变压器铁芯故障判断及排除_变压器铁芯如何计算

　　变压器铁芯概述

铁芯是变压器中主要的磁路部分。通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。铁芯和绕在其上的线圈组成完整的电磁感应系统。电源变压器传输功率的大小，取决于铁芯的材料和横截面积。

　　变压器铁芯的分类

壳式和芯式铁芯

铁芯中套绕组的部分称为“心柱变压器铁芯不套绕组只起磁路作用的部分称为“铁轭”。凡铁芯包围了绕组就称为壳式；凡绕组包围心柱的称为芯式。壳式和芯式各有特色，但是由铁芯就够所决定的变压器制造工艺却大有区别，一旦选用了某种结构就很难转而产生一种结构。我国大多变压器铁芯采用叠积芯式。

单相和三相铁芯

单相铁芯有单项两柱式叠铁芯。单相单柱旁轭式四柱铁芯、单相双柱式叠铁芯、单相辐射式叠铁芯共五种；三相铁芯有三相柱式叠铁芯、三相旁轭式五柱铁芯、三相双框式叠铁芯、三相电抗器叠铁芯共四种。

立体式和平面式

立体式的心柱和铁轭不在一个平面内，有辐射式、渐开线式、对称式，因磁通分布比较均匀，可降低损耗；平面式的心柱和铁轭在同一平面内，机械强度高，工艺性好。

叠铁芯和卷铁芯

一般均为叠铁芯，由铁芯叠装而成。卷铁芯的形式较多。渐开线铁芯的心柱与铁轭之间气隙较大，影响空载电流，所以容量不能做的太小；但因漏磁通垂直进入铁芯片平面，影响附加损耗，所以片宽不宜过大，即容量不能太大。

铁心主要由铁芯本体、紧固件和绝缘件组成：

①铁芯本体、磁导体、由电工钢片制成。

②紧固件、夹件、螺杆、玻璃绑扎带、刚绑扎带和垫块等。

③绝缘件、夹件绝缘、绝缘管和绝缘垫、接地片和垫脚等。

　　变压器铁芯的作用

实际的变压器总是在交流状态下工作，功率损耗不仅在线圈的电阻上，也产生在交变电流磁化下的铁芯中。通常把铁芯中的功率损耗叫“铁损”，铁损由两个原因造成，一个是“磁滞损耗”，一个是“涡流损耗”。

磁滞损耗是铁芯在磁化过程中，由于存在磁滞现象而产生的铁损，这种损耗的大小与材料的磁滞回线所包围的面积大小成正比。硅钢的磁滞回线狭小，用它做变压器的铁芯磁滞损耗较小，可使其发热程度大大减小。

既然硅钢有上述优点，为什么不用整块的硅钢做铁芯，还要把它加工成片状呢？

这是因为片状铁芯可以减小另外一种铁损——“涡流损耗”。变压器工作时，线圈中有交变电流，它产生的磁通当然是交变的。这个变化的磁通在铁芯中产生感应电流。铁芯中产生的感应电流，在垂直于磁通方向的平面内环流着，所以叫涡流。涡流损耗同样使铁芯发热。为了减小涡流损耗，变压器的铁芯用彼此绝缘的硅钢片叠成，使涡流在狭长形的回路中，通过较小的截面，以增大涡流通路上的电阻；同时，硅钢中的硅使材料的电阻率增大，也起到减小涡流的作用。

用做变压器的铁芯，一般选用0.35mm厚的冷轧硅钢片，按所需铁芯的尺寸，将它裁成长形片，然后交叠成“日”字形或“口”字形。从道理上讲，若为减小涡流，硅钢片厚度越薄，拼接的片条越狭窄，效果越好。这不但减小了涡流损耗，降低了温升，还能节省硅钢片的用料。但实际上制作硅钢片铁芯时。并不单从上述的一面有利因素出发，因为那样制作铁芯，要大大增加工时，还减小了铁芯的有效截面。所以，用硅钢片制作变压器铁芯时，要从具体情况出发，权衡利弊，选择最佳尺寸。

变压器是根据电磁感应的原理制成的。在在闭合的铁芯柱上面绕有两个绕组，一个原绕组，和一个副绕组。当原绕组加上交流电源电压时。原饶组流有交变电流，而建立磁势，在磁势的作用下铁芯中便产生交变主磁通，主磁通在铁芯中同时穿过，］一、二次绕组而闭合由于电磁感应作用分别在一、二次绕组产生感应电动势，至于为什么它可以升压和降压呢？那就需要用楞次定律来解释了，感应电流产生的磁通，总阻碍原磁通的变化，当原磁通增加时感应电流的产生的磁通与与原磁通相反， 就是说二次绕组所产生 的感应磁通与原绕组所产生的主磁通相反，所以二次绕组就出现了低等级的交变电压所以铁芯是变压器的磁路部，绕组是变压器的电路部分。

　　变压器铁芯故障判断及排除

变压器的绕组和铁芯是传递、变换电磁能量的主要部件。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。制造部门对变压器铁芯缺陷已引起重视，并在铁芯可*接地、铁芯接地监视，以及保证一点接地方面都进行了技术改进。运行部门也把检测和发现铁芯故障提到相当高度。然而，变压器铁芯故障仍屡有发生，其原因主要是由于铁芯多点接地和铁芯接地不良造成。现对两种故障情况的判定及处理方法作一介绍。

1、铁芯正常时需要一点接地的原因

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，假如铁芯不可*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，它键链部分磁通，感生电动势，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，才是可*的正常接地。即铁芯必须接地，且必须是一点接地。

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，二是由于附件和外界因素引起多点接地。

2、铁芯多点接地类型

（1）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，构成多点接地。

（2）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，形成多点接地。

（3）铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭叠片相碰，构成了新的接地点。

（4）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。

（5）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，形成多点接地。

（6）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。

（7）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。

（8）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、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，使气体继电器动作。

（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。

4、多点接地故障的检测

铁芯多点接地故障判定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。

（2）测量接地线有无电流。可在变压器铁芯外引接地套管的接地引线上，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，铁芯主磁通四周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，很准确地判定出铁芯有无多点接地故障。

5、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：

有外引接地线，假如故障电流较大时，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。

假如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。

要用色谱分析监视故障点的产气速率。

通过测量找到确切的故障点后，假如无法处理，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）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。但也有某些情况，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。

直流法。将铁芯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。

交流法。将变压器低压绕组接入交流电压220～380V，此时铁芯中有磁通存在。假如有多点接地故障时，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。

　　变压器铁芯截面积计算

小型单相变压器多采用壳式铁芯，变压器铁芯截面积与变压器的容量有关，一般按下列经验公式计算。

A=k√s（cm2）

式中，s为变压器的容量；k为系数。硅钢片的k值见表。

表铁芯净截面系数的经验数据

根据计算得到的A值，可再借助A=a&TImes;b和b=（1~2）a的关系确定铁芯宽a和铁芯净叠厚b。