朱定锋　欧丽君　夏秋　阴祖强　姚飞

摘  要：电气设备运行时的有效接地，保证设备的正常运行，并起到防止雷擊，避免设备漏电和感应电压等的电击，保证电力设备的运行安全等作用。该文首先介绍了电气接地的概念，电力接地的类别、原则及作用。并结合特高压变压器试压时外部金属联结件等位线过热现象，从电场传递及磁场感应两方面分析了过热的原因，并提出解决方法，为变压器外部等位线的设计制造提供借鉴。

关键词：变压器  等位线  电场传递  磁场感应  过热

中图分类号：TM407    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）08（a）-0037-02

电气设备运行时的有效接地，保证设备的正常运行，并起到防止雷击，避免设备漏电和感应电压等的电击，保证电力设备的运行安全等作用。

变压器是电力系统中较重要的一种电力设备，在运行时需要保证可靠接地。在相关规定中，变压器外壳需要接地，它是为了防止雷电冲击击穿变压器绝缘，必须将变压器高低压侧避雷器的接地线，变压器外壳及低压侧中性点三点连一起后共同接地，这样可以保障配电变压器的安全运行，确保供电系统的连续性和可靠性。目前，部分电力变压器产品，为了保证产品外部各金属件可靠接地，在每一个接触面都增加等位线。

1  缺陷的发现

我国配电系统的接地方式已经使用IEC规定，其分类仍然是以配电系统和电气设备的接地组合来分，一般分为TN、TT、IT系统等。

目前，在变压器外部金属联接件的等位线设计上还不够合理，部分变压器外部金属联接件的等位线使用量过多，浪费成本，甚至引发了一些局部过热、耗能增加的负面影响。以某变压器为例，所有外部金属联接件彼此间采用35mm2绝缘软电缆BVR作为等位线，仅一台产品就使用了500多条，这种盲目的行为浪费了大量的成本。在产品试验时，法兰接地引线、法兰局部出现过热现象，等位线外部绝缘层熔化，如图1所示。

目前，研究人员对变压器内部铁芯、夹件等出现的多点接地故障进行研究和分析，多点接地会造成变压器局部过热、油色谱分析异常。据统计，多点接地故障已占到变压器总事故的30%以上，严重威胁着产品及系统的安全运行。

2  故障原因分析

根据该次试验时发现的缺陷，分析主要是因为等位线内部流过较大的电流，引起等位线过热。该文主要分析外部金属联接件产生电位主要原因：电场传递和磁场传递。

2.1 电场传递

从电场传递过来的电位主要来自于套管、架空线等高电位带电体通过电场向每个金属联接件传递，每个金属联接件可等效为一节点，金属联接件间通过法兰采用螺栓固定，可以等效为一接触电阻R和法兰间电容C并联的基本元件，多个金属联接件相互联接可等效为一系列RC并联基本元件的串联组合，外部金属联接件电位的电场传递原理如图2所示。由于高电位带电体和外部金属联接件间具有一个数米长的安全空气间隙，以致高电位带电体与金属联接件间的容抗非常大。而金属联接件法兰间的间隙仅数毫米且有联接螺栓的接触电阻并联通路，以致两金属联接件节点间的阻抗非常小。故外部金属结构件即使处于浮置电极状态，由电场感应过来的电位也非常小，可以忽略不计，若采用可靠接地方式，其容性电流也非常小，仅为毫安级以下水平。

2.2 磁场感应

变压器运行时，内部一些未被屏蔽住的泄漏磁通及外部空间引线电流所产生的磁通，这些磁通穿过钢铁件，并在其中产生杂散损耗。在大容量变压器的负载损耗中，杂散损耗可达负载损耗的30%，必须引起重视。

变压器铁芯或者夹件也需要单独接地，否则会在铁芯或夹件等金属件因漏磁通而产生感应电位（寄生电位），同时在绕组与铁芯、绕组与油箱、铁芯与大地之间存在寄生电容。如果铁芯或夹件没有有效接地，则会使其产生悬浮电位，如果悬浮电位达到能够击穿两者之间的绝缘时，则会产生放电，损坏绝缘，导致产品被破坏。因此需要将铁芯和夹件分别接地，使铁芯或夹件与大地之间的寄生电容被短接，铁芯处于地电位。

同时，变压器内部铁芯、夹件等金属件只允许一点接地，如果有两点或多点接地，就会使铁芯与油箱等形成闭合回路，产生环流，环流有时会高达数十安培，该电流会引起闭环内的金属件发热，当温度过高时，会导致变压器油分解，产生烃类气体，影响变压器安全运行。电流过大，还容易导致接地线因过热熔断，导致被接地部分悬浮，产生发电和击穿。因此铁芯、夹件只能一点接地。

从磁场感应过来的电位，主要来源于漏磁通在金属结构件回路中产生的感应电动势，原理如图3所示，一般而言该感应电动势仅数百毫伏。但若采用的外部金属联接件采用等位线全部联成一整体时，由于回路内的阻抗非常小，容易产生一个非常大的感应电流，就会导致某些等位线或法兰产生局部过热，同时也引起了能耗的增加。

3  解决方案

鉴于上述原因，变压器外部金属联接件大量使用等位线进行联接是多余的，且有负面作用。在变压器出厂试验时，也检查外部等位线的温度变化情况，发现局部过热现象时，要对该位置的等位线进行处理。

以上两种原因中，电磁感应原理产生的环流为过热的主要原因，根据产生环流的原理，我们要尽量减少阻抗值较小的回路，即取消金属件之间多余的等位线，将外部金属件按顺序一点连接，避免直接将等位线与金属件连接成一个闭合回路。

4  结语

在产品设计时，特别是大容量、特高压等重点产品，尽量保证变压器外部等位线一点接地，减小环流，避免过热及能耗的增加，使变压器产品更加节能高效。

参考文献

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