱底之间的空隙,由两人在铁芯底部来回拉动,把底部所有脏物清出;另外,对于铁芯下部及绝缘垫上的铁锈油泥也要清除干净;最后用油径板式滤油机把脏物残渣吸滤掉。然后测取铁芯对地的绝缘电阻,如果阻值>1000 MΩ则满足要求了。

  (3)夹件内侧与铁芯的绝缘表面上有沉积物形成接地。此时可采用放电冲击法排除故障。如一台SFZ9-10000/66型主变,出现上述故障后铁芯绝缘电阻仅为1MΩ,我们利用高压电气试验用的升压变压器T2对铁芯进行冲击放电,接线图如图2(a)所示。操作时把调压器T2的输出电压慢慢升高,当电压接近1000V时,听见线圈内“砰”的一声响,这时打开开关K,测得铁芯绝缘电阻为10MΩ。接着继续升高电压,当上升到1600V时,线圈内又是“砰”的一声响,同上再测绝缘电阻为600MΩ。再又继续升压到2100V时,随着线圈内“砰”的一声响,铁芯的绝缘电阻测得为1500MΩ,消除了接地故障。[3]另外也可采用电容放电冲击排除接地故障,如图2(b)所示。先把开关K合“1”端,对电容器C充电,待电容器充满电后,把K合“2”端,对铁芯故障放电。反复几次,便可消除故障。图中电容C取10μF、4KV。注意无论采用哪种方法放电,操作时最高输出电压不超过2500V。

  (4)绝缘件受潮。在条件允许的情况下(如专门制造修理厂),可直接更换掉受潮的绝缘件。在现场不具备更换条件时,可采取对受潮部位进行去潮处理的方法。

  脚绝缘纸板及木块受潮引起铁芯绝缘电阻<1000MΩ。在不方便更换的情况下,我们在下节油箱里加入变压器油,使油高出箱底100mm左右。再在箱底下面中间部位的地方(要求不对准垫脚铁)放一个20KW的电炉,电炉丝距箱底约100mm,进行加热。接着用压力式滤油机或真空滤油机对变压器脱水,整个处理过程40~50h。后测铁芯绝缘电阻为3000MΩ,符合要求。应注意在加热过程中要视情况调整电炉距箱底的距离,太近会烤坏垫脚绝缘纸板和木块,太远加热的效果差。

  (5)绝缘件受损。一般需要更换受损的绝缘件,更换后要求铁芯对地的绝缘电阻大于1000MΩ。如一台2000KVA的变压器,吊芯检查发现A、B两相之间的穿心螺杆对铁芯的绝缘电阻仅为8MΩ,是低压侧的钢座与铁芯末级的绝缘纸板损坏。我们先取出该穿心螺杆的钢座,在螺杆故障端垫上绝缘纸板,加上钢垫圈,上好螺母,测得该螺杆与铁芯的绝缘电阻为2000MΩ,消除了故障。

  4.2 主变压器不能停电的应急处理

  发现铁芯存在故障接地后,而系统运行方式又暂不允许长时间停运,此时可在变压器铁芯外引接地回路中串接电阻,限制铁芯接地回路中的环流,避免油中气体的进一步分解,防止故障的进一步恶化。具体的做法是:先用钳形电流表测得外引接地线上的电流及接地线的开路电压,然后计算出所串接的电阻值,最后选择恰当容量的电阻串接回路中。实践中我们对一台暂不能停运的变压器,铁芯故障接地后,测得接地环流28A,开路电压22V,则接地回路电阻为22/28=0.8Ω。要求串接电阻后的环流不超过0.2A,那么所串电阻值为22/0.2-0.8=109.2Ω,取110Ω;电阻的功率为0.22×110=4.4W,取8W,以避免烧坏电阻后铁芯开路。要注意限流电阻不能太大,以保证铁芯基本处于地电位;但也不能太小,否则环流依然偏大。经验表明,限流在0.1~0.3A比较恰当。

  长期以来,我们采用上述一些方法分析判断检测与处理变压器铁芯的故障接地,收到了良好的效果。

  5结论

  变压器的接地故障直接引起变压器的正常稳定运行,及早的发现故障、准确的检测故障点和正确的排除故障对电力检修是及其重要的。通过对变压器故障接地类型、检测与处理方法的分析[4,5],为电力运行与检修人员提供了指导性作用。

  参考文献

  [1]阮湘梅.变压器铁芯故障的原因分析及处理[J].企业技术开发;2006,25(12)

  [2]孙晓亮,茅坚刚.浅析变压器铁芯接地故障及处理[J].供用电.2006,10,23(5)

  [3]徐望真.沙田电站3号主变铁芯多点接地故障的分析与处理[J].湖南电力.2011,2,31(1)

  [4]葛刚卫.变压器接地故障分析与处理[J].山西焦煤科技,2010,7

  [5]佟伟光,刘威,胡钟元.一起配电变压器铁芯接地故障判断及分析

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