无损检测在电力变压器铁芯多点接地故障检测中的方法

电力变压器是电网稳定运行的核心设备，铁芯作为磁路关键部件，其绝缘状态直接影响设备可靠性。铁芯多点接地故障是常见隐患，会引发环流过热、绝缘老化甚至设备烧毁，传统拆解检测不仅耗时耗力，还可能造成二次损伤。无损检测技术凭借“非破坏性、实时精准”的优势，成为此类故障检测的核心手段。本文聚焦无损检测在变压器铁芯多点接地故障中的具体方法，解析原理、应用场景与实操要点，为现场运维提供可落地的参考。

铁芯多点接地故障的成因与危害

铁芯正常运行需单点接地（通过引下线与油箱连接），以消除悬浮电位。多点接地的成因多样：一是制造或运维遗留异物（如金属屑、绝缘纸碎片），导致叠片间形成导电通路；二是铁芯叠片绝缘漆破损（长期振动或高温老化），使相邻叠片导通；三是接地引下线断裂或接触不良，造成铁芯悬浮后与油箱其他部位接触。

多点接地的核心危害是“环流过热”：回路电阻越小，环流越大（可从几安培到几十安培）。小环流会使铁芯局部温度升至100℃以上，加速绝缘纸老化（每升高10℃，绝缘寿命减半）；大环流则会让温度突破300℃，引发绝缘纸分解产生乙炔、氢气等可燃性气体，严重时烧穿铁芯叠片，甚至引燃绝缘油导致爆炸。

因此，及时检测铁芯多点接地故障是变压器运维的关键，而无损检测技术让“早发现、早处置”成为可能，避免故障扩大造成更大损失。

无损检测的核心原则与优势

无损检测的核心逻辑是“利用故障的物理化学特征，非破坏性捕捉异常信号”。具体原则包括：非破坏性（不拆解设备本体）、针对性（聚焦温度、声波、振动、气体等故障特征）、准确性（通过量化指标判断故障状态）。

与传统拆解检测相比，其优势显著：一是“在线检测”，无需长时间停电（或仅短时间停电），减少电网停电损失（一台110kV变压器停电一天损失约10万元）；二是“实时监测”，可安装在线装置24小时监控故障趋势；三是“精准定位”，通过多维度信号分析将故障点锁定至厘米级，避免盲目拆解；四是“早期预警”，能检测到环流仅几安培时的温度异常，将故障消灭在萌芽状态。

这些优势让无损检测成为变压器铁芯故障检测的“主力军”，广泛应用于电网日常运维中。

红外热成像检测：可视化温度异常定位

红外热成像通过接收物体红外辐射，转化为热像图展示温度分布。铁芯多点接地的环流会使局部过热，热量传导至油箱壁，形成“异常高温点”（温度高于周围5℃以上）。

应用场景以运行状态下的快速筛查为主：户外变压器用手持热像仪直接检测，室内变压器通过窥视窗或打开散热片检测。实操需规避环境干扰：避免阳光直射（增加表面辐射导致误判）、风速过大（带走热量掩盖异常），最佳检测时段为傍晚（环境温度稳定），且设备需处于70%以上负荷（轻负荷时环流小，温度差异不明显）。

信号分析需结合变压器结构：铁芯对应油箱侧面中上部，若该区域出现随负荷增加而升高的高温点，需重点怀疑铁芯故障。例如某110kV变压器满负荷时，热像图显示油箱中部温度65℃（周围45℃），后续检查发现铁芯叠片间有绝缘纸碎片，清除后温度恢复正常。

需注意的是，红外热成像无法检测内部放电故障，对全密封变压器（油箱隔热性好）可能漏判，需结合其他方法验证。

超声检测：捕捉内部振动信号

铁芯多点接地的环流会引发高频振动（20kHz-100kHz，属超声波范围），超声传感器可捕捉这些信号。正常铁芯的超声信号均匀且幅值低（通常<50mV），故障时信号幅值会大幅升高（可达几百mV），且频率成分复杂。

实操要点：传感器需贴合油箱壁的铁芯对应位置（用耦合剂填充缝隙），避开焊缝、螺栓等干扰部位。检测前需记录设备负荷（负荷越大，环流越大，信号越强），并对比历史数据（如正常运行时的信号幅值）。

例如某变压器50%负荷时超声信号幅值30mV，80%负荷时升至120mV，且出现40kHz频率峰值，结合油色谱（H₂升高）判断为铁芯多点接地，检修发现接地引下线断裂，铁芯与油箱底部接触形成多点接地。

超声检测的优势是穿透性强，能捕捉内部振动，但易受环境噪声（如风机、泵类）干扰，需关闭周边干扰源或使用噪声抑制功能。

油色谱分析：通过溶解气体溯源故障

变压器油是“故障的气体记录仪”：铁芯多点接地的过热或放电会分解绝缘材料（绝缘纸、油），产生特征气体——高温过热（>300℃）产生乙炔（C₂H₂）、氢气（H₂）；低温过热（150-300℃）产生甲烷（CH₄）、H₂；放电故障产生乙烯（C₂H₄）、H₂。

油色谱分析通过气相色谱仪分离气体组分，用IEC 60599标准的“三比值法”判断故障类型：三比值（H₂/C₂H₂、CH₄/H₂、C₂H₄/C₂H₂）为“0,1,0”或“0,2,0”时，指向铁芯高温过热。

实操需注意取油样规范：用烘干的专用瓶，从底部放油阀取油（避免上部气体逸散），取前放掉500ml脏油，取后立即密封。例如某变压器油色谱显示H₂=150ppm（标准<100ppm）、C₂H₂=20ppm（标准<5ppm），三比值“0,2,0”，判断高温过热，结合红外定位到铁芯位置，检修发现叠片间有金属屑。

油色谱的优势是间接但准确，能判断故障类型和严重程度，但无法定位，需与其他方法配合。

高频局放检测：精准定位放电故障

若铁芯多点接地伴随悬浮电位（如铁芯与油箱间隙），会产生局部放电，释放高频电磁信号（100kHz-100MHz），高频局放传感器（如耦合电容、罗氏线圈）可捕捉这些信号。

应用场景为怀疑放电故障时：传感器安装在高压套管末屏、低压套管或油箱接地线，检测时需关闭手机、电焊机等干扰源。通过“时差法”（多传感器信号时间差）定位放电点，精准到厘米级。

信号分析需区分故障放电与背景放电：故障放电的相位集中在电源电压峰值附近（电场强度最高），背景放电（如绝缘件电晕）相位分散。例如某变压器高频局放检测发现峰值相位集中的信号，定位到铁芯与油箱间隙，检修发现绝缘纸碎片导致悬浮放电。

高频局放的优势是精准定位放电点，但易受电磁干扰，需做好屏蔽和滤波。

组合应用：形成完整故障画像

单一方法有局限性：红外找得到温度异常但无法判断放电，油色谱能判类型但无法定位，超声易受干扰。因此现场需组合应用，形成“筛查-定位-验证”的闭环。

组合策略“三步法”：第一步用油色谱或在线监测筛查（发现特征气体异常）；第二步用红外或超声定位（找到大致位置）；第三步用高频局放或振动验证（确认故障类型）。

示例：某220kV变压器油色谱显示H₂=150ppm、C₂H₂=20ppm（高温过热）；红外定位油箱中部高温点（70℃）；超声检测该位置信号幅值180mV（正常40mV）；振动检测100Hz幅值0.4mm/s（正常0.1mm/s）；高频局放无放电信号，综合判断铁芯多点接地。检修发现叠片间有金属丝，清除后指标恢复正常。

组合应用的关键是“数据关联”——将不同方法的指标（气体含量、温度、信号幅值）对比，找到共同指向的故障点，避免误判漏判。