天津市路灯管理处，300151；天津市电力公司检修公司，300232；
摘 要 变压器 <http://www.cnelc.com/ProductShop/ShowClass.asp?ClassId=10902>的铁芯是传递、变换电磁能量的主要部件之一，硅钢片叠成的铁芯主要是为了减少涡流，分散电场涡流，保证它们的可靠运行是人们所关注的问题，统计资料表明因铁芯问题造成故障，占变压器总事故中的第三位。
关键词 变压器铁心 故障原因 检测方法 预防措施
电力变压器是输变电系统中最重要的设备之一，变压器正常运行时，铁芯必须有一点可靠接地，否则铁芯对地会产生悬浮电压或铁芯多点接地而产生发热故障，严重威胁变压器及电网的安全。
变压器铁芯的运行要求
变压器正常运行时，带电的绕组与油箱之间存在电场，而铁芯和其他金属构件处于该电场中。由于电容分布不均，场强各异，如果铁芯的外引接地线不接地，则将产生充放电现象，破坏固体绝缘和油的绝缘强度，所以铁芯必须有一点可靠接地。
铁芯由硅钢片，外引接地线组成，为减小涡流，片间有一定的绝缘电阻(一般仅几欧姆至几十欧姆)，由于片间电容极大，在交变电场中可视为通路，因而铁芯中只需一点接地即可将整叠的铁芯叠片电位箝制在地电位。
当铁芯或其金属构件如有两点或两点以上(多点)接地时，则接地点间就会造成闭合回路，键链部分磁通，感应电动势，并形成环路，产生局部过热，甚至烧毁铁芯。
变压器铁芯只有一点接地，才是正常接地。即铁芯的外引接地线必须接地，且必须是一点接地。
变压器在运行中，进行铁芯接地电流巡检，现场人员多采用钳形电流表夹住铁芯接地线来检测铁芯接地电流，电流大小要求小于100mA。
变压器铁芯故障原因分析
2.1 铁芯油道短路故障
大型电力变压器铁芯为了满足散热要求，采用的方法是在铁芯中设置油道，通过循环油流把铁芯中的热量带出。所谓油道即把铁芯分级迭成，2级之间用绝缘垫块隔离，各级之间便形成油道(油道宽度约为6mm)。由于铁芯各级之间相互绝缘，所以在外引铁芯接地线时必须首先把各级之间用导体连在一起。一般情况下铁芯外引接地点设在低压引出线侧。所谓油道短路，即油道两侧的硅钢片被短接，如油道两侧的硅钢片撬片、油道中掉进金属物等。当油道中发生短路故障时，短路点和铁芯级间接地连接导体中将流过短路故障电流，短路电流的大小随短路点的变化而变化，严重时短路电流可达到百安培级。如短路点与两侧铁芯经接地连接导体构成的电气闭合回路中交链的磁通越多，故障点中流过的电流就越大。
2.2铁芯窗口内表面故障
铁芯窗口内表面故障在多数情况下是由于铁芯窗口内表面落有金属物使部分铁芯截面被短接造成的，这种情况相当于铁芯多点接地故障，但是后果要比铁芯发生外表面故障时严重得多。因为在铁芯和金属短路物中将产生很大环流，情况严重时，环流可以达到百安培数量级，消耗的功率也将达到几kW 到十几kW。从侧断面可以看出， 部分铁芯片间绝缘被短路， 使环流回路中电阻减小。当铁芯工作接地点采用并联方式时，环流回路中的电阻变得更小， 使情况更加严重。
铁芯故障主要由两个方面原因引起，一是施工工艺不良造成短路，二是由于外引接地线附件和外界因素引起多点接地。
变压器铁芯多点接地故障的表现形式
3.1 铁芯多点接地原因
大型电力变压器在正常情况下，铁芯只有一点与接地体相接，以保证铁芯在高电场中仍与大地等电位。如果铁芯除此接地点外又另有一 点或多点接地(铁芯与油箱壁短接)，则称为“铁芯多点接地”。铁芯多点接地的原因有很多， 常见的情况有下列几种。
（1）铁芯上落有金属杂物，将铁芯磁轭部分表面短接。
（2）变压器在制造或大修过程中将铁刷丝、起重用的钢丝绳断股及微小金属丝等遗留在变压器油箱内，当变压器运行时，在电磁场的作用下将其竖起， 使铁芯与油箱底部短接。
（3）变压器油箱和散热器等在制造过程中，焊渣清理不彻底，当变压器运行时，特别是强油循环冷却变压器时，在油流的作用下，往往把杂质堆积在一起， 使铁芯与油箱壁短接。
（4）变压器制造过程中残留在变压器内部的一些具有导电性质的悬浮物。这些悬浮物在电磁场的作用下，形成导电小桥，使铁芯与油箱壁短接，这种情况常常发生在油箱底部，一些粉末状悬浮物附着在铁芯底部绝缘垫块表面上。
（5）变压器进水，使铁芯底部绝缘垫块受潮，引起铁芯对地绝缘下降。
(6)安装变压器竣工后，未将油箱顶盖上运输的定位销翻转过来或去除掉，构成外引接地线多点接地。
(7)由于铁芯夹件肢板距芯柱太近、铁芯叠片因某种原因翘起后，触及到夹件肢板，形成外引接地线多点接地。
(8)铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭叠片相碰，构成了新的接地点。
(9)铁芯下夹件垫脚与铁轭间的绝缘纸板脱落或破损，使垫脚铁轭处叠片相碰造成接地。 (10)具有潜油泵装置的大中型变压器，由于潜油泵轴承磨损，金属粉末进入油箱中，淤积油箱底部，在电磁力作用下形成桥路，将下铁轭与垫脚或箱底接通，形成外引接地线多点接地。 (11)油浸变压器油箱盖上的温度计座套过长，与上夹件或铁轭、旁柱边沿相碰，构成新的接地点。
(12)油浸变压器油箱中落入了金属异物，这类金属异物使铁芯叠片和箱体构通，形成接地。 (13)下夹件与铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面不清洁，附有较多的油泥，使其绝缘电阻值降为零时，构成了多点接地。
3.2 多点接地时出现的异常现象
(1)在铁芯中产生涡流，铁损增加，铁芯的外引接地线局部过热。
(2)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。会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，铁芯将烧毁。
(3)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 <http://www.cnelc.com/ProductShop/ShowClass.asp?ClassId=107>继电器 <http://www.cnelc.com/ProductShop/ShowClass.asp?ClassId=11802>动作。
(4)因铁芯过热使器身中木质垫块及夹件碳化。
(5)严重的多点接地会使接地线烧断，使变压器失去了正常的一点接地，后果不堪设想。
(6)多点接地也会引起放电现象。
铁芯接地故障的检测方法
4.1多点接地故障的检测
铁芯多点接地故障判断方法通常从两方面检测:
(1)进行气相色谱分析。色谱分析中如气体中的甲烷及烯烃组分含量较高，而一氧化碳和二氧化碳气体含量和已往相比变化不大，或含量正常，则说明铁芯过热，铁芯过热可能是由于多点接地所致。
色谱分析中当出现乙炔气体时，说明铁芯已出现间歇性多点接地。
(2)测量接地线有无电流。可在变压器铁芯外引接地套管 <http://www.cnelc.com/ProductShop/ShowClass.asp?ClassId=12598>的接地引线上，用钳形表测量引线上是否有电流。变压器铁芯正常接地时，因无电流回路形成。接地线上电流很小，为毫安级(一般小于0。3A)。当存在多点接地时，铁芯主磁通周围相当于有短路匝存在，匝内流过环流，其值决定于故障点与正常接地点的相对位置，即短路匝中包围磁通的多少。一般可达几十安培。利用测量接地引线中有无电流，很准确地判断出铁芯有无多点接地故障。
4.2 铁芯外表面接地故障的检测
铁芯外表面发生接地故障时，运行中可以使用钳形电流表，通过测量铁芯外引接地线中的电流，来判断铁芯是否存在多点接地故障。如果电流达到数安培，则可判定铁芯存在多点接地故障。但是应当注意， 由于变压器油箱壁的周围存在漏磁通，往往会使测量结果产生很大误差，造成误判断。解决问题的方法，一是测量位置应选择在变压器油箱壁高度的1／ 2 处，因为该处的漏磁通较小且与接地引下线平行。二是进行2 次测量，第一次将钳形电流表紧靠被测接地引下线边缘，但并不钳住接地线，读取一个电流数据，该读数为漏磁通干扰电流。第二次在同一位置用钳形电流表钳住接地引下线，读取第二个电流数据，该读数为铁芯接地电流和漏磁通干扰电流之和，2 次读数之差即为实际铁芯接地电流。停电时，可以用摇表测量铁芯绝缘电阻来判断铁芯是否存在接地故障。
4.3铁芯内表面故障和油道短路故障的检测
当铁芯的内表面发生故障和油道发生短路故障时，铁芯接地引下线中的电流基本没有变化，所以不能用铁芯外表面接地故障检测方法。但是在一般情况下，变压器的空载损耗都将明显增加，所以可以用空载试验方法检测。另外， 铁芯发生内表面故障和油道短路故障时， 故障点上将明显产生裸金属性过热特征，所以通过油色谱分析即可发现故障。根据资料显示，在对变电所几起变压器发生油道短路故障进行色谱跟踪分析时，发现裸金属过热特征气体每次都有明显增加。
4.4停电吊芯后找不到故障点，为了能确切找到接地点，现场可采用如下方法。
（1）直流法。将铁芯的外引接地线与夹件的连接片打开，在轭两侧的硅钢片上通入6V的直流，然后用直流电压表依次测量各级硅钢片间的电压，当电压等于零或者表指示反向时，则可认为该处是故障接地点。
（2）交流法。将变压器低压绕组接入交流电压220~380V，此时铁芯中外引接地线有磁通存在。如果有多点接地故障时，用毫安表测量会出现电流(铁芯和夹件的连接片应打开)。用毫安表沿铁轭各级逐点测量，当毫安表中电流为零时，则该处为故障点。
变压器铁芯的故障处理方法
5.1 多点接地故障的排除
(1)变压器不能停运时的临时排除方法:
①有外引接地线，如果故障电流较大时，可临时打开地线运行。但必须加强监视，以防故障点消失后使铁芯出现悬浮电位。
②如果多点接地故障属于不稳定型，可在工作接地线中串入一个滑线电阻，使电流限制在1A以下。滑线电阻的选择，是将正常工作接地线打开测得的电压除以地线上的电流。
③要用色谱分析监视故障点的产气速率。
④通过测量找到确切的故障点后，如果无法处理，则可将铁芯的正常工作接地片移至故障点同一位置，用以较大幅度地减少环流。
(2) 变压器铁芯多点接地故障处理
变压器铁芯多点接地故障，在多数情况下是由于悬浮物在电磁场作用下形成导电小桥造成的。遇到这种情况时，采用电容放电冲击法即可处理。电容充放电电路图中，电路中电容C 为50MVar 左右，直流电压放电器输出的电压大约1kV。使用方法是:首先把双向开关K 合到触头1 侧， 对电容C 充电， 充电后快速把开关K合到触头2 侧对变压器铁芯故障点放电，反复进行几次故障即可排除。如果是其他性质的接地故障，用电容放电冲击法则很难排除，一般需吊罩检查处理。
5.2 变压器铁芯油道短路故障处理
变压器铁芯油道短路故障在一般情况下必须进行吊罩处理，吊罩后打开铁芯级间的连接导体，用万用表电阻档测出油道是否短路，之后可以用薄木板条在油道中试导通，把短路物推出油道。如果上述方法不能实现， 又不具备铁芯解体条件，只有改变铁芯级间接地连接方式， 即由并联方式改为串联方式。当铁芯级间采用并联接地方式时，接地片则插在每级铁芯的中间位置。而采用串联接地方式时，接地片则插在铁芯油道的边缘(一般与油道相隔3 片硅钢片) 。综上所述，变压器铁芯接地故障还需要注意以下几方面问题:
变压器铁芯油道短路故障在一般情况下必须进行吊罩处理，吊罩后打开铁芯级间的连接导体， 用万用表电阻档测出油道是否短路，之后可以用薄木板条在油道中试导通，把短路物推出油道。
如果上述方法不能实现，又不具备铁芯解体条件， 只有改变铁芯级间接地连接方式，即由并联方式改为串联方式。
发现铁芯多点接地故障时，可采用气相色谱法和监视接地电流来跟踪监测。由铁芯毛刺或浮物引起的接地故障可采用电容放电的方式，但要注意电压的大小，此方法不需要对变压器进行吊罩，可减少停电时间，提高供电可靠性。
5.3 彻底检修措施
监测发现变压器存在多点接地故障后，对于可停运的变压器，应及时停运，退出后彻底消除多点接地故障。排除此类故障的方法，根据多点接地类型及原因，应采取相应的检修措施。
预防变压器铁芯故障的措施
预防变压器铁芯多点接地和短路故障可采取的措施：
(1)在吊芯检修时，应测试绝缘电阻，如有多点接地，应查清原因并消除。
(2)安装时，检查钟罩顶部与铁芯上夹件间的间隙，如有碰触及时消除。
(3)运输时，固定变压器铁芯的连接件，应在安装时将其脱开。
(4)穿芯螺栓绝缘应良好，检查铁芯穿心螺杆绝缘套外两端的金属座套，防止座套过长，触及铁芯造成短路。
(5)绕组压钉螺栓应紧固，防止螺帽和座套松动而掉下造成铁芯短路。铁芯及铁轭静电屏导线应紧固完好，防止出现悬浮放电。
(6)铁芯和夹件通过小套管引出接地的变压器，应将接地线引至适当位置，以便在运行中监视接地线中是否有环流。当有环流而又无法及时消除时，可采取临时措施，即在接地回路中串人电阻限流，电流一般控制在300mA以下。
【参考文献】：
[1] 陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].北京水利电力出版社，1994
[2] 陈化钢.电力设备异常运行及事故处理. 中国水利水电出版社，1998
[3] 韩爱芝. 变压器铁心多点接地故障的判断与处理.《高电压技术》1995年第4期
[4] DL/T 722-2000. 变压器油中溶解气体分析与判断导则[S].
[5] DL/T 596-1996. 电力设备预防性试验规程[S].