接地電流檢測技術(shù)

1、目 錄第一節(jié)變壓器鐵心接地電流檢測技術(shù)2一、變壓器鐵心接地電流檢測概述2二、變壓器鐵心接地電流檢測基本原理42.1變壓器鐵心接地基本知識42.2變壓器鐵心的接地形式72.3變壓器鐵心接地電流形成機理92.4.變壓器鐵心接地電流測試設(shè)備組成及基本原理11三、變壓器鐵心接地電流檢測及診斷方法133.1現(xiàn)行鐵心接地電流檢測方法133.2鐵心接地電流的診斷標準173.3鐵心接地電流檢測的注意事項17四、典型測試案例分析204.1鐵心電流檢測發(fā)現(xiàn)110kV主變鐵心電流過大典型案例204.2鐵心接地電流檢測發(fā)現(xiàn)多點接地典型案例23第二節(jié)電纜護層接地電流檢測技術(shù)25一、電纜護層接地電流檢測概述25二、電纜護

2、層接地電流檢測基本原理262.1電力電纜接地基本知識262.2電力電纜護層接地電流形成機理292.3.電力電纜護層接地電流測試設(shè)備組成及基本原理32三、電纜護層接地電流檢測檢測及診斷方法333.1電纜護層接地電流檢測方法333.2 電纜護層接地電流的診斷標準353.3 電纜護層接地電流檢測的注意事項35四、典型測試案例分析364.1電纜護層接地電流檢測發(fā)現(xiàn)110kV電纜護層保護器擊穿缺陷案例364.2電纜護層接地電流檢測發(fā)現(xiàn)110kV交聯(lián)單心電纜護層破損缺陷案例37參考文獻（自動編號）39第X章 接地電流檢測技術(shù)（冀北公司）在電力系統(tǒng)中，接地是用來保護人身及電力、電子設(shè)備安全的重要措施。通常我

3、們將接地分為工作接地、系統(tǒng)接地、防雷接地、保護接地，用他們來保護不同的對象。對于大型高壓電氣設(shè)備，如變壓器、電力電纜、避雷器等設(shè)備因其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計或運行要求，也是通過接地來實現(xiàn)設(shè)備正常運行的要求，這幾種接地形式從目的上來說是沒有什么區(qū)別的，均是通過接地導體將過電壓產(chǎn)生的過電流通過接地裝置導入大地，從而實現(xiàn)保護的目的，而通過接地裝置流入大地的電流會因設(shè)備運行狀態(tài)的改變而發(fā)生改變，所以對于接地電流的測量可以直接或間接地反映設(shè)備運行狀況。接地電流測試方法簡單，但是卻因設(shè)備種類不同，測試數(shù)據(jù)反映的意義大不相同，因篇幅所限，本章只針對變壓器鐵心及電纜護層的接地電流測試進行介紹。第一節(jié) 變壓器鐵心接地電流

4、檢測技術(shù)一、 變壓器鐵心接地電流檢測概述變壓器鐵心是變壓器內(nèi)部傳遞、變換電磁能量的主要部件，正常運行的變壓器鐵心必須接地，并且只能一點接地，對變壓器的事故統(tǒng)計分析表明，鐵心事故在變壓器總事故中已占到了第三位，其中大部分是鐵心多點接地引起，經(jīng)檢查證實的240臺變壓器故障中46臺是由于鐵心多點接地問題造成的。當鐵心兩點或多點接地時，在鐵心內(nèi)部會感應出環(huán)流，該電流可達數(shù)十甚至上百安培，會引起鐵心局部過熱，嚴重時會造成鐵心局部燒損，還可能使接地片熔斷，導致鐵心電位懸浮，產(chǎn)生放電性故障，嚴重威脅到變壓器的可靠運行。目前，對于運行中變壓器鐵心多點接地故障的預防主要是通過對鐵心接地電流的定期檢測進行的，變壓

5、器鐵心接地電流的檢測對于變壓器的安全運行具有非常重要的意義。例如，某型號為SFPS-120000/220的變壓器，油中溶解氣體分析結(jié)果表明H2和總烴高，且氣體增長速率與變壓器運行負荷的關(guān)系不密切，測試鐵心接地電流已達16A。經(jīng)停電檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部鐵心接地連片過長而跨接鐵心，將鐵心短接近1/10，造成鐵心多點接地，接地連片燒斷3/4。該隱患如未及時發(fā)現(xiàn)和消除，接地連片燒斷后可能導致鐵心失去地電位，從而造成嚴重的事故。又如，某熱電廠一臺SSZ-120000/220變壓器運行中檢測鐵心接地電流達500mA，超過規(guī)程規(guī)定的“不大于0.1A”的要求，為了確保變壓器運行安全，不得不安排停電檢修，進行鐵心的絕

6、緣試驗，試驗結(jié)果顯示鐵心絕緣良好，不存在多點接地，原鐵心接地電流檢測結(jié)果不準確，造成誤停電，該臺變壓器的整個啟停過程共經(jīng)歷3天時間，造成巨大經(jīng)濟損失。目前，電力運行單位對于變壓器鐵心接地電流檢測和監(jiān)測的管理中，大都采取手持式鉗形電流表進行檢測以及加裝鐵心接地電流在線檢測裝置等方法，這些檢測方法可以及時、便捷和較為準確的檢測出變壓器鐵心的接地電流，除此之外，一些專用的鐵心接地電流檢測儀器和裝置也越來越多的得到了推廣和應用。對運行中的變壓器進行鐵心接地電流的檢測和監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)鐵心多點接地引起的接地電流變化，是防范鐵心多點接地故障的最直接、最有效的方法。二、 變壓器鐵心接地電流檢測基本原理2.

7、1變壓器鐵心接地基本知識鐵心鐵心是變壓器的主要部件之一，它構(gòu)成了變壓器的主磁路。變壓器是依據(jù)電磁感應原理來工作的，一、二次繞組之間并沒有電的直接聯(lián)系，只有通過鐵心形成磁的聯(lián)系。利用變壓器鐵心可獲得強磁場，增強一、二次繞組間的電磁聯(lián)系，減少勵磁電流。為了提高導磁系數(shù)和降低鐵心渦流損耗，鐵心用表面涂漆的硅鋼片疊成。電工硅鋼片很薄，變壓器上目前一般用厚度為0.230.35mm的硅鋼片。鐵心是變壓器內(nèi)部電磁能量轉(zhuǎn)換的媒介，把一次電路的電能轉(zhuǎn)為磁能，又由此磁能轉(zhuǎn)變?yōu)槎坞娐返碾娔堋Ｔ诮Y(jié)構(gòu)上，夾緊裝置使鐵心成為一個機械上完整的結(jié)構(gòu)，而且在其上面套有帶絕緣的繞組，支持著引線，并幾乎安裝了變壓器內(nèi)部的所有部件

8、。鐵心的質(zhì)量在變壓器各部件中最大，在干式變壓器中鐵心的質(zhì)量占總質(zhì)量的50%左右；在油浸式變壓器中，鐵心所占質(zhì)量的比例稍有下降，約為30%。變壓器的鐵心（即磁導體）一般是框形閉合結(jié)構(gòu)。其中套繞組的部分稱為心柱，不套繞組只起閉合磁路作用的部分稱為鐵軛?，F(xiàn)代鐵心的心柱和鐵軛在一個平面內(nèi)，即為平面式鐵心，新式的立體鐵心呈三角形立體排列。鐵心的種類鐵心有兩大基本結(jié)構(gòu)形式，即殼式和心式。它們的主要區(qū)別在于鐵心與繞組的相對位置，即繞組被鐵心包圍時稱為殼式；鐵心被繞組包圍時稱為心式。心式變壓器的特點是繞組包圍鐵心，鐵心處于器身內(nèi)心，故稱心式或內(nèi)鐵心，判斷的標準是總有幾個繞組的一邊沒有鐵心或鐵軛。而殼式變壓器的

9、特點是鐵心包圍繞組，任何一個繞組的兩邊一定有鐵心或鐵軛，鐵心像一個外殼包圍著繞組，故稱殼式變壓器或外鐵式變壓器。它主要用在家用視頻電器或特大型變壓器上，可拆成小件到現(xiàn)場組裝成整體變壓器。一般情況下，殼式鐵心是水平放置的，心式鐵心是垂直放置的。大容量的心式變壓器由于運輸高度所限，壓縮了上下鐵軛的高度，以增加旁軛的辦法增加磁路，但是它們?nèi)员Ａ粜氖浇Y(jié)構(gòu)的特點，因此它們雖有包圍繞組的旁軛，仍屬于心式結(jié)構(gòu)。2.1.3 鐵心的接地形式變壓器在運行中，鐵心以及固定鐵心的金屬結(jié)構(gòu)、零件、部件等，均處在強電場中，在電場作用下，它具有較高的對地電位。如果鐵心不接地，它與接地的部件、油箱等之間就會有電位差存在，在電

10、位差的作用下，會產(chǎn)生斷續(xù)的放電現(xiàn)象。另外，在繞組的周圍，具有較強的磁場，鐵心和零部件都處在非均勻的磁場中，它們與繞組的距離各不相等，所以各零部件被感應出來的電動勢大小也各不相等，彼此之間因而也存在著電位差。鐵心和金屬構(gòu)件上會產(chǎn)生懸浮電位差，電位差雖然不大，但也能擊穿很小的絕緣間隙，因而也會引起持續(xù)性的微量放電，這些現(xiàn)象都是不允許的，而且要檢查這些斷續(xù)放電的部位，是非常困難的。因此，必須將鐵心以及固定鐵心、繞組等的金屬零部件，可靠地接地，使它們與油箱同處于地電位。鐵心是由許多層硅鋼片疊積而成的，如果鐵心有兩點或兩點以上接地，則鐵心中磁通變化時就會在接地回路中有感應環(huán)流。接地點越多，環(huán)流回路也越多

11、。這些環(huán)流將引起空載損耗增大，鐵心溫度升高。當環(huán)流足夠大時，將燒毀接地片產(chǎn)生故障。所以鐵心必須一點接地，可靠的一點接地叫做鐵心的正常接地。所謂鐵心一點接地，只是指其磁導體而言，其夾緊件不受此限。鐵心片與夾緊件要絕緣的一個原因就是確保鐵心一點接地。為了防止產(chǎn)生較大的渦流，鐵心的硅鋼片相互之間是絕緣的，不可以將所有的硅鋼片都接地，否則將造成較大的渦流而使鐵心發(fā)熱，通常鐵心接地是將任意一片硅鋼片接地即可。這是因為硅鋼片之間雖然絕緣，但其絕緣電阻數(shù)值是很小的，不均勻的強電場和磁場，在硅鋼片中感應的高壓電荷，可以通過硅鋼片，從接地處流向大地，將鐵心的任一片硅鋼片接地，那么，整個鐵心也就都接地了。對于大容

12、量的變壓器，由于其鐵心直徑較大，為了減少渦流損耗，常采用絕緣紙或石棉繩將鐵心硅鋼片隔成幾組，此時鐵心的正常接地必須先用適當?shù)慕饘賹w，將各組硅鋼片聯(lián)接成一個整體，再將其引出箱體與箱蓋上接地線套管接牢。2.2變壓器鐵心的接地形式2.2.2正常接地的具體做法(1)大型變壓器鐵心一點接地的做法對于大型變壓器通常采用將鐵心的任一片硅鋼片進行接地。鐵心的硅鋼片與上下夾件之間是用絕緣件隔開的，采用0.3mm厚的銅片插入上鐵軛的任意兩硅鋼片之間，而銅片另一端與夾件連接，再引到箱蓋上與箱上的接地小套管連接，就構(gòu)成了鐵心的一點接地。對于高電壓大容量的變壓器鐵心除按上述做法做好一點接地，引出至箱蓋小套管上，以便進

13、行接地電流的檢測外，還必須做好與接地有關(guān)部件之間的絕緣加強措施，能從外部檢測鐵心與夾件間的絕緣狀況，具體的措施和做法如下所述。1)高電壓大容量的變壓器鐵心和夾件都要分別用套管引至油箱外接地，為同時確保夾件不出現(xiàn)兩點或多點異常接地，應在墊腳與箱底之間加強絕緣措施。2)在器身上部定位裝置與油箱間同樣要可靠的加強絕緣，使二者之間不能相碰，有一定絕緣間隙，否則二者相碰將造成鐵心兩點或多點接地。(2)中小型變壓器鐵心一點接地的做法由于中小型變壓器器身和油箱之間距離較小，對于這類鐵心的一點接地做法與大型變壓器鐵心略有不同，應在上下鐵軛任兩片硅鋼片之間各插入一片銅片進行接地，并且要使二片銅片位置放的要對稱，

14、使之處于同電位，如插入位置不對稱，可能產(chǎn)生電位差，造成部分硅鋼片間形成局部短路，產(chǎn)生較大電流，引起鐵心過熱。2.2.3變壓器鐵心的多點接地正常運行的變壓器鐵心是一點接地的，此時流過鐵心接地線中的電流是由于高、低壓繞組對鐵心存在的電容造成的。對于三相變壓器，如果三相電壓完全對稱，理論上流過鐵心接地線電流為零，但實測電流值一般在幾毫安到幾十毫安之間。對于單相運行的變壓器，由于繞組與鐵心之間的電容值很?。ㄒ话阍趲浊F），容抗很大，計算和實際測試表明，該電流值也在幾十毫安以下。變壓器鐵心在多點接地的情況下接地線中的電流值決定于故障點與正常接地點的相對位置，即短路匝中包圍磁通的多少及整個回路的阻抗。當

15、鐵心出現(xiàn)多點接地時，在額定激磁電壓下，與故障回路鉸鏈的磁通在回路中會感應出一個電動勢，反應在接地線上就是電流的增加，此時的模型可表示為圖1所示。圖1 鐵心兩點接地時的電壓可以認為回路鉸鏈的磁通最大為流過鐵心的總磁通的 1/2，這樣回路感應出的電動勢也就近似等于繞組的每匝電壓的1/2。對于我國目前最常采用的冷軋硅鋼片而言，一般飽和磁密為1.92.0T。目前設(shè)計中鐵心的最大磁通密度的選取范圍為1.551.75T。對中、小型變壓器，一般為1.551.65T；對大型變壓器，一般為1.71.75T。由此結(jié)合變壓器的鐵心幾何結(jié)構(gòu)可以計算得出大容量的變壓器每匝電壓值約為300V，故鐵心多點接地回路中感應出的

16、電動勢約150 V，忽略大地和接地點的電阻，整個回路的電阻主要是由變壓器鐵心本體造成的，由于鐵心是由涂有漆膜的硅鋼片疊裝組成，硅鋼片的電阻與漆膜相比很小，實際上其電阻主要是由漆膜造成的，經(jīng)測量其電阻值約為幾十歐姆，因此在鐵心多點接地回路中最大可能出現(xiàn)幾安到幾十安的電流。該故障電流會造成鐵心局部過熱，嚴重時會造成鐵心局部溫升增加、輕瓦斯動作，甚至會造成重瓦斯動作而跳閘的事故。長期運行會導致鐵心局部燒熔，形成硅鋼片間的短路故障，嚴重影響變壓器的性能和正常工作。2.3變壓器鐵心接地電流形成機理單相變壓器以三繞組變壓器為例，鐵心一點接地時，其高壓、中壓和低壓繞組對鐵心存在分布電容，這樣流過鐵心的電流是

17、三繞組電流的疊加，其原理如圖2所示。圖2 鐵心一點接地示意圖鐵心一點接地的等效電路如圖3所示，其中，CC-L、CL-M、CM-H分別是鐵心與低壓繞組、低壓繞組與中壓繞組、中壓繞組與高壓繞組之間的分布電容，UH、UM、UL分別為高、中、低壓繞組的電壓，RM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜的等效電阻、CM是鐵心硅鋼片表面絕緣膜的等效電容、RP是鐵心硅鋼片的等效電阻。圖3 鐵心一點接地等效電路圖高壓、中壓、低壓繞組線圈對鐵心的分布電容，可按同軸圓柱電容的公式進行計算：式中：H為繞組平均高度(mm)；R1為內(nèi)繞組外直徑(mm)；R2為外繞組內(nèi)直徑(mm)。根據(jù)具體變壓器的結(jié)構(gòu)尺寸可得出變壓器繞組對鐵心的等效電容

18、，根據(jù)我國制造的大型電力變壓器典型結(jié)構(gòu)進行估算，其繞組對鐵心的等效電容一般為幾千pF。通常變壓器鐵心是由硅鋼片疊裝而成，每片硅鋼片表面均涂有絕緣漆膜，這樣整個變壓器鐵心可以視為硅鋼片表面絕緣漆膜的電阻與電容并聯(lián)后再與硅鋼片的電阻串聯(lián)。如硅鋼片電阻率為0.5歐米，其本身電阻可以忽略；絕緣漆膜電阻通常為幾十歐姆，而其容抗為105歐姆級，則其電容也可以忽略，這樣鐵心的電阻可以等效為其表面絕緣漆膜的電阻。因此，對于整個導電回路來說，回路阻抗為變壓器繞組間電容的容抗與絕緣漆膜的電阻串聯(lián)。因為容抗比電阻大很多，則整個回路阻抗可以視為繞組間電容的容抗值（約為幾千pF），經(jīng)計算可知由于電容效應流過鐵心的電流一

19、般在幾十毫安以內(nèi)。如我國電力行業(yè)標準DL/T 596電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程中，對電力變壓器要求規(guī)定：“運行中鐵心接地電流一般不大于0.1A”。三相變壓器由于變壓器鐵心結(jié)構(gòu)基本對稱，依次算出ABC三相的鐵心接地電流，如果三相電壓相位完全對稱且各繞組間電容完全相等，則三相疊加后接地電流理論上應該為零，即但實際變壓器在運行中，三相電壓相位不可能完全對稱、各繞組間電容也不可能完全相等，故實際的接地線中總會呈現(xiàn)出一定數(shù)值的接地電流，但是該數(shù)值會小于單相變壓器的接地電流值，其測量值一般在1mA左右。2.4.變壓器鐵心接地電流測試設(shè)備組成及基本原理裝置主要技術(shù)指標 采取抗干擾措施，當空間磁場干擾小于1A時，

20、保證測量結(jié)果達到測量精度要求。 測量導線直徑：不小于30mm 電流量程：AC 10 mA5A 電流分辨率： 0.1mA 測量精度：1%3個字 使用時間：一次電池充滿后可連續(xù)使用4小時以上，可間斷使用23天。 電池壽命：可以循環(huán)充放電500次以上 溫度范圍：工作環(huán)境溫度 -2045 充電電源：AC220V10%、20W裝置硬件組成方案裝置的硬件部分主要由IO卡鉗接口模塊、AD采集模塊、DSP數(shù)字信號處理模塊以及ARM人機接口模塊組成。圖4 鐵心一點接地等效電路圖測量CT輸出電流信號經(jīng)過電流電壓變換（I/V）后進行濾波以及量程（0.5A/10A）切換，輸出電壓信號至AD模塊進行采樣，補償CT與測量

21、CT處理方式一樣，AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號由DSP模塊進行處理，結(jié)果經(jīng)數(shù)字濾波后得到測量結(jié)果，由ARM 控制在液晶模塊顯示。三、 變壓器鐵心接地電流檢測及診斷方法變壓器鐵心多點接地故障，主要表現(xiàn)在油色譜數(shù)據(jù)呈內(nèi)部高溫過熱特征、空載電流變化（三相不平衡）、鐵心接地電流增大、鐵心對地絕緣電阻降低或為零、異響、油溫異常。變壓器鐵心多點接地往往引起磁路的局部高溫，因此油中溶解氣體分析能夠間接反映問題，但由于缺陷產(chǎn)生的特征氣體在油中的擴散需要一定時間，試驗規(guī)程中油色譜取樣也有一定的周期，因此往往難以迅速地發(fā)現(xiàn)運行中的鐵心多點接地故障。另外，鐵心多點接地時，低電壓下的空載試驗可以發(fā)現(xiàn)空載電流異常，鐵心對地絕緣

22、電阻試驗也可以發(fā)現(xiàn)絕緣電阻異常，從而有效地診斷鐵心是否出現(xiàn)多點接地的情況，但都是停電試驗，僅適用于發(fā)現(xiàn)異常后的確診。異響和油溫異常具有偶然性，且難以判斷產(chǎn)生原因，因此并非較為可靠的方法。與上述方法相比，在變壓器運行中進行鐵心接地電流的檢測和監(jiān)測，可以及時發(fā)現(xiàn)鐵心多點接地造成的接地電流變化，因此按規(guī)程周期準確地測量鐵心接地電流是防范鐵心多點接地故障的最簡單直接的方法。3.1現(xiàn)行鐵心接地電流檢測方法電力運行單位在對鐵心接地電流檢測和監(jiān)測的管理中，需要對準確性、及時性、便捷性和成本進行綜合考慮?，F(xiàn)有的變壓器鐵心接地電流檢測方法主要有普通鉗形電流表直接測試、專用鐵心接地電流檢測儀、變壓器鐵心接地電流在

23、線監(jiān)測及限流裝置以及鉗形電流表差值法測量。a) 普通鉗形電流表直接測試普通鉗形電流表由于其體積小，使用方便、造價低而經(jīng)常被用于鐵心接地電流的測量，但是由于其抗干擾能力較差，并且精度往往不能滿足要求，導致測試結(jié)果分散性大，不夠準確。運行中的變壓器周圍存在的漏磁場，對鐵心接地電流的測量有很大的影響，僅使用普通鉗形電流表測量，沒有有效的抗干擾措施，測量結(jié)果具有很大的隨機性，無法準確反映和發(fā)現(xiàn)變壓器早期缺陷，也可能誤判造成不必要的停電，不能滿足精益化和標準化管理的要求。圖5 普通鉗形電流表測鐵心接地電流原理圖圖6 普通鉗形電流表測鐵心接地電流示意圖我國電力行業(yè)標準DL/T 596電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程

24、中，對電力變壓器要求規(guī)定：“運行中鐵心接地電流一般不大于0.1A”。一般單相大型電力變壓器正常運行情況下鐵心接地電流通常為幾十毫安，三相變壓器由于三相電壓相位基本對稱，三相電流疊加后基本為零，考慮到其實際運行中的不完全對稱性，正常運行的三相變壓器鐵心接地電流僅有1-2mA左右。然而在現(xiàn)場檢測過程中，受到周圍空間電磁場的影響，使用普通鉗形電流表檢測到的鐵心接地電流往往在幾十到幾千毫安之間，如表1所示，干擾電流遠大于真實的鐵心接地電流，無法為鐵心的運行情況提供判斷依據(jù)。表1 普通鉗形電流表測得鐵心接地電流值變壓器B站1號主變L站1號主變S站1號主變S站2號主變X站4號主變鐵心接地電流測試值（普通鉗

25、形電流表）/mA564323312396其中L站1號主變和X站4號主變超標，停電后試驗證明鐵心絕緣良好，沒有發(fā)生多點接地等現(xiàn)象，造成了不必要的停電。b) 專用鐵心接地電流檢測儀目前部分生產(chǎn)廠家針對變壓器鐵心接地電流研制了專用鐵心接地電流檢測儀，其檢測基本原理與普通鉗形電流表相同，但具有更高級的功能，例如可對接地電流的波形顯示和存儲，可將波形數(shù)據(jù)導入計算機，對離散的采樣值進行傅氏變換，得出電流的基波幅值，再進行各種分析和處理。然而采用傅氏變換的方法并不能完全去除非整次諧波分量，尤其是對于低頻分量的抑制作用很差，無法通過數(shù)值處理濾除干擾。因此，專用鐵心接地電流檢測儀的研究重點僅放在了濾波功能的開發(fā)

26、，在實現(xiàn)測量中的抗干擾功能并不理想。c) 變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測及限流裝置目前系統(tǒng)內(nèi)已有少數(shù)變壓器安裝了鐵心接地電流在線監(jiān)測及限流裝置，該裝置通過在鐵心接地串入檢測電阻實時地、準確地監(jiān)測鐵心接地電流能及時發(fā)現(xiàn)多點接地故障并報警，同時自動投切合適的限流電阻，避免事故的進一步惡化。由于此類裝置的成本較高，因此目前的覆蓋范圍仍非常有限。圖7變壓器鐵心接地電流在線監(jiān)測及限流裝置示意圖d) 鉗形電流表差值法測量由于空間磁場的隨機性給接地線電流的測量帶來了很大的干擾，在現(xiàn)場測量過程中又很難具備屏蔽空間磁場的條件，對接地電流的測量缺乏準確性，有的運行單位通過進行兩次測量的方法，第一次將鉗形電流表緊靠被測

27、接地引下線邊緣，但并不鉗住接地線，讀取一個電流數(shù)據(jù)，該讀數(shù)為漏磁場產(chǎn)生的干擾電流。第二次在同一位置用鉗形電流表鉗住接地引下線，讀取第二個電流數(shù)據(jù)，該讀數(shù)為鐵心接地電流和漏磁通干擾電流之和，取兩次讀數(shù)之差為實際鐵心接地電流。但是這種方法同樣不夠準確，因為漏磁場本身是非均勻場，兩次測量的電流相位并不相同，不能僅取數(shù)值差作為鐵心實際接地電流值。綜合考慮上述幾種現(xiàn)行鐵心電流檢測方法，都可以滿足對變壓器鐵心接地電流的檢測，但是測量原理、精確程度以及使用要求各有側(cè)重，因此在選擇合適的測試設(shè)備時應加以考慮。于此同時，由于變壓器周圍存在較強的電磁場，對變壓器鐵心接地電流檢測儀器的抗干擾性能提出了一定的要求，抗

28、干擾性能已經(jīng)成了鐵心接地電流檢測設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。3.2鐵心接地電流的診斷標準我國電力行業(yè)標準DL/T 596電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程中，對電力變壓器要求規(guī)定：“運行中鐵心接地電流一般不大于0.1A”。一般單相大型電力變壓器正常運行情況下鐵心接地電流通常為幾十毫安，三相變壓器由于三相電壓相位基本對稱，三相電流疊加后基本為零，考慮到其實際運行中的不完全對稱性，正常運行的三相變壓器鐵心接地電流僅有1-2mA左右。然而在現(xiàn)場檢測過程中，受到周圍空間電磁場的影響，使用普通鉗形電流表檢測到的鐵心接地電流往往在幾十到幾千毫安之間。3.3鐵心接地電流檢測的注意事項3.3.1變壓器漏磁場的干擾當變壓器的繞組帶電后

29、，繞組中就會有電流流過，在鐵心中會產(chǎn)生磁通。鐵心中由于勵磁電壓所產(chǎn)生的磁通稱為主磁通，通過整個鐵心與高壓、中壓和低壓繞組相交鏈，其大小取決于勵磁電壓的數(shù)值。當變壓器繞組中流過負載電流時，除了通過鐵心與與高壓、中壓和低壓繞組相交鏈的主磁通外，還有一個少量的僅與一個繞組交鏈，并且主要通過空氣或絕緣油閉合的漏磁通，它的大小取決于負載電流的大小。漏磁場的分布如圖4所示。圖8 變壓器漏磁場分布示意圖漏磁通與主磁通的區(qū)別：首先鐵心的材料硅鋼片有飽和現(xiàn)象，主磁路的磁阻通常不是常數(shù)，所建立主磁通的電流和主磁通之間是非線性關(guān)系。而漏磁通的大部分磁路都是非鐵磁性材料，所以漏磁路的磁阻是常數(shù)，產(chǎn)生漏磁通的電流和漏磁

30、通是線性關(guān)系，其次主磁通在一、二次繞組中都會感應電動勢，二次繞組接負載時就會輸出功率，而漏磁通僅在一次繞組中感應電動勢，不能傳遞能量，但是會引起變壓器箱體等部位的渦流損耗、機械力效應等。通常在工程設(shè)計上，主磁通和漏磁通具有下列關(guān)系：式中，為變壓器的阻抗電壓，通常為10%20%，為漏磁通，為主磁通。圖4中，變壓器內(nèi)部的漏磁通很難做到完全屏蔽，特別是在變壓器油箱未做磁屏蔽或者磁屏蔽不合理的情況下，變壓器內(nèi)部的漏磁通可能會通過箱體法蘭等氣隙處發(fā)散到箱體外部，由于氣隙處的磁阻很大，可能承受90%以上的磁場壓降，因此發(fā)散至變壓器箱體的磁場數(shù)值仍然是較為可觀的，足以對鐵心引下線處的磁場帶來較大畸變，造成了

31、鐵心接地電流的測量不準確，這也正是給鐵心接地電流測量帶來誤差的最主要的原因。3.3.2現(xiàn)場檢測過程中易受漏磁場干擾變壓器鐵心接地電流的檢測過程容易受到漏磁場的干擾，因此必須選擇具有較強抗干擾性能的裝置進行檢測，使用普通鉗形電流表和具有抗干擾性能的鐵心接地電流檢測裝置對大型變壓器的鐵心接地電流進行了測試，其中典型的測試結(jié)果如下所示。某變電站1號主變測試位置鐵心夾件普通鉗表mA抗干擾檢測裝置mA普通鉗表mA抗干擾檢測裝置mA箱體法蘭氣隙上600mm處900.9700.3箱體法蘭氣隙上400mm處1000.4900.3箱體法蘭氣隙上200mm處3000.31600.4箱體法蘭氣隙處4320.3220

32、0.6箱體法蘭氣隙下200mm處3000.32000.5可以看出，抗干擾性能是變壓器鐵心接地電流檢測裝置的一項至關(guān)重要的技術(shù)指標。四、 典型測試案例分析4.1鐵心電流檢測發(fā)現(xiàn)110kV主變鐵心電流過大典型案例2012年4月，國網(wǎng)公司某110kV變電站進行主變鐵心接地電流測試時，發(fā)現(xiàn)主變運行鐵心接地電流超過1A，超出標準值100mA,該主變型號為SZ9D-31500/110，投運于1997年6月。2012年4月，對該變壓器鐵心接地電流再次進行復測，電流在1.4A左右。2012年6月，主變停電，進行鐵心接地回路改造，主變鐵心改為引出后直接引下來接地，改造后，鐵心絕緣電阻達到700M，主變重新投入運

33、行。在2012年主變鐵心接地電流巡檢中發(fā)現(xiàn)，110kV1#主變鐵心接地電流達到1.4A，遠遠超出標準“鐵心接地電流不超過0.1A”的要求。2012年4月27日在現(xiàn)場進行仔細復測，1號主變外殼（左）和主變鐵心（右）焊于槽鋼上進行接地， 首先對接地情況進行分析，經(jīng)過人為外接地，圖9 鐵心一點接地等效電路圖鐵心接地電流無變化，用雙臂電橋?qū)Σ垆摻拥剡M行測量，數(shù)據(jù)為5。基本判定：鐵心外部接地情況良好，接地電阻符合要求。圖10 鐵心一點接地等效電路圖對鐵心上部瓷瓶上端進行測量，測試電流依然為1.4A?；九卸ǎ嚎梢耘懦善看嬖谂c外殼接地造成外部多點接地的可能性。圖11 鐵心一點接地等效電路圖在上述槽鋼接地

34、出測的電流也為1.4A左右，綜合圖中外殼接地扁鐵處測的電流也為1.4A，基本分析可能鐵心本身接地電流確實超過1A，并且經(jīng)過主變外殼接地、槽鋼接地流入主地網(wǎng)構(gòu)成回路。油色譜試驗情況，2012年3月底油色譜數(shù)據(jù)來看，反映過熱現(xiàn)象的特征氣體CH4和C2H4數(shù)據(jù)不明顯，跟以往數(shù)據(jù)相比無明顯變化。不停電現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，鐵心引出線在主變頂部引出后，先接于主變頂部外殼上，再分支引到地面上接地。在現(xiàn)場進行鐵心接地電流測試中，是把鉗形電流表接于高于地面1.5米左右的鐵心接地鋁排上，該位置取到的電流除了真實鐵心接地電流外，還有主變外殼接地回路引入的干擾電流等。由于當時負荷限制，主變暫時不能停電，現(xiàn)場采取了安裝串入鐵

35、心接地限流表來限制鐵心接地電流，復測鐵心接地電流，已經(jīng)減小到0.004A。2012年6月，1號主變停電，進行鐵心接地回路改造，主變鐵心改為引出后直接引下接地，改造后，鐵心絕緣電阻達到700M，1號主變正常投入運行。4.2鐵心接地電流檢測發(fā)現(xiàn)多點接地典型案例2012年，國網(wǎng)公司某110kV變電站2號主變進行鐵心接地電流測試中發(fā)現(xiàn)，2號主變鐵心接地電流達到12.7A，嚴重超過標準值，經(jīng)電科院復測，鐵心接地電流值分別為12.9A和14.7A。檢測分析方法：（1）油色譜試驗與鐵心接地電流檢測2012年分別對該變壓器進行油色譜檢測，數(shù)據(jù)如下：表2 普通鉗形電流表測得鐵心接地電流值檢測序號CH4（l/L）

36、C2H6（l/L）C2H2（l/L）C2H4（l/L）H2（l/L）總烴（l/L）13481087.9361217810762442.71288.8728.4336.913083528.7154.613.5917.2328.21614數(shù)據(jù)顯示，總烴、乙炔均超過注意值，且乙烯(C2H4)、甲烷(CH4)占較大比重，另經(jīng)三比值法分析，故障類型為高于700的高溫過熱。結(jié)合鐵心接地電流檢測數(shù)值超標的情況，判斷為鐵心多點接地，引起的內(nèi)部過熱缺陷。（2）停電處理2號主變停電，試驗人員對2號主變進行了鐵心絕緣電阻測試，絕緣電阻值偏低，證明了2號主變鐵心確實存在多點接地?？紤]該變壓器運行年限較長，可能油泥淤積

37、在變壓器底部造成多點接地，因此對鐵心進行了大電流沖擊。經(jīng)過沖擊之后，再次測量鐵心絕緣電阻，出現(xiàn)如下現(xiàn)象：絕緣電阻值開始逐漸增加，達到一定數(shù)值后，聽到變壓器內(nèi)部有放電聲，絕緣電阻值驟然下降，之后又逐漸增長重復上述過程。停電處理確定了鐵心多點接地故障，且接地點不易被大電流沖斷。（3）吊罩檢查2號主變在試驗大廳進行吊罩檢查。經(jīng)檢修人員仔細檢查，發(fā)現(xiàn)C相鐵心與繞組上壓板之間有一根長2cm的細鐵棒，并且鐵心片上有明顯放電痕跡，如下圖所示。細鐵棒放電點上壓板 圖3 鐵心一點接地等效電路圖圖12 鐵心一點接地等效電路圖取下細鐵棒后，測試鐵心絕緣電阻，恢復正常。由此判斷，鐵心接地電流異常增大、色譜異常的原因皆

38、由此引起。重新投運后測量鐵心接地電流數(shù)值為0.9mA，無異常，鐵心多點接地故障消除。第二節(jié) 電纜護層接地電流檢測技術(shù)一、 電纜護層接地電流檢測概述電力電纜作為電力系統(tǒng)的主要傳輸設(shè)備，其運行狀態(tài)直接影響系統(tǒng)的安全性。為了抑制電纜金屬護層中的感應電壓，電纜護層必須接地。但如果接地方式不正確，電纜外護套發(fā)生破損，或者電纜屏蔽層發(fā)生斷裂破損時，電纜護層接地電流都會發(fā)生變化，將對電纜輸電線路帶來兩大主要危害：其一是大大降低電纜輸送電力的能力(約三分之一左右)，其二是引起金屬護套發(fā)熱使主絕緣降低，縮短電纜的正常運行壽命。因此，通過對電纜護層接地電流的帶電檢測或在線監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)安裝過程中接地方式的錯誤、交叉

39、互聯(lián)系統(tǒng)中接線的錯誤，發(fā)現(xiàn)電纜護層多點接地、屏蔽層斷裂等缺陷。電纜金屬護層接地電流測試作為電纜狀態(tài)檢修的重要檢測項目之一，具有重要意義。國家電網(wǎng)公司狀態(tài)檢修試驗規(guī)程將電纜護層接地電流帶電檢測作為電纜的日常巡檢項目之一，在國網(wǎng)公司系統(tǒng)內(nèi)已經(jīng)實際開展多年。實踐證明，電纜護層接地電流檢測是檢查電纜接地系統(tǒng)是否正常的有效手段。目前一般采用便攜式大口徑鉗形電流表對電纜護層電流進行帶電測試，也有部分單位研究并安裝在線監(jiān)測裝置開展電纜護層接地電流的持續(xù)在線監(jiān)測。二、 電纜護層接地電流檢測基本原理2.1電力電纜接地基本知識電力安全規(guī)程規(guī)定，電氣設(shè)備非帶電的金屬外殼都要接地，因此對于目前常用的交聯(lián)聚乙烯電纜（后

40、面簡稱XLPE電纜）的鋁包或金屬屏蔽層都要接地。通常，35kV及以下電壓等級的電纜大多數(shù)是三心電纜，一般都采用兩端接地方式，這是因為這些電纜在正常運行中，流過三個線心的電流總和為零，在鋁包或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，因此在鋁包或金屬屏蔽層兩端基本上沒有感應電壓，采用兩端接地方式不會有感應電流流過鋁包或金屬屏蔽層。電壓超過35kV的電纜大多數(shù)采用單心結(jié)構(gòu)，單心電纜的線心與金屬屏蔽的關(guān)系，可看作一個變壓器的初級繞組。當單心電纜線心通過電流時就會有磁力線交鏈鋁包或金屬屏蔽層，使它的兩端出現(xiàn)感應電壓。感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，電纜很長時，護層上的感應電壓疊加起來可達到危及

41、人身安全的程度，在線路發(fā)生短路故障，遭受操作誤差電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿外護套絕緣。此時如果仍將鋁包或金屬屏蔽層兩端三相互聯(lián)接地，則鋁包或金屬屏蔽層將會出現(xiàn)很大的環(huán)流，其值可達線心電流的50-95%，形成較大損耗，并且使鋁包或金屬屏蔽層發(fā)熱，這不僅浪費了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，因此單心電纜一般不采用兩端接地。目前，電纜常見的接地方式主要有三種，即單端接地、雙端接地和交叉互聯(lián)接地。（1）單端接地方式單端接地方式如圖13所示，主要適用于短距離無中間接頭不分段單心電纜線路。單端接地通過一端直接接地，另一端接保護器接地的方式，使電纜護層

42、的接地電流不形成回路而得到限制。但對于長距離輸電線路，接保護器接地的一側(cè)會感應出較大的電壓，有可能引起連接處金屬護層外部絕緣的破壞，從而通過大地形成回路。圖13 電纜單端接地（2）雙端接地方式雙端接地方式如圖14所示，由于電纜護層兩端均直接接地，電纜護層與大地形成完整回路，這種方法使電纜金屬護層上感應電壓近似為零，但是電纜護層上始終有接地電流流過，會引起電纜護層的發(fā)熱，產(chǎn)生附加損耗，甚至破壞電纜外部絕緣，縮短電纜使用壽命。圖14 電纜雙端接地（3）交叉互聯(lián)接地方式目前，國內(nèi)外的單心高壓電力電纜大部分采用圖15所示的三段式交叉互聯(lián)接地方式。交叉互聯(lián)接地即將三段電纜線路三相單心電纜金屬護層經(jīng)同軸電

43、纜、交叉互聯(lián)箱進行交叉換位連接。由于三相電纜護層上的感應電壓相位相差120且大小近似相等，通過三相電纜護層的串聯(lián)即可使三段的感應電壓相互中和，從而總的感應電壓控制在合理范圍之內(nèi)。因此較單端接地和雙端接地方式而言，交叉互聯(lián)接地方式可以有效地減小和抑制護層接地電流，減小電纜的附加損耗，增加電纜的使用壽命。但是交叉互聯(lián)接地方式接線比較復雜，因此現(xiàn)在多用于中長距離輸電電纜接地。圖15 電纜交叉互聯(lián)接地交叉互聯(lián)方式接地時，假定每個小段長度均相同，電纜為大品字形等間距排列，且三相電纜上流過的電流均相等，如果將電纜線路在每個接地點位置進行移相，此時三段串聯(lián)的電纜上感應電壓相位均相差120且幅值相等，因此護層

44、中的感應電壓就會完全中和，使得整個回路上沒有感應電壓和接地電流，這種情況也可稱為完全換位。但是，由于實際施工中電纜通道往往無法滿足品字形敷設(shè)的條件，或者由于施工地理條件的原因，電纜段長也無法實現(xiàn)完全等長。另外，在電纜線路的改造和擴建工程中，老電纜與新電纜的連接，段長也無法保持一致，這些均會造成投運后電纜護層接地電流的偏大。同時，根據(jù)以上三種連接方式又衍生出許多改進型的連接方式，如分段交叉互聯(lián)、改進型分段交叉互聯(lián)、連續(xù)型交叉互聯(lián)和混合型系統(tǒng)。2.2電力電纜護層接地電流形成機理2.2.1電力電纜結(jié)構(gòu)中的金屬部分電纜結(jié)構(gòu)中的金屬部分包括心線、金屬屏蔽層、金屬護層、金屬鎧裝層等（并不是在所有電纜中都同

45、時具有這幾種金屬層），各層材料及作用見表3。表3 XLPE電纜中的金屬部分及作用名稱材料作用導體（心線）銅/鋁載流金屬屏蔽層銅帶/銅絲通過電容電流、感應電流，屏蔽電場金屬護層鉛/鋁/鋼阻止水分潮氣等有害物質(zhì)侵入絕緣層金屬鎧裝層鋼帶/鋼絲增加電纜抗拉、抗壓的機械強度2.2.2電力電纜護層感應電動勢的產(chǎn)生對于三心電纜，因三根心線在同一個金屬護層內(nèi)，當三相電流基本平衡時，三相合成電流接近于零，合成磁通也接近于零。此時金屬護層上感應電動勢很小，可以忽略不計。只有在非對稱短路時，破壞了三相電流的對稱性，合成磁通不再等于零，金屬護層上才會有不平衡感應電動勢產(chǎn)生。對于單心電纜，當心線流過交變電流時，交變電流

46、的周圍會產(chǎn)生交變磁場，形成與電纜回路相交鏈的磁通，其必然與電纜的金屬護層相交鏈，金屬護層上將會產(chǎn)生感應電動勢。2.2.3電力電纜護層接地電流的產(chǎn)生電纜護層接地線上的電流主要由感應電流、電容電流、泄漏電流3部分組成。感應電流由金屬層的感應電動勢作用在金屬層的自阻抗、接地點間的導通電阻、接地線的電阻等阻抗上形成，感應電流的大小與感應電動勢成正比，與回路中的總阻抗成反比，當電纜護層僅單點接地時，感應電流為零。電容電流由工作電壓作用在導體與金屬護層間電容上而產(chǎn)生，與電纜長度、電纜截面尺寸、工作電壓等因素有關(guān)。泄漏電流為工作電壓作用在電纜主絕緣層的絕緣電阻上產(chǎn)生，絕緣正常時泄漏電流幅值極小，通常可以忽略

47、不計。2.2.4 電力電纜護層接地電流異常的原因（1）交叉互聯(lián)換位出現(xiàn)錯誤。電纜接地系統(tǒng)中,一組完整的交叉互聯(lián)段內(nèi)交叉互聯(lián)換位次序應該前后一致,即同時為“ABCA”或者“ACBA”。若交叉互聯(lián)換位次序錯誤，則金屬護層內(nèi)環(huán)流將變得很大。（2）單端接地系統(tǒng)的不接地端意外接地。單端接地系統(tǒng)的不接地端與地之間通常安裝有護層保護器,有時由于安裝疏忽,使得護層保護器被短接,造成單端接地系統(tǒng)的不接地端意外接地,系統(tǒng)的接地方式也由單端接地變成了兩端直接接地。（3）護層保護器擊穿。正常情況下,接地系統(tǒng)內(nèi)護層保護器是絕緣的。運行過程中,系統(tǒng)若受到雷過電壓和操作過電壓沖擊,護層保護器可能被擊穿,并形成通路,使系統(tǒng)接

48、地方式發(fā)生改變。（4）外護套老化。部分老舊電纜運行時間長,外護套老化嚴重,絕緣水平降低,出現(xiàn)了實際的多點接地。（5）外護套損傷。電纜在運行過程中產(chǎn)生熱蠕動或其他原因,使電纜外護套存在局部硌傷缺陷。（6）同路徑其他電纜的影響。同路徑敷設(shè)的其他電纜與三相電纜之間存在互感,在三相電纜上引起的感應電壓不同,由此帶來金屬護層環(huán)流異常。（7）電纜線路改造的影響。由于電網(wǎng)建設(shè)使電纜需要切改,或者由于電纜線路與其他地下管線發(fā)生沖突,電纜局部需要遷改,使得原本平衡的交叉互聯(lián)系統(tǒng)被破壞。（8）隧道內(nèi)積水或人為破壞,導致接地系統(tǒng)被破壞。2.3.電力電纜護層接地電流測試設(shè)備組成及基本原理2.3.1 測試設(shè)備組成通常采

49、用便攜式大口徑鉗形電流表進行帶電檢測，測量電纜護層接地線上流過的電流。目前市場上常見的針對電纜護層接地電流測試的鉗形電流表除常規(guī)功能外，通常還具有多組數(shù)據(jù)存儲、歷史數(shù)據(jù)查詢、保存、打印等高級功能。常見測試儀器實物如圖5，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)如下：采取抗干擾措施，當空間磁場干擾小于1A時，保證測量結(jié)果達到測量精度要求 測量導線直徑：50mm 電流量程：AC 10 mA100 A 電流分辨率：1 mA 測量頻寬：DC-20kHz 使用時間：一次電池充滿后可連續(xù)使用4小時以上，可間斷使用2-3天 電池壽命：可以循環(huán)充放電500次以上 溫度范圍：工作環(huán)境溫度 -20452.3.2 測試儀器基本原理鉗形電流表

50、按結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，分為整流系和電磁系兩類。整流系鉗形電流表只能用于交流電流的測量，而電磁系鉗形電流表可以實現(xiàn)交、直流兩用測量。電磁系鉗形電流表主要由電流互感器、整流電路、磁電系電流表、量程轉(zhuǎn)換開關(guān)及測量電路組成。電流互感器的鐵心為鉗形結(jié)構(gòu)，它分為固定部分和活動部分，且置于電流互感器的前端，其中的活動部分與扳手聯(lián)動；當握緊扳手時，電流互感器的鐵心便可以張開，這樣被測電流的導線不必切斷就可以穿過鐵心的缺口，然后放松手使鐵心閉合，這時通過電流的導線相當于電流互感器的一次線圈，則二次線圈中將出現(xiàn)感應電流，和二次線圈相連的電流表指針就發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而指示被測電流的數(shù)值。量程轉(zhuǎn)換開關(guān)及切換電路可實現(xiàn)鉗

51、形電流表的多量程電流測量。三、 電纜護層接地電流檢測檢測及診斷方法3.1電纜護層接地電流檢測方法3.1.1 測量方法通常采用手持式大口徑鉗形電流表，鉗套在電纜護層接地線上來測量護層的接地電流，測量原理如圖16所示，現(xiàn)場測量接線如圖17所示。圖16 電纜護層接地電流測量原理圖圖17 電纜護層接地電流現(xiàn)場測試圖3.1.2 注意事項使用鉗形電流表測量時，應注意鉗形電流表的電壓等級和電流值檔位。測量時，應戴絕緣手套，穿絕緣鞋，要特別注意人體頭部與帶電部分保持足夠的安全距離。電流表鉗口套入導線前應充調(diào)節(jié)好量程，不應在套入后再調(diào)節(jié)量程。因為儀表本身電流互感器在測量時副邊是不允許斷路的。當套入后發(fā)現(xiàn)量程選擇不合適時，應先把鉗口從導線中退出，然后才可調(diào)節(jié)量程。電流表鉗口套入導線后，應使鉗口完全密封，并使導線處于正中，否則會因漏磁嚴重而使所測數(shù)值不正確。3.2 電纜護層接地電流的診斷標準電纜護層接地電流測試開展時間相對不長，對測試結(jié)果的判斷，目前尚無明確統(tǒng)一的判據(jù)。對于測量結(jié)