大型發電機雷電過電壓的在線分析研究

苗子亮

摘 要：本文首先闡述雷電過電壓，接著對發電機的雷電過電壓進行闡述，然后對發電機的雷電過電壓分析，最后對現有的雷電過電壓測量方法進行研究。

關鍵詞：雷電；過電壓；發電機

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）07-0134-01

1 前言

我國電力系統己步入發展大電網、高電壓與大機組的時代。大型發電站在電力系統中占有舉足輕重的地位，它的安全運營對國民經濟的發展有著非常重要的意義。為了保證不間斷的供電以及高壓設備的正常運行，在電氣設備導電部分本身與大地之間，需要有足夠完善和可靠的絕緣。同時，電氣設備的絕緣若受到損壞，需更換或修復的時間往往很長，這將造成很大的影響。因此，大型發電機雷電過電壓的監測與分析是非常重要和必要的。

2 雷電過電壓概述

雷電是一個非常壯觀的自然現象，由于其強大的破壞性，一直吸引著人們的注意力。云中的水汽電氣化和極性電荷的積累形成雷云，場強的帶電雷電云因為電荷的積累和增加，空氣擊穿電壓，放電雷電云地球，短時間內，大電流，瞬時功率的特點。偉大的雷電流電氣設備上危險的過電壓的主要來源，雷電過電壓根據其原因可分為：直接雷擊過電壓，感應雷電過電壓和雷電波入侵過電壓[1]。

3 發電機的雷電過電壓

發電廠是電力系統的核心，是最重要的電氣設備在電廠發電機。發電機器的安全運行對電力系統的安全性，電源，甚至國民經濟的發展一直是決定性的的地位。雷電問題近年來，事故發生，發生器一次雷電傷害，會引起區域停電事故，造成重大損失。與此同時，發電機的絕緣損壞，是否需要更換或修復通常長，它將產生重大影響。尤其是超高壓電網不斷發展的電網運行大型發電機的容量和覆蓋，大型發電機組更重要的影響。

對于發電機來說，直擊雷的可能性極小。一般大型發電機都是經升壓變壓器與輸電線路連接供電的非直配發電機，主要的雷電過電壓是變壓器高壓側轉換到低壓側的感應過電壓。當線路遭受雷擊時，發電機將會受到變壓器高壓側轉換到低壓側的感應過電壓的侵襲，這種過電壓包括靜電磁感應、靜電電磁感應和電磁感應三種分量。靜電感應分量是指變壓器高、低壓線圈之間的電容和低壓線圈對地電容（包括發電機對地電容）之間的耦合感應過電壓。電磁感應過電壓是由于高壓線圈側通過了雷電行波所造成的強迫電流，借助于變壓器高低壓線圈之間的電磁感應而使低壓側（發電機側）產生的過電壓。鑒于電磁感應過電壓包括了雷電行波的絕大部分能量，其幅值很大，如果不加以限制，就可能對發電機的絕緣造成危害。

為了防止雷電波侵入變壓器高壓線圈，從而損壞變壓器的絕緣，通常都在變壓器高壓側入口處裝設一組避雷器。在這種情況下，考慮到避雷器的動作，（不考慮入口電容Cr）。考慮到避雷器安裝地點與變壓器高壓側入口端之間有一段距離，由連接線的電感和電容以及變壓器入口電容所構成的回路可能發生振蕩，侵人高壓側線圈的實際過電壓將比避雷器的殘壓高。

4 發電機的雷電過電壓分析

發電機定子繞組最常見的故障是繞組接地故障，而對發電機破壞最大的故障是同分支匝間短路，異相分支短路和同相兩分支短路。而沖擊電壓，特別是上升時間短，數值大的雷電過電壓，又是造成這些故障最大的原因。在實際運行中，雷電過電壓會對大型發電機定子繞組形成沖擊，使發電機絕緣安全受到直接的威脅[2]。

由于雷電過電壓數值大，上升時間快，時間短，并伴隨著高頻振蕩的特點，為了實現雷電過電壓相對精確的測量，與傳統的分頻器和電磁變壓器是不切實際的。使用適當的光學傳感器的光纖傳輸技術越來越受到人們的關注和發展，尤其是在高壓的情況下，脈沖電壓。這主要是由于光學傳感器有許多優點：高壓力和低壓力通過光纖隔離，具有非常高的絕緣水平；抗電磁干擾能力強，可用于強電磁干擾環境；可以是一個很寬的頻帶，數字測量結果容易，便于計算機處理，靈敏度高，傳感器通常小，成本也相對經濟等等?？梢允褂镁€性電光效應的傳感原理，應用于高電壓和電磁場測量領域。

5 現有的雷電過電壓測量方法

5.1 傳統測量方法

很多方法測量雷電過電壓，方式有分壓電容電壓、電阻和電阻串聯，并聯部分壓力，系統壓力微積分，或改善電極間的距離，減少的方法效果的強度電場傳感頭。目前在電力系統主要用于電壓測量設備電磁式電壓互感器，雖然現在主要用于電力系統電壓測量裝置電磁電壓互感器，但由于其龐大的體積，飽和問題，瞬態特性等不足，用它來測量大型發電機出口端雷電過電壓不能保證其瞬態和準確性。

5.2 光纖電壓傳感器

伴著光伏技術的發展，光纖電壓互感器因此而被發現，這個變壓器沒有鐵磁飽和，動態性能好，高精密測量；高、低電壓之間通過光纖連接，電氣絕緣強度高，體積小，重量輕，不充油，防爆。由于雷電過電壓有很大價值，快速上升的特征時間和振蕩的疊加，所以通常需要測量系統具有很好的響應，所以雷電過電壓的測量光纖電壓互感器是更合適的選擇。

6 結語

隨著大型發電機的運行，對大型發電機雷電過電壓的在線分析和研究很有必要，本文對此進行研究，希望對大家有所幫助。

參考文獻

[1]馬月姣.大型發電機雷電過電壓的在線分析研究[D].四川大學，2004.

[2]楊琳.發電機過電壓及其對絕緣老化的影響分析[D].西南交通大學，2008.