一文详解变压器铁芯故障原因分析及处理实例

前言：《电力变压器运行规程》规定：铁芯多点接地而接地电流较大时应安排检修。

多年来，变压器铁芯接地的缺陷较多,根据有些单位统计,大型变压器的铁芯接地缺陷占运行台数的2%～4%,因此,处理铁芯接地缺陷显得尤为重要。

1、电力变压器铁芯必须有一点可靠接地，但若铁芯出现另一个接地点，便形成了闭合回路，一方面造成贴芯局部短路过热，严重时还可能烧损铁芯;

另一方面，在铁芯的正常接地线上产生了环流，造成变压器局部过热，还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，这对系统的安全稳定运行意义重大。

2、变压器铁芯的正常接地

变压器的主要部件是线圈绕组及铁芯。变压器的铁芯不仅要质量好，而且还必须有可靠的1点接地，这种可靠的1点接地叫铁芯的正常接地。

大型变压器的1点接地通常采用的方法是:将铁芯的任一叠片与上下夹件之间用绝缘隔开，并用0 .3 mm厚的铜片与夹件连接好，再引到箱盖上与箱盖上的接地小套管连接好，构成铁芯的1点接地。

3、变压器铁芯多点接地类型

铁芯正常情况下只有1点接地，这样才是可靠接地；当出现2点及以上的接地时称为多点接地，变压器铁芯的多点接地类型主要有: 

       

(1)铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成多点接地。

       

(2)铁芯下夹件垫脚与铁间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁轭处叠片相碰，形成多点接地。

       

(3)油浸变压器油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁轭、旁柱边相碰，形成多点接地。

      

(4)利用潜油泵进行油强迫冷却的大中型变压器，由于潜油泵轴承的磨损，金属粉末进人油箱，积聚在底部，在电磁力作用下，金属粉末形成桥路，使下铁轭与垫脚或油箱底接通，形成多点接地。 

       

(5)铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面不干净，附有较多油泥、杂渣使其绝缘降低，构成多点接地。

       

(6)油箱中落入金属异物，使铁芯叠片与箱体之间连通，形成多点接地。

4 （1）变压器形成多点接地后，会在铁芯中产生涡流,变压器铁损耗增加,铁芯局部过热。

（2）多点接地严重并长时间未得到处理时,变压器油及绕组也会产生过热现象,使油纸绝缘逐渐老化，会导致芯叠片之间绝缘层老化而脱落,继而引起更严重的铁芯过热,铁芯被烧毁。

（3）长时间多点接地,局部的铁芯过热会引起变压器油质劣化，严重时会产生可燃性气体，使瓦斯继电器动作。

（4）铁芯的过热会使变压器本体器身中的的木质垫块及夹件碳化。

（5）严重的多点接地会使变压器接地线烧断，使变压器失去点接地，后果不堪设想。

（6）变压器多点接地会引起变压器内部产生局部放电现象。

5、变压器铁芯多点接地产生的各种原因

（1）变压器制造时,由于工艺问题,造成铁芯质量不合格，如毛刺超标、表面不平整等，很容易在叠装后破坏片间绝缘。

（2）铁芯片与片之间在叠压时，操作不当或压力过大，也会导致片间绝缘受损。

（3）变压器在制造时，多选用的硅钢片质量有问题，如表面不光滑，涂的绝缘漆膜不均匀或脱落，造成硅钢片间短路，形成多点接地。

（4）变压器长期过载运行，铁芯局部过热严重，也会使变压器硅钢片间绝缘老化，片间绝缘受损，形成多点接地

6、运行中的检测方法

在变压器运行中，使用钳形电流表测量铁芯外接地引下线中的接地电流，可判断铁芯是否存在多点接地。

该电流一般不大于1oomA，若达到安培级，则可判断铁芯存在多点接地。如果变压器的铁芯和上夹件分别由套管引出接地，那么还可通过测量其接地线中的电流，判断故障部位。

7、运行变压器铁芯接地故障处理

确认变压器存在铁芯多点接地缺陷，而又不能在短时间内停电检修时，可考虑使用下列方法。

       

（1）可临时在接地回路中串入限流电阻限制缺陷进一步劣化。

       

（2）对于小型变压器，使用大型滤油机将油从其下部打入，利用油流冲击底部，将导电颗粒冲离导电位置从而恢复铁芯底部绝缘。

上夹件碰油箱

1、故障原因分析：

             

造成上夹件碰油箱故障主要是变压器制造厂设计及工艺上的问题，特别是拱形顶的油箱。由于设计时上夹件与油箱距离太近或设计值误差太大，造成上夹件与油箱内壁相接触或太近，在上夹件产生环流或尖角对油箱放电。

2、故障处理

            

用矬子或角向砂轮把上夹件的角磨去、磨平。上夹件固定在上铁轭位置正确，不得有倾斜，上铁轭夹紧力度适当。

钢压板碰铁芯、线圈钢压板与上夹件压螺钉之间绝缘受损

1、故障原因分析

            

磁材料在变压器中会产生涡流及电势,因此,所有钢压板也必须一点接地。当钢压板碰铁芯柱时，在碰接的地方和铁芯接地片处形成短路回路，短路回路中便有感应环流。

这个感应环流的回路是：铁芯接地点——铁芯——压板与铁芯短接点——压板——夹件——铁芯接地片。

             

就是这样一个感应环流，使铁芯电流有可能从接近零上升到几十安培，这样，铁芯可能产生局部过热，接地片可能烧毁而产生放电，严重威胁大型变压器的安全运行。

2、故障查找

             

钢压板与上夹件原先是用铜线连接着的，检查时先拆掉这3条铜线，然后用兆欧表测每一个钢压板与铁芯的绝缘电阻，如发现绝缘电阻值为0，则说明该钢压板碰到铁芯柱。此时需检查钢压板何处碰接铁芯，再矫正。

测量钢压板对上夹件绝缘电阻，如为0，则说明上夹件压螺钉与钢压板短路。必须逐个检查压螺钉，即每松开一个压螺钉，测量该钢压板绝缘电阻，直到压板与上夹件绝缘电阻不为0时止，压螺钉压紧也必须逐个进行。

穿芯螺杆钢座碰铁芯

1、故障原因分析

            

老式变压器铁芯基本上都是用穿芯螺杆夹紧的，该方法必须先在铁芯柱的钢片上冲孔，为了防止穿芯螺杆、螺母造成片间短路或形成短路环，因此在穿芯螺杆上必须套有绝缘纸套，在钢垫圈靠铁芯侧垫有绝缘垫圈。穿芯螺杆由于铁芯的屏蔽作用，其电位与铁芯相差不多，可以不必再接地。

             

由于受到变压器近端短路或震动，上夹件受力往上顶，下夹件往下，因此常常在穿芯螺杆钢座与铁芯末级短路，造成铁芯多点接地。

2、故障处理

            

 一般是先取出故障的穿芯螺杆钢座，在螺杆故障端垫上绝缘纸板，加上钢垫圈和螺母便可。每处理一个故障点要测一次该螺杆的绝缘电阻。

             

（1）A，B，C相所有压螺钉下加强两张1mm厚电工纸板，所有压螺钉压紧，钢压板对夹件、铁芯绝缘电阻≥1000MΩ。

3、故障实例

             

2002年11月,在陆丰某110KV变电站检修变压器时发现上述类型的故障。该变压器容量为15000KV·A，近年来在低压侧发生过3次近端短路，且短路时间较长。

经吊芯检查，发现B，C间穿芯螺杆对铁芯绝缘电阻仅为5MΩ，而A，B间穿芯螺杆对铁芯绝缘电阻大于2000MΩ，其它的主要绝缘也都大于2000MΩ。因此，检查了B，C间穿芯螺杆，发现低压侧的钢座隔着低薄的绝缘纸靠着铁芯末级，取掉钢座后，其绝缘电阻大于2000MΩ。

活动金属物的影响

1、原因故障分析

             

变压器在制造过程中，硅钢片有时会产生较大的毛刺；变压器箱壳、夹件等铁件在焊接后有时会附着些焊渣，这些毛刺和焊渣在制造时清理不彻底，变压器运行后，由于变压器的震动及变压器油流动等原因，一些铁屑会掉到箱底。

在高电压的作用下，毛刺和铁屑等活动金属物会形成“搭桥”短路。变压器油中油垢及不洁净带潮湿纤维等杂物常沾附在铁芯垫脚绝缘表面，产生铁芯低电阻不稳定接地。

              

当某一绝缘油道内落入金属异物，或硅钢片的尖角未很好压住而跷起与另一侧硅钢片相碰接通形成回路，电位差产生循环电流，就会在该处因接触不良而出现高温过热和火花型放电，接触点周围油被裂解。

 2、故障处理

            

由于油箱底部堆积有金属异物等杂质的，可用8号铁丝，在铁丝上均匀地、半叠地缠上干净的白布带，然后穿过铁芯与箱底之间的空隙，由两个人在铁芯两侧来回地拉动，直到把所有脏的杂质、铁锈等清出，再用油经板式油滤机把脏物吸滤掉。

             

如果由于铁芯硅钢片毛刺造成铁芯多点接地故障的，可用大电流电焊机，电流的大小视毛刺的粗细，一般加150-200A便足以把毛刺烧掉。这个办法同样适用于变压器注油带电后，杂质在油中搭成小桥的接地故障。

              

当绝缘油道内有短路点而无法消除时，可将插入该油道两侧铁芯的接地片取出，然后用50-60cm长M8或M10全螺纹螺栓加工成，用螺丝刀旋入该油道内，把油道两侧硅钢片可靠连接在一起，且要保证该螺栓紧紧旋入。

3、故障实例

             

1999年饶平某110KV变电站主变吊芯检查完毕后，用2500V的兆欧表测铁芯对地绝缘电阻为2000MΩ，盖罩注油后，测铁芯对地绝缘电阻为0.该主变是新装产品，器身较为干净，箱底并无铁焊渣或别的杂质。

问题在于铁芯硅钢片有一些毛刺，判断为铁芯毛刺对箱底短路。经用大电流电焊机通180A的电流后，毛刺烧毁，故障排除（当然，在毛刺烧掉时，变压器油中会分解出少量的乙炔气体）。

钢垫脚与铁芯之间绝缘受潮故障

1、故障原因分析

             

由于变压器油含水量较高或吊芯时环境湿度较大，时间过长，会使钢片垫脚与铁芯之间的绝缘纸板和木垫块受潮。

此时，如果用2500V兆欧表测铁芯对地绝缘电阻时，其值往往为0.这样就必须用万用表的欧姆档测量，一般为几十Ω或几百Ω不等，但电阻值肯定不能为0，这时绝缘有受潮的嫌疑，否则肯定不是受潮故障。判断绝缘是否受潮单靠电阻数值还不行，还要进行更加有效的试验。

2、故障实例

              

2002年4月，某厂在无励磁31500KV·A变压器改造为有载40000KV·A变压器过程中，由于改造工期过长，变压器整体干燥后，高压对低、地绝缘电阻为5000M Ω，低压对高、地绝缘电阻为4000M Ω，而铁芯对地绝缘电阻用2500V兆欧表测多次。

结果都是0，改用万用表的欧姆档测量，为6900 Ω，再用一个毫安表下去测，1.5h后，电流由原来的20mA上升到30mA。

这样可以判断铁芯对地绝缘电阻为0是垫脚绝缘纸板或木垫块受潮引起的。经过对相关部门的集中处理后，铁芯的绝缘电阻上升至4000M Ω。

来源：地特力电气