大型电力变压器正常运行时应保持铁心一点良好接地，一旦发生多点接地故障将直接威胁变压器的正常运行和使用寿命。电力变压器铁心2点或多点接地时，铁心内部会感应出环流（该电流有时可达数十安培），导致变压器局部过热，严重时会造成铁心损伤，甚至烧坏接地线，导致铁心电位悬浮，发生局部放电故障，严重影响变压器的可靠运行。 当变压器铁心发生多点接地故障时，接地位置不同，产生的铁心接地故障电流的大小也不同。为了预防变压器铁心多点接地故障的发生，定期测试变压器铁心及夹件的接地电流是最为直接和有效的方法。

目前，发电厂对变压器铁心接地电流的检测方法过于简单，主要是通过人工使用钳形电流表进行测量，由于运行中的变压器周围存在漏磁场，对铁心接地电流的测量结果有一定的影响，因此其测量结果具有较大的随机性，无法准确反映和发现变压器的早期缺陷，不能满足精益化和标准化管理的要求。

如果铁心外表面发生接地故障，使用钳形电流表对运行中的变压器进行铁心外引接地线电流测量，来判断铁心是否存在多点接地现象。若测量结果达数安培，则基本可以判定铁心存在多点接地故障。但由于变压器油箱壁周围存在复杂的空间电磁场，变压器本身的漏磁场和周边设备的电磁场会导致铁心接地线的电流测量结果有较大波动。通常选择在变压器1/2油箱高度处进行测量，该处的漏磁场较小且与接地引下线平行，一定程度上可以降低空间电磁场的影响^[1]。而空间电磁场的随机性对铁心接地电流测量的干扰较大，在现场测量过程中又很难具备屏蔽空间电磁场的条件，因此目前对接地电流的测量缺乏准确性。

正常运行的变压器铁心仅一点接地，此时流过铁心接地线中的电流是由高、低压绕组对铁心间的电容效应产生的。如果变压器三相电压完全对称，理论上流过铁心接地线的电流极其微小，一般在几毫安到几十毫安左右。在变压器铁心多点接地的情况下，接地线的电流值取决故障点于正常接地点的相对位置，即短路匝中包围磁通的多少及整个回路阻抗的大小；在额定激磁电压下，与故障回路铰链的磁通在回路中会感应出一个电动势，反映在接地线上就是电流的增加。

回路铰链的最大磁通为流过铁心总磁通的 50%，此时回路感应出的电动势近似等于绕组每匝电压的一半。对于大部分电力变压器采用的冷轧硅钢片来说，通常饱和磁通密度为1.9~2.0 T。目前设计中铁心最大磁通密度为1.55~1.75 T，结合变压器的铁心几何结构，可以计算出大容量变压器每匝电压值约为300 V，故铁心多点接地回路中感应出的电动势约150 V，忽略大地和接地点的接触电阻，整个回路的电阻主要是变压器铁心的本体电阻，而铁心是由涂有漆膜的硅钢片叠装而成，漆膜的电阻远远大于硅钢片的电阻，其电阻值约为几十欧姆，因此在铁心多点接地回路中最大可能出现几安培至几十安培的电流。该故障电流会造成铁心局部过热，甚至将会造成瓦斯保护动作跳闸。变压器长期保持铁心多点接地运行会导致铁心局部烧熔，形成硅钢片间的短路故障，严重影响变压器的性能和正常运行^{[2, 3]}。

由于三相变压器铁心结构基本对称，可以计算出U、V、W三相的铁心接地电流，三相电压相位对称且各绕组间电容完全一致，则三相接地电流叠加后理论上应该为0。但在实际运行过程中，变压器的三相电压相位不可能完全对称，各绕组间的电容也不可能完全一致，故铁心接地线中会产生一定数值的接地电流，其实测值一般在1 mA左右。

由于变压器内部磁屏蔽效果不甚理想，内部的漏磁场会经油箱接缝等处逸散至油箱外部，加之外部其他设备的电磁辐射，在变压器铁心接地引下线处进行铁心接地电流的测试将受到复杂电磁环境 （主要是变压器漏磁场）的影响。通过计算和实测可知，三相变压器由于三相电压和参数对称，铁心接地电流更小，仅几毫安；而由于漏磁场的存在，普通电流表在铁心接地引下线处感应的电流就高达几十至几百毫安，无法分辨接地引下线中真实的电流值，更不能作为变压器铁心工作状况的判断依据，无法实现对铁心接地故障的早期预防和治理。

当变压器绕组带电运行时，绕组有电流流过，同时在铁心中产生磁通。由励磁电压而产生的磁通称为主磁通，通过整个铁心与高、中、低压绕组相交链，主磁通的大小取决于励磁电压的大小。除了主磁通外，还有一种仅与1个绕组交链，且主要通过空气或变压器油闭合的漏磁通，其大小取决于负载电流的大小。漏磁场的分布情况如图 1所示。

图1(Figure 1)

图 1 变压器漏磁场分布示意图

漏磁通与主磁通的区别主要在于：铁心材料硅钢片有饱和现象，主磁路的磁阻通常不为常数，所建立主磁通的电流和主磁通之间是非线性关系，而漏磁通的大部分磁路是非铁磁性材料，所以漏磁路的磁阻是常数，产生漏磁通的电流和漏磁通是线性关系；主磁通在一次、二次绕组中均存在感应电动势，二次绕组在接带负载时输出功率，而漏磁通仅在一次绕组中感应电动势，不能传递能量，但会引起变压器箱体等部位的涡流损耗、机械力效应等。 变压器内部的漏磁通较难屏蔽，会通过箱体法兰等气隙处逸散至箱体外部，对铁心引下线处的磁场影响较大，严重影响铁心接地电流测量的准确性。

通常主磁通和漏磁通关系如下：

Φ_s—主磁通，Wb；

Φ₀—漏磁通，Wb。

由于运行中的变压器周围漏磁场的不确定性和测试样品的分散性，接地电流数据修正难度较大，仅通过常规电磁屏蔽的方法无法满足接地电流的测试要求。因此考虑通过改变测试电流互感器的结构，在原电流互感器线圈后接1个相同线圈（双圈电流互感器平衡干扰电流的方法），将2个线圈中的感应电流反向叠加，通过反向电流平衡漏磁场产生的干扰，可以比较客观的反映铁心接地电流的真实情况。

铁心接地电流一般由实际铁心引下线电流i_a和测量中漏磁场带来的干扰电流i_b组成，根据结构和运行工况的不同变压器周围的漏磁场具有很大的随机性，使得干扰电流i_b具有随机性。同时，由于漏磁场的各向异性，测量过程中干扰电流i_b的方向同样具有随机性，即使是同一电流互感器也无法从数值上排除漏磁场的影响。其中，实际测量值i_c=i_a+i_b，式中，i_a为实际铁心引下线电流，i_b为漏磁场带来的干扰电流。单圈测量接线示意图和电流向量图如图 2所示。

图2(Figure 2)

图 2 单圈测量接线示意图和电流向量图

图 3为双圈测量接线示意图和电流向量图。采用双圈电流互感器平衡干扰电流的测量方法后，实际测量值i₃=i₁+i₂+i₄，i₁为真实铁心引下线电流，i₂为漏磁场带来的干扰电流，i₄为电流互感器的第2个完全相同的线圈产生的平衡电流，由于测量电流i₂、i₄ 的电流互感器位置和方向几乎相同，极性相反，故 i₂≈i₄，实际测量值i₃≈i₁，在电路上排除了漏磁场的影响。

图3(Figure 3)

图 3 双圈测量接线示意图和电流向量图

为进一步验证抗干扰方式测量铁心接地电流的实际应用效果，使用普通钳形电流表和抗漏磁场干扰型铁心接地电流检测方式分别对北京京西燃气热电有限公司的220 kV变压器铁心及夹件进行了接地电流测试，测试结果见表 1。

表1(Table 1)

表 1 2种测量方式下220 kV变压器铁心和夹件接地电流测试结果

表 1 2种测量方式下220 kV变压器铁心和夹件接地电流测试结果

通过对表 1的测试结果进行对比分析，可以得出结论如下。

（1） 普通钳形电流表的测试结果分布较宽，不同位置所测得的结果有很大的不确定性，无法判断铁心接地电流真实值的大小。

（2） 抗漏磁场干扰型测量方式的测试结果相对较为稳定，基本可以判断铁心及夹件的接地电流真实值在10 mA以下，符合三相变压器铁心正常一点接地情况下的铁心接地电流计算情况^[4]。

（3） 由于漏磁场等空间电磁干扰感应产生的电流比铁心真实接地电流大很多，因而很可能铁心接地故障的早期真实电流被干扰电流所覆盖。普通钳形电流表基本不能追踪到真实的故障电流，而抗漏磁场干扰型测量方式能够比较准确地监测铁心接地电流真实值的增长趋势，及时发现并预防铁心多点接地故障。

通过对电力变压器铁心接地电流测试过程中主要干扰来源——漏磁场进行分析，针对人工使用钳形电流表测量结果不准确的问题，采用双圈电流互感器平衡电流的方法对变压器铁心接地电流进行测量，经现场试验证明，该方法有效排除了漏磁场的干扰，提高了检测结果的准确性^{[5, 6]}。