干式变铁心对地绝缘降低缺陷分析与处理

白 起

（1.湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

1 引言

变压器是电力系统重要的组成部分，其中绕组和铁心作为传递、变换电磁能量的主要部件，一旦出现故障，将严重影响系统的安全稳定运行。变压器在运行时，铁心处于电场中，若不接地便会产生悬浮电位，引起绝缘放电，造成设备损坏。若存在多点接地，两个或多个接地点便会形成闭合回路，进而产生环流引起局部过热，严重时会烧损铁心，造成变压器严重故障。因此运行中变压器的铁心必须且只能一点接地，变压器铁心对地绝缘的测量也成为变压器铁心健康状况监测的一个重要手段。在日常检修试验过程中，一旦发现变压器铁心对地绝缘偏低，必须及时予以检查处理，彻底消除设备隐患。

2 故障情况及分析

2.1 故障情况

某电厂2号高压厂用变压器为环氧树脂干式变压器，变压器型号为SC 10-4000/15.75。该变压器出厂日期为2005年9月12日，在对其历年检修预试数据进行分析的过程中，发现其铁心对地绝缘试验数据呈现逐年下降的情况，最低时已经低于2 MΩ，严重影响变压器的安全稳定运行。历年铁心对地绝缘测量数据详见表1。

表1 某电厂2号高厂变铁心对地绝缘历年试验数据

2019年10月，专业人员再次对2号高厂变进行停电检修，并使用兆欧表2 500 V档位对铁心在不同温度下的对地绝缘水平进行了测量和记录。具体测量数据详见表2。

表2 某电厂2号高厂变停电后铁心对地绝缘试验数据

2.2 故障原因分析

2.2.1 干式变压器常见接地故障原因分析

干式变压器铁心接地主要是由外部因素和内部因素造成的。外部因素是指外围的原因，环境和人为因素致使变压器铁心出现接地故障、内在因素是指变压器内部绝缘材料缺陷或产品设计和安装工艺不当的原因致使变压器铁心出现多点接地故障。具体包含以下几种情形：

（1）在检修工作开展过程中，因人为操作不当，导致金属异物不慎落入变压器内部，未能及时发现并完全捡拾出引起铁心接地故障。

（2）干式变压器在运行中由于铁心的漏磁使附近空间产生弱磁性，吸引周围金属粉末和粉尘附着，在长期未进行清理或清理不彻底的情况下导致铁心对地绝缘降低。

（3）铁心相关绝缘材料在干式变停运后由于凝露或受潮导致绝缘性能降低，进而引起铁心出现低阻性多点接地。

（4）干式变压器长期过载或高温运行，且未及时进行维护，造成铁心局部严重过热，致使硅钢片间绝缘老化、破损，从而导致铁心接地故障。

（5）干式变压器在制造安装时，选用了表面粗糙、锈蚀严重或绝缘漆涂层脱落等存在质量问题的硅钢片，造成铁心接地故障。

2.2.2 高厂变铁心对地绝缘偏低故障原因排查

（1）仔细检查高厂变铁心各可视部位无积尘和磁化金属粉末，无局部锈蚀、鼓包或绝缘漆层脱落情况。

（2）对高厂变铁心各部位使用干燥空气进行吹扫，并使用无水乙醇对各部位进行卫生清扫，再次测量铁心对地绝缘依旧随铁心温度的降低再次降低，因此排除金属粉末和灰尘清理不彻底引起的接地故障。

（3）结合2号高厂变停电后铁心对地绝缘试验数据分析得知，该变压器铁心对地绝缘水平随着铁心温度的降低逐渐降低，但不完全为零，属于低阻接地，可排除金属异物接地故障及铁心片间接地故障。

2.3 初步判断

初步判断2号高厂变铁心对地绝缘降低是由于铁心与相邻金属部件之间的绝缘材料存在老化现象，导致产生绝缘性能下降。

2.4 绝缘材料老化原因分析

（1）2号高厂变铁心与相邻金属部件之间的绝缘材料耐热性不强，耐热等级不高。

（2）2号高厂变内部未安装通风散热设备，且变压器所处位置通风不畅，全年长时间高负荷运行致使铁心长期保持高温状态，加剧了绝缘材料的老化速度。

（3）受地下式厂房影响，2号高厂变所在区域环境湿度较高，铁心与相邻金属部件之间的绝缘材料在冷却过程中吸收环境中潮气导致铁心对地绝缘水平下降。

3 故障点排查

3.1 铁心绝缘结构分析

根据干式变压器的结构（图1）分析，铁心与相邻金属部件之间的绝缘材料所在位置包括：

图1 干式变结构

（1）铁心与穿心螺杆之间的绝缘材料；

（2）铁心与夹件之间的绝缘材料；

（3）铁心与拉板之间的绝缘材料。

3.2 故障点排查

3.2.1 铁心与穿心螺杆之间绝缘测量

使用兆欧表2 500 V档位测量铁心对每个穿心螺杆的绝缘情况，测量绝缘数值均合格。据此判断铁心与穿心螺杆之间的绝缘材料无异常，可以排除穿心螺杆绝缘套筒及螺杆绝缘垫片可能存在的绝缘性能问题。

3.2.2 铁心与上夹件之间绝缘材料检查

拆除干式变上高压线圈连杆、低压侧引线及支撑绝缘子，拆除上下夹件紧固螺杆，拆除上夹件穿心螺杆及紧固螺杆，整体拆除上夹件。使用兆欧表2 500 V档位测量铁心和夹件之间绝缘材料绝缘性能，测量绝缘数值均合格，排除铁心与上夹件之间的绝缘材料问题。

3.2.3 铁心与拉板之间绝缘材料的检查和更换

（1）逐层拆除上端部铁心，并按顺序码放。

（2）使用专用工具吊出高低压线圈。

（3）现场使用兆欧表2 500 V档测量铁心与拉板之间的绝缘电阻数据不合格。

（4）拆除铁心心柱上的玻璃绑扎带，更换铁心与拉板之间的绝缘材料，重新使用玻璃绑扎带固定拉板后，再次使用兆欧表2 500 V档测量铁心与拉板之间的绝缘电阻数据合格。

3.3 故障点排查结果

2号高厂变铁心心柱与拉板之间的绝缘材料存在老化情况，是导致变压器铁心对地绝缘降低的直接原因。

4 变压器回装及预试

4.1 变压器回装

（1）使用专用工具将变压器高低压线圈回装至心柱上，并做好底部垫块支撑。

（2）按顺序回装上端部铁心，边回装边对铁心进行整理，确保铁心端面平整、叠片接缝符合要求。

（3）对铁心表面均匀涂刷铁心漆并充分干燥。

（4）回装夹件，并紧固各部位螺栓。

（5）调整高低压线圈上下支撑垫块位置，确保线圈水平固定牢靠。

（6）恢复高压侧连杆及低压侧引线。

（7）再次使用兆欧表2 500 V档位测量铁心对地绝缘，数据合格。

4.2 变压器交接试验

全部回装完成后，按照干式变压器交接试验标准进行以下试验项目：

（1）测量绕组的直流电阻

各相绕组相互间差别不应大于2%，线间相互间差别不应大于1% 。

（2）检查所有分接的电压比

与制造厂铭牌数据相比，额定分接下电压比允许偏差不应超过±0.5%。

（3）检查变压器的三相接线组别

变压器的三相接线组别应与铭牌上的标记和外壳上的符号相符。

（4）测量铁心及夹件的绝缘电阻

使用兆欧表2 500 V档位测量，持续时间应为1 min，应无闪络及击穿现象，绝缘电阻应不小于200 MΩ。

（5）测量绕组的绝缘电阻、吸收比

绝缘电阻值不应低于产品出厂试验值的70% 或不低于 10 000 MΩ（20 ℃） ，吸收比与产品出厂值相比应无明显差别，在常温下不应小于1.3。

（6）进行绕组的交流耐压试验

两倍额定电压下，耐受时间不低于60 s。

（7）进行额定电压下的空载冲击合闸试验

在额定电压下对变压器实施3次冲击合闸试验，应无异常现象。

（8）相位检查

检查变压器的相位，应与电网相位一致。

4.3 空载及带负荷试运行

所有交接试验完成且试验数据合格后空载运行24 h，观察无异常后将变压器带负荷投入运行，持续观察该变压器运行情况，无异常24 h后解除观察正式投入运行。

5 改进措施与预防措施

5.1 改进措施

5.1.1 绝缘材料更换选型

使用绝缘性能更好、耐热性更好的绝缘材料替换存在老化的绝缘材料，提升变压器绝缘性能的稳定性。

5.1.2 增强变压器通风散热

在高厂变内加装6台横流式轴流风机，配合温控装置，增强变压器运行过程中的散热能力，降低变压器绝缘材料的老化速度。

5.1.3 做好设备检修期间除湿工作

针对地下厂房环境湿度较大的问题，通过开启母线洞排风机、开启厂房通风除湿系统、在变压器区域临时增设除湿设备等方式，做好变压器停运后的通风除湿工作，减少绝缘材料在冷却过程中的吸潮现象。

5.2 预防措施

5.2.1 同类型设备全面排查

全面排查全厂所有干式变压器铁心对地绝缘情况，记录每台变压器停运后由热态到冷态过程中铁心对地绝缘的变化数据，统计每台变压器历年检修试验数据。

5.2.2 加强设备试验数据综合分析

持续加强对每台设备历年铁心对地绝缘试验数据的统计分析，及时发现设备异常动态过程，做到早发现、早干预、早处理。

5.2.3 做好定期巡视检查和检修工作

定期巡视检查干式变是否有过载、异音、异味、异常放电等现象，检查三相绕组温升是否正常，检查箱体通风是否正常。检修过程重点检查附件紧固件、穿芯螺杆、引出线、接地片是否松动，检查底部绝缘垫块、压环压钉、铁心与夹件间绝缘漆是否脱落严重，检查铁心硅钢片是否有波浪鼓起、铁心柱与拉板间是否有异物，并做好卫生清理工作。

6 结束语

通过对电厂2号高厂变铁心对地绝缘偏低故障的分析排查，最终确定铁心与拉板之间的绝缘材料发生老化后，在冷却过程中吸潮导致铁心对地绝缘水平降低。通过更换新型绝缘材料、加装轴流风机等措施彻底解决了该问题，消除了可能发生高厂变铁心多点接地的隐患。在对全厂干式变进行排查后发现，该变压器厂家生产的同批次干式变均存在铁心对地绝缘逐年下降的情况，本次的排查处理过程可以很好地应用到全厂其余干式变的处理过程中去，也可以对行业内所有干式变铁心对地绝缘偏低故障的分析处理提供参考。