中國大唐集團科學技術研究院有限公司華中電力試驗研究院的研究人員靳鵬超、王立楠，在2020年第3期《電氣技術》雜誌上撰文，針對引起電力變壓器鐵心接地電流異常的外部原因、內部原因、特殊原因進行了分析，針對三類原因採用接地電流測試、色譜分析、絕緣電阻三種方法對異常原因進行分析判別，採用限流電阻、電容衝擊、電焊機、吊罩檢查法對異常電流進行處理。
通過引下線絕緣破損、金屬異物搭接、電容衝擊法對故障進行定位處理、對運行中的變壓器採用限流電阻法限制故障電流實際案例分析論證。保證變壓器的正常運行。提出相關建議，對於變壓器鐵心接地電流運行維護具有重要的參考意義。
電力變壓器正常工作時，變壓器鐵心、夾件通常一點接地。若鐵心、夾件出現兩點或兩點以上的接地時，兩點之間形成閉合迴路，在變壓器漏磁場的作用下，兩點之間產生環流引起變壓器局部過熱，環流過大時引起鐵心損耗增加，嚴重時造成鐵心燒損，造成變壓器非停事故發生。對於運行中的變壓器接地電流DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規程》規定變壓器鐵心接地電流運行中鐵心接地電流一般不大於100mA。
1 接地引下線基本結構
變壓器鐵心、夾件引出線經變壓器頂部套管引出後由絕緣瓷瓶支撐或絕緣膠皮包裹等方式引至變壓器底部後接入主接地網實現鐵心一點接地。具體如圖1至圖3所示，對於運行中變壓器鐵心接地電流需要定期進行測量，測量方式分別為人工手動測量、在線儀表測量等方式。
2 外部原因
2.1 外部原因及其危害
1）引下線絕緣破損
變壓器鐵心、夾件引出線頂部套管絕緣破壞,鐵心、夾件接地引下線外包絕緣破損等原因導致引下線與變壓器箱體搭接接地，搭接點與引下線接地點之間構成外部閉合迴路，閉合迴路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵心、夾件引下線電流異常。
2）金屬異物搭接引下線
變壓器大修時箱體上不慎丟落鐵絲等金屬物體搭接至鐵心引下線與變壓器外殼構成外部閉合迴路，閉合迴路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵心、夾件引下線電流異常。
2.2 外部故障案例
1）案例1：引下線絕緣破損
變壓器鐵心、夾件引出線經頂部套管由變壓器頂部引出，頂部套管受外力等原因破損，絕緣能力下降變為零,引起鐵心引出線與外殼相連，形成臨時接地點，如圖4所示。變壓器鐵心引下線由絕緣護套包裹達到與變壓器外殼絕緣的效果，外力破壞、自然風化等原因使絕緣護套破損，破損後鐵心引下線銅排與變壓器外殼搭接，形成臨時接地點，如圖5所示。
上述兩種情況均會導致變壓器鐵心、夾件接地引下線在臨時接地點與引線下接地點間形成閉合迴路，閉合迴路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致鐵心、夾件引下線電流異常，超出100mA標準要求值。
2）案例2：金屬異物搭接引下線
某500kV變壓器，該變壓器鐵心由四塊監測電流表（從左向右分別為1、2、3、4號接地監測電流表）監測鐵心接地引下線電流，如圖6所示。電氣點檢巡檢時發現該變壓器2號接地監測電流表超過100mA，數值高達7566mA，如圖7所示，4塊電流表電流見表1。
外部排查過程中發現變壓器瓦斯繼電器集氣銅管與2號鐵心引下線搭接，如圖8所示，該搭接點與鐵心引下線接地點構成閉合迴路，閉合迴路在變壓器的漏磁場中感應出電流，導致2號監測電流表數值超出100mA標準要求值。電氣人員身穿靜電屏蔽服登上變壓器，將上述搭接點打開後，電流由7566mA恢復正常3.72mA，如圖9所示。
3 內部原因
3.1 鐵心一點接地必要性及其多點接地的危害
變壓器正常運行時，帶電繞組周圍存在交變的磁場，由於電磁感應和寄生電容的原因，帶電繞組通過寄生電容的耦合作用使鐵心及其金屬構件對地產生懸浮電位。鐵心和周圍的金屬構件距離不等則鐵心與周圍導體的電位不同，當兩點電位差達到能夠擊穿兩點絕緣時，會產生持續的局部放電。變壓器油在持續放電過程中會逐漸劣化、絕緣性能降低，繼續發展會演變成鐵心過熱，燒毀鐵心導致事故發生。
為解決這种放電現象，鐵心及其金屬構件必須可靠一點接地。鐵心及其金屬構件與大地之間的寄生電容被短接，使鐵心及其金屬構件始終處於地電位。理論上接地電流應為零，但是實際情況下三相電壓相位不可能完全對稱、各相電容也不一樣等原因接地引下線中會出現一定的電流，一般在十幾個毫安左右。
鐵心出現多點接地時，鐵心間的不均勻電位就會在接地點之間形成環流，造成鐵心局部過熱，嚴重時，過熱產生的氣體會造成輕瓦斯保護動作，嚴重時會造成重瓦斯保護動作而引起跳閘事故的發生。局部鐵心燒熔的形成鐵心片間的短路故障，使變壓器損耗增加，嚴重影響變壓器的性能和正常工作。
3.2 變壓器鐵心多點接地故障的原因
1）鐵心與外殼相連。鐵心鬆動位移、金屬構件遺留在鐵心下部（螺絲帽、潛油泵軸承研磨掉的金屬粉末及金屬絲等）等原因均可造成鐵心與外殼相連，形成鐵心多點接地故障，造成鐵心接地電流異常。
2）鐵心與夾件相連。鐵心片翹曲、金屬異物、雜質等原因均可造成鐵心與夾件直接或間接短路，形成鐵心多點接地故障，造成鐵心接地電流異常。
3.3 鐵心接地電流異常判別方法
1）接地電流測試法
變壓器鐵心通過接地引下線單點接地，接地電流為毫安級別。鐵心多點接地時，流過接地引下線的電流急劇增大，該電流的大小取決於故障點與正常接地點兩者間的相對位置，即短路匝所包含磁鏈多少,最大電流可達數百安培。常用方法利用專用鉗形電流表測量變壓器鐵心接地引下線上電流數值，判斷變壓器是否存在多點接地問題。
2）色譜分析法
變壓器鐵心存在多點接地時，變壓器會呈現高溫過熱或中溫過熱現象。對變壓器進行變壓器油中的特徵氣體含量氣相色譜分析，表現為總烴含量超過注意值（150L/L），其中乙烯（C2H4）和甲烷（CH4）佔較大比重，乙炔值含量低或沒有變化，色譜三比值通常為「022」、「021」的現象。
3）絕緣電阻測試法
測量絕緣電阻是一種簡單可行檢測鐵心是否存在多點接地的方法，檢測時需先斷開接地引下線，分別測量鐵心、夾件對地的絕緣電阻來判斷鐵心、夾件是否存在多點接地故障。測量鐵心對夾件的絕緣電阻值來判斷兩者是否存在搭接的情況。該方法無法檢測到變壓器鐵心片間短路檢測。
4）方法優缺點對比
3種方法進行優缺點比較見表2。
3.4 變壓器鐵心接地電流異常處理方法
1）限流電阻法
變壓器鐵心多點接地導致變壓器鐵心引下線電流增大，在保證設備安全、不停電情況下可在鐵心引下線中串入合適的電阻（一般選取250～1000），使接地引下線電流小於100mA，電阻的選擇與故障情況下接地引下線開路電壓有關，串入電阻時應注意限流電阻功率的大小，防止電阻發熱燒斷引起鐵心引下線斷開接地，鐵心產生懸浮電位，故障進一步擴大。
2）電容衝擊法
變壓器出現鐵心多點接地故障，不宜貿然進行吊罩處理。正常情況下受潮溼、場地條件的限制，變壓器內部器件不能長時間暴露在空氣中，而吊罩解體時間長，耗費大，對變壓器經濟運行有嚴重的影響，當變壓器出現由金屬毛刺、油垢、焊渣、鐵鏽等雜質引起的非永久性多點接地而發生接地電流異常時，可採用電容衝擊法對變壓器鐵心進行放電衝擊，電容衝擊法是在斷開鐵心、夾件接地的情況下採用電容放電（一般不大於600V）、燒斷故障接地點。
3）電焊機法
變壓器出現鐵心多點接地故障時，搭接點是虛接，電阻較大。將鐵心正常接地斷開，可利用電焊機給鐵心加大電流（40A），當鐵心電流逐漸升高的同時，電阻在大電流的作用下，持續一段時間後，故障點溫度升高，燒斷故障點，達到解決故障點虛接的目的。
4）吊罩檢查法
針對變壓器內部長時間存在鐵心多點接地故障，可結合大修對變壓器進行吊罩檢查，吊罩後變壓器內部構造直觀暴露在面前，降低內部故障的排查難度，可以進行徹底的故障點搜索定位，吊罩後變壓器可採用試驗的方法對變壓器多點接地故障點進行定位，可採用絕緣電阻表逐個對變壓器夾件、鐵心、穿心螺杆等測量其絕緣電阻值，根據絕緣電阻的大小判斷故障位置。但是吊罩歷時長，增加了維護成本。
3.5 內部故障案例
1）電容衝擊法解決故障案例
某220kV變壓器，試驗人員在進行鐵心絕緣電阻試驗時，發現絕緣為零。將鐵心、夾件接地解開後，使用萬用表測量鐵心與夾件之間電阻，其阻值不穩定，在25至7000之間變化。現場通過起停油泵、敲擊變壓器本體不同部位等方法對鐵心、夾件間阻值進行觀察，發現其阻值受油流及變壓器本身振動而變化。判斷變壓器鐵心與夾件間有金屬異物搭接。
隨後變壓器廠家對變壓器進行內檢，未發現異常情況。隨後採用電容衝擊法對變壓器夾件進行衝擊，在進行第6次和第7次衝擊試驗時，電容器與放電桿之間火花消失，變壓器內部放電聲音消失。連接鐵心、夾件金屬性異物已被電容放電的能量分開，故障排除。電容衝擊試驗數據見表3。
2）限流電阻法解決故障案例
某220kV變壓器，運行過程中使用鉗形電流表測量鐵心、夾件接地電流均為21A，鐵心與夾件之間存在金屬異物搭接，搭接點與接地引下線接地點間構成閉合迴路，閉合迴路在交變磁場中產生環流。
為防止電流過大燒損鐵心，現場採用限流電阻法，在夾件與接地間串接滑動變阻器，對環流進行限制，如圖10所示。滑動變阻器調到630Ω。鐵心、夾件引下線接地電流被控制到32.5mA（要求小於100mA）如圖11所示。運行中對該變壓器鐵心、夾件接地電流情況進行了持續跟蹤監測，接地電流一直為32.5mA，穩定運行至今。
4 特殊原因
高電壓等級三相分體變壓器，由於變壓器特殊的結構差異引起變壓器鐵心引下線電流大於100mA。標準GB/T 24846—2018《1000kV交流電氣設備預防性試驗規程》中規定：運行中鐵心及夾件接地電流一般不大於300mA，因變壓器結構原因造成接地電流超過300mA的，應加以說明。
某500kV三相分體變壓器，夾件引下線電流8mA，鐵心引下線電流自投運以來一直處於230mA，運行中監測該電流，沒有增長趨勢，穩定運行至今。
特高壓1000kV三相分體變壓器，出廠試驗數據鐵心電流320mA左右，夾件電流90mA左右，變壓器穩定運行。特殊變壓器鐵心、夾件電流數據見表4。
5 結論
文中通過研究與分析變壓器出現鐵心電流異常的原因、判別方法、處理方法三方面，通過實際案例對該問題進行分析處理，對於處理變壓器鐵心電流異常建議如下。
1）分析變壓器鐵心接地電流異常原因應優先採用特殊原因、外部原因、內部原因的順序分析異常原因類別。2）結合現場實際情況，綜合判斷。優先採用接地電流測試法、色譜分析法、絕緣電阻測試法的順序對異常原因進行判斷。3）確認鐵心接地電流異常原因後優先採用限流電阻法、電容衝擊法、吊罩檢查法的順序對故障進行檢查處理。