变压器铁芯是变压器的核心部件，是变压器的导磁回路，电能由一次绕组转换为磁场能后经铁芯传递至二次绕组，在二次绕组中再转换为电能。电力变压器在正常运行时，绕组周围存在电场，而铁芯和夹件等金属构件处于电场中，若铁芯未可靠接地，当悬浮电位大于对地放电电压时，则会产生放电现象，损坏绝缘。因此，铁芯必须有一点可靠接地，如果铁芯由于某种原因出现另一个接地点，形成闭合回路，则正常接地的引线上就会有环流。其一方面造成铁芯局部短路过热，甚至局部烧损；另一方面，由于铁芯的正常接地线产生环流，造成变压器局部过热，也可能产生放电性故障。因此，准确、及时诊断变压器铁芯接地故障并采取积极措施，对于系统的安全、稳定可靠运行意义重大。

2.1 变压器铁芯

图1 变压器结构

铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁芯和绕在其上的线圈组成完整的电磁感应系统。电源变压器传输功率的大小，取决于铁芯的材料和横截面积。

2.2 变压器夹件

夹件是用来夹紧铁芯硅钢片的，同时夹件上可以焊装小支板，把装固定引线的木件。夹件的位置在铁芯上下铁轭的两侧。

2.3 常见的接地方式及优缺点

目前，许多变电站主变的铁芯和夹件接地方式为分别通过小套管引出主变外壳后，再通过引线接地，但引出小套管后接地情况有以下两种

1、铁芯和夹件分别由小套管引出外壳，然后通过连接片连接到一起接地；

2、铁芯和夹件分别由小套管引出外壳，然后分别接地。

当主变正常运行时，两种接地情况没有什么不同；但是，当主变内部出现夹件和铁芯短接、铁芯多点接地情况时，这两种接地方式的优劣就显现出来了。

第一种接地方式（如图2） 当主变发生铁芯和夹件通过金属丝或高阻短接后，由于主变在运行时有漏磁，会在“铁芯—夹件—外部铁芯与夹件连接片”回路里形成环流I，而这一环流并没有通过外接引线流入大地。因此，在外接引线监测处不能测量到接地电流增大的缺陷。

图2 铁芯和夹件由连接片连在一起后接地

第二种情况（如图3） 当发生铁芯和夹件通过金属丝或高阻短接后，会在“铁芯—铁芯接地点—大地—夹件接地点—夹件”回路里形成环流I。由于此电流通过了外部引线，因此，我们很容易在外接引线监测处测量到增大的接地电流，且A、B监测点的电流一样大。

另外，当主变为铁芯多点接地情况时，因为夹件与大地不能形成导电回路，故在A监测点测量不到电流增大情况；而铁芯则能在“铁芯—接地引线—大地—铁芯另一接地点”形成回路，故在B监测点能测量到增大的接地电流。 

图3 铁芯和夹件引出套管后分别接地

因此，采用这种接地方式还能进一步区分主变内部接地缺陷部位，为我们判断缺陷提供可靠依据。

2.4 变压器铁芯有且只有一点接地

若变压器铁芯及夹件没有接地，则铁芯及夹件对地的悬浮电压，会造成铁芯及夹件对地断续性击穿放电，铁芯及夹件一点接地后消除了形成铁芯悬浮电位的可能。但当铁芯及夹件出现两点以上接地时，铁芯及夹件间的不均匀电位就会在接地点之间形成环流，并造成铁芯及夹件多点接地发热故障。变压器的铁芯接地故障会造成铁芯局部过热，严重时，铁芯局部温升增加，轻瓦斯动作，甚至将会造成重瓦斯动作而跳闸的事故。烧熔的局部铁芯形成铁芯片间的短路故障，使铁损变大，严重影响变压器的性能和正常工作，以至必须更换铁芯硅钢片加以修复。所以变压器铁芯及夹件不允许多点接地只能有且只有一点接地。

2.5 测量标准

理论上铁芯一点接地时，其接地电流为0，但由于实际运行时三相电压相位不可能完全对称、各绕组间电容也不可能完全相等等原因，接地线中总会呈现出一定数值的接地电流，但此电流不可以超过100 mA

选用量程精度较高的钳形电流表进行测量风场变压器铁芯和夹件接地电流的大小，变压器铁芯和夹件接地电流均不大于100mA。

2.6 铁芯夹件多点接地的原因

根据运行及检修经验，造成铁芯夹件多点接地的原因很多，主要原因可归结为以下几个方面

3.1 运行中的检测方法

在运行中，可使用高精度钳形电流表测量铁芯外接地线中电流，来判断是否存在多点接地故障，如果铁芯和夹件分别引出接地，可分别测量其接地线上电流来大致判断是否存在多点接地故障,电流数值一般不超过100mA.

不停运临时处理方法可分为

（1)打开铁芯夹件接地线运行。

（2)在铁芯夹件接地线上串接限流电阻。

其中，打开接地线运行的方法常用于故障电流较大时，而串接限流电阻的方法则多用于故障电流不稳定型。两种方法都不能消除内部故障点，但可将故障电流限制在标准规定的范围内或使变压器满足铁芯夹件一点接地的要求。

3.2 停电检测及处理处理方法

停电后可通过兆欧表测量铁芯及夹件引出的接地排测量之间的绝缘电阻来判断是否存在多点接地故障。

如果经检测存在多点接地故障，可采取以下几种方式进行处理

（1）电容放电冲击法。电容放电冲击法是利用电容器积累的大量电荷通过被试变压器铁芯夹件外引接地套管向故障点冲击，使不稳定的故障点受到大电流冲击而“溃散” 开来，从而消除多点接地故障的方法。

2）进人检查法。进人检查则是将变压器本体，绝缘油全部排尽，再让检修人员穿专用的服装进入变压器内部进行故障的检查和定位的检修方法。

3) 吊罩( 吊芯)检修的方法。该方法是将变压器绝缘油全部排尽，将变压器的钟罩吊起移开，结合直观观察、高压试验的方法进行彻底的内部故障排查的方法，变压器吊罩后，不论是直观观察、或高压试验均更易发现故障点，同时吊罩后能够对铁芯、夹件进行冲洗( 用绝缘油)，对油箱底部的金属杂质进行清扫，并对绝缘油进行过滤，所以该方法不仅对常见的多点接地故障效果好，而且对不稳定的铁芯多点接地故障效果很好。

4.1 异常描述及基本情况

2014.10.20某风场进行日常例行主变铁芯接地电流检测，发现变压器铁芯和夹件接地电流均为15A左右，超规程规定的0.1A。该风电场装机容量48MW，安装有容量100MW主变一台，为某主变厂家生产的型号为SFZ10-100000/220变压器,，变压器铁芯与夹件分别通过小套管引出接地。变压器于2014年9月30日正式投入运行。

风电场立即组织技术人员进行现场检查测量分析，经现场仔细查验

1）变压器出厂试验报告全部试验项目都合格，铁芯及夹件绝缘电阻符合要求。

2）现场安装由公司技术人员全程跟踪变压器试验调试，且各项交接试验都合格，铁芯及夹件绝缘电阻也符合规定要求。

试验时间

铁芯对地（MΩ）

夹件对地（MΩ）

铁芯对夹件（MΩ）

2014.11.10

3950

4220

5460

图5 主变厂家使用电容冲击发生器对主变进行冲击

4.2.2 后续缺陷发展情况及应对措施

1) 在风场的密切监视及检测下，第一次冲击运行大约半年后又出现铁芯及夹件接地电流超标，后续陆续反复出现几次，见表2。

表2 反复接地电流超标铁芯和夹件的接地电流测量数据

2）每次发现接地电流超标后立即串入限流电阻，防止故障进一步恶化，并联系主变厂家进行电容冲击。

3）缩短了变压器绝缘油色谱检测周期，由原来每年两次缩短为每年四次，比较每次试验数据，分析是否有气体增长趋势，均未发现异常增长，并将主变列为技术监督专项跟踪检测设备。

4）对变压器进行定期红外成像测温，均未发现过热及其它异常情况。

4.2.3 停电大修处理

2019年08月16日，停电对变压器进行放油，进入箱体内检查，高压侧上铁轭部位靠近高压侧末级铁芯部位，发现铁芯单片受外力所致与上铁轭夹件部位接触，通过排查铁芯单片具有反弹性，采用插板刀将问题点挑开，复试检查发现单片与主体铁芯并列叠装，与夹件部位保持良好的安全距离2.5cm。绝缘表测试时铁芯和夹件以及对地绝缘良好，数据如表3所示。

表3 大修后铁芯、夹件绝缘情况

注 主变抽真空时铁芯及夹件对地、铁芯对夹件绝缘电阻降低很多，公司与主变厂家人员现场召开分析讨论会，最后确定属于正常现象，有关资料对此有过专门研究及试验数据。

       图6 检修前铁芯单片翘角                         图7 检修后

经过分析变压器铁芯及夹件电流超标，判断属于出厂时缺陷，厂家组装时工艺不良造成上铁轭单片铁芯受力弯曲与夹件搭接，未投运前搭接处由于夹件外表有漆膜保护，未形成短路点，在投运后受电动力影响振动与上铁轭固定夹件摩擦碰触，造成铁芯及夹件存在短路点。

变压器铁芯、夹件结构紧凑，都处在变压器油箱内部，当它们间的绝缘破损或者对地绝缘破损时，不易查找定位，因此采取有效的管理手段，减少或者避免铁芯多点接地故障的发生十分重要。

铁芯、夹件发生多点接地故障主要是设计、制造、运输过程中的原因。因此，管理过程中要加强对于厂家人员的监督和管理，加强运输过程的管控，安装过程中，进人检查时应重点检查变压器铁芯、夹件移位情况。同时，加强变压器的日常巡视、检测工作，对于反映变压器内部的缺陷的测试，应按规范定期进行，发现异常及时处理；针对已发现存在铁芯、夹件绝缘薄弱点的变压器，可加装专用的限流电阻以限制由多点接地引起接地电流超标。

参考文献

[1]张志奎，许岩峰.一起220kV 变压器夹件接地故障及处理[J]．变压器，2013，50(10):B1－B2．

[2]左文启，顾渊博．变压器铁芯多点接地问题的研究及实例分析[J]．变压器，2010，47(2):49-53．

[3]彭刚．110kV 变压器铁芯多点接地故障处理[J]．2009，46(7):68-69．

作者 内蒙古龙源新能源发展有限公司 李志强

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