高电压试验新技术4知识分享

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1、 清华大学深圳研究生院清华大学深圳研究生院关志成关志成2013.9本本课的特点的特点不同于一般的高不同于一般的高电压试验技技术课 强调“新新”考考虑有些同学高有些同学高电压技技术基基础薄弱薄弱 要介要介绍有关高有关高电压技技术的基的基础知知识紧密密结合当今合当今电力系力系统对高高电压技技术的新的新需求需求紧密密结合当前我合当前我实验室的科研新方向室的科研新方向本本课程的主要内容程的主要内容1.高高电压试验技技术基基础知知识2.围绕电力系力系统发展的高展的高电压试验技技术3.交叉学科交叉学科领域的高域的高电压试验新技新技术4.国国际发展展动向向围绕电力系力系统发展的展的试验新技新技术特高特高压输

2、电紧凑型凑型线路路导线舞舞动导线电晕放放电流注流注发展展防覆冰防覆冰电力系力系统防雷防雷围绕电力系力系统发展的展的试验新技新技术在在线监测 （泄漏（泄漏电流）流）内内绝缘监测 （电机机绝缘、电缆绝缘）交叉学科的高交叉学科的高电压试验技技术1.和和环境境领域交叉域交叉 （高（高压脉冲放脉冲放电在在环保中保中应用）用）2.和生命和生命领域交叉域交叉 （脉冲（脉冲电场食品冷加工技食品冷加工技术）3.和材料和材料领域交叉域交叉 （电纺丝技技术及及应用）用）国国际发展展动向向关注几个国关注几个国际会会议1.ISH2011年德国，2013年韩国2.GD2010年德国，2012年中国，2014法国3.CEI

3、DP2012年加拿大，2013年中国，2014美国4.ACED2012年马来西亚5.ICPADM2012印度6.CMD2012印尼，2014韩国高高电压是以是以试验为主的科学技主的科学技术 国网电科院高电压实验室西安高压电器研究院特高压实验室 特高压交流试验基地（武汉） 特高压直流试验基地（北京）高海拔特高压试验基地（昆明） 高海拔试验研究基地（拉萨）高高电压是以是以试验为主的科学技主的科学技术理理论还不完善，大多数不完善，大多数问题不能抽象出数不能抽象出数学、物理模型学、物理模型进行行计算算受气象条件、周受气象条件、周边环境影响很大，靠境影响很大，靠经验公式公式进行修正行修正输变电设备绝缘距

4、离的距离的选取取还要靠要靠1：1真真型型试验变压器等器等电器器设备的的绝缘设计也要靠也要靠试验确定确定 杆塔杆塔间隙确定隙确定高高电压的的产生生冲冲击电压发生器生器工工频试验变压器器直流直流发生器生器冲冲击电流流发生器生器振振荡回路（合成回路）回路（合成回路）冲冲击电压发生器生器冲冲击电压发生器生器 冲击电压发生器 冲击电压发生器冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器基本原理冲击电压发生器原理图 冲击电压发生器的主要作用产生雷电波1.2s/50s产生操作冲击波250s/2500s100s/2500s,500s/2500s长波头衰减振荡波(用工频变压器产生）产生截波雷电冲击电压标准波形 雷电冲击电

5、压截波波形工工频试验变压器器 工频试验变压器工工频试验变压器器 工频交流试验变压器 工频试验变压器工频高电压试验的基本线路 工频试验变压器的主要作用1.产生工频试验电压2.作为直流高压和冲击高压设备的电源变压器3.产生“长波前”冲击试验电压波前时间为1000-5000s串级高压工频试验变压器高压串联谐振试验设备对于具有大静电电容量的试品，如电缆、SF6管道、电容器、大容量发电机等，作工频耐压试验时，需采用串联谐振装置。优点：大大减少试验设备容量 变频串联谐振试验装置 变频串联谐振试验装置 串联谐振试验装置直流直流电压发生器生器 直流电压发生器 直流电压发生器 直流试验装置 高压直流发生器 高压

6、直流发生器原理图 串级直流发生器原理图 串级直流电压发生器原理图 直流电压发生器作用产生直流高电压对直流电源容量的要求直流污秽试验电源冲击电流发生器冲击电流发生器的功用1.研究雷闪电流对绝缘材料和结构以及防雷装置的热能、或电动力的破坏作用2.在电子、离子加速器、核聚变、微波、大功率放电激光等方面的应用3.水击效应、强磁效应冲击电流的波形中国和IEC标准规定了4种标准波形1s/20s4s/10s8s/20s30s/80s冲击电流发生器的充放电回路冲击电流发生器的结构振荡回路、合成回路振荡回路、合成回路的作用同时产生高电压、大电流用于断路器、组合电器的断路容量试验例如：500kV、64kA的断路容

7、量试验要求试验装置能同时提供满足上述要求的电压和电流。高高电压的的测量量特点：特点：参数高（高参数高（高电压、大、大电流）流） 分分压器、分流器器、分流器暂态过程（微秒、毫秒程（微秒、毫秒过程）程） 暂态记录仪 峰峰值电压表表高速高速摄像像仪紫外成像、紫外成像、红外成像外成像稳态高电压的测量测量球隙高压静电电压表交流峰值电压表高压交流分压器及标准电容器高压直流分压器 测量球隙 静电电压表 交流峰值电压表交流分压器和标准电容器 高压直流分压器 冲击电压的测量球隙分压器峰值电压表只测峰值，不测波形分压器示波器（暂态记录仪）可同时测出峰值及波形光电测量系统高速摄影机、摄像机紫外测量仪 红外测量仪高高

8、电压试验注意事注意事项高高电压设备的使用操作方法的使用操作方法 详细了解了解设备的使用方法及注意事的使用方法及注意事项数据的正确数据的正确读取和取和处理理 有效数据的有效数据的问题 气象数据的气象数据的记录安全操作安全操作规程程 详细了解了解 严格格执行行 高电压试验的安全问题1.高电压试验需2个人2.接地杆的作用3.直流试验问题4.历年事故分析 国际发展动向绝缘材料的研究可替代SF6气体的研究替代矿物油的植物油新型固体绝缘材料特高压输电技术及高压电器设备极端恶劣气象条件下的绝缘问题在线监测问题放电过程的数字模拟电力系力系统防雷防雷雷雷电危害危害雷雷电放放电过程程雷雷电放放电由由带电荷的雷云引

9、起荷的雷云引起大多数的放大多数的放电发生在雷云之生在雷云之间不危不危险少数的放少数的放电发生在雷云和大地之生在雷云和大地之间危危险对地放地放电的雷云大多数的雷云大多数带负电荷，荷，实测（7590） 理解以下几点：理解以下几点：1 雷云雷云对地放地放电的的实质是雷云是雷云电荷向大地的突然荷向大地的突然释放放 被被击物体的物体的电位取决于雷位取决于雷电流和被流和被击物体阻抗的乘物体阻抗的乘 积2 从从电源性源性质看，相当于一个看，相当于一个电流源的作用流源的作用过程程3 人人们能能够测知的知的电量，重要是流量，重要是流过被被击物体的物体的电流流雷雷电参数的参数的统计数据数据实测雷电流波头长度1s5

10、s取2.6s实测雷电流波长20s100s取50s平均雷电日Td：90强雷区；40多雷区；15少雷区地面落雷密度r每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数r0.023Td避雷避雷线和避雷和避雷针保护原理：引导雷电向保护原理：引导雷电向避雷针（线）放电，通避雷针（线）放电，通过接地引下线和接地装过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭从而使被保护物体免遭雷击雷击保护范围：按保护概率保护范围：按保护概率为为99.9确定确定保护角避雷线和外保护角避雷线和外侧导线的连线与垂线之侧导线的连线与垂线之间的夹角间的夹角保护角越小，对绕击雷保护角越小，对绕击雷的保护效果越

11、好的保护效果越好避雷器避雷器作用原理作用原理实质上是一种放上是一种放电器，并器，并联连接在被保接在被保护设备附近，当作用附近，当作用电压超超过避雷器的放避雷器的放电电压时，避雷器先放避雷器先放电，限制了，限制了过电压的的发展展类型保型保护间隙、排气式避雷器、隙、排气式避雷器、阀型避雷器、氧型避雷器、氧化化锌避雷器避雷器基本要求基本要求良好的伏秒特性，良好的伏秒特性，实现合理的合理的绝缘配配 合合 好的好的绝缘强度自恢复能力，利于快速度自恢复能力，利于快速 切断工切断工频续流，使流，使电力系力系统得以得以继续 运行运行 硅橡胶硅橡胶护套氧化套氧化锌线路避雷器已取得良好路避雷器已取得良好应用效果用

12、效果接地和接地接地和接地电阻阻接地装置分接地装置分为防雷接地、工作接地和保防雷接地、工作接地和保护接地接地 工作接地：工作接地：电力系力系统正常运行方式的需要正常运行方式的需要,如三相系如三相系统中性点接地中性点接地保保护接地：接地：为保保证人身安全，将高人身安全，将高压电器器设备的金属外壳接地的金属外壳接地防雷接地：防雷接地：针对防雷保防雷保护的需要，降低雷的需要，降低雷电流通流通过时的地的地电位升高位升高输电线路防雷接地，每一杆塔都路防雷接地，每一杆塔都应敷敷设接接地装置，并与避雷地装置，并与避雷线牢固牢固连接接评价接地装置的参数：评价接地装置的参数： 接触电压、跨步电压、接地电阻（阻抗接

13、触电压、跨步电压、接地电阻（阻抗）输电线路的雷路的雷电过电压及防及防护直直击雷雷过电压雷雷电直接直接击中杆塔、避雷中杆塔、避雷线或或导线引起的引起的线路路过电压感感应雷雷过电压雷雷击线路附近大地，由路附近大地，由电磁磁感感应在在导线上上产生的生的过电压（只（只对35kV以下以下线路有危路有危险）直直击雷雷过电压：反：反击雷雷击杆塔或避雷杆塔或避雷线 绕击雷雷电击中中导线衡量衡量线路防雷性能的路防雷性能的优劣劣 耐雷水平耐雷水平线路遭受雷路遭受雷击所能耐受不至于引起所能耐受不至于引起闪络的最大雷的最大雷电流（流（kA） 雷雷击跳跳闸率每率每100km线路每年因雷路每年因雷击引起的引起的线路跳路跳

14、闸次数次数雷雷击导线绕击时的的过电压绕击率：平原线路绕击率：平原线路 山区线路山区线路 Pa绕击率；绕击率；a保护角；保护角；h杆塔高度杆塔高度绕击过电压：绕击过电压：UA100100I I绕击耐雷水平绕击耐雷水平UA U5050绕击线路的耐雷水平很低绕击线路的耐雷水平很低 500kV线路线路27.4kA 220kV12kA 110kV7kA 110kV以上线路要求全线架避雷线以上线路要求全线架避雷线雷雷击塔塔顶反反击过电压雷击塔顶造成绝缘子接地端电位比导线高，称雷击塔顶造成绝缘子接地端电位比导线高，称反击反击 还必须考虑工频电压的作用以及触发相位还必须考虑工频电压的作用以及触发相位反反击耐雷

15、水平耐雷水平 haha杆塔高度杆塔高度 hchc导线高度导线高度 反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数反击耐雷水平与导线地线间的耦合系数k，杆杆塔分流系数塔分流系数，杆塔冲击接地电阻杆塔冲击接地电阻RiRi，杆塔等值杆塔等值电感电感LtLt以及绝缘子串的以及绝缘子串的5050放电电压放电电压U50U50等因素等因素有关，通常以降低有关，通常以降低RiRi，提高提高k k为提高反击耐雷水平为提高反击耐雷水平的主要手段的主要手段雷雷电对电力系力系统的危害的危害雷电是影响输电线路可靠性的首要因素雷电是影响输电线路可靠性的首要因素CIGRE: 12CIGRE: 12个国家个国家275-500kV275-

16、500kV总长为总长为32700km32700km输电线输电线路连续三年的运行结果，雷害事故占总事故路连续三年的运行结果，雷害事故占总事故60%60%我国我国: : 超高压线路雷击事故占线路总跳闸事故超高压线路雷击事故占线路总跳闸事故40-40-70%70%20082008年南方电网年南方电网110kV110kV及以上输电线路共计跳闸及以上输电线路共计跳闸25992599次，其中雷击跳闸次，其中雷击跳闸15881588次，占总跳闸数的次，占总跳闸数的61.1%61.1%。雷电跳闸率达。雷电跳闸率达1.0071.007次次/ /百公里百公里年。年。在在500kV500kV线路中，雷击更是线路跳闸的决定性因素线路中，雷击更是线路跳闸的决定性因素电网的防雷网的防雷 1 1）雷电是自然界的天气现象，）雷电是自然界的天气现象，“惹不起，躲惹不起，躲不过不过” 2 2）雷电活动对电力系统影响巨大，对输电线）雷电活动对电力系统影响巨大，对输电线路影响最为直接路影响最为直接 3 3）现代电网，超、特高压输电线路由于自身）现代电网，超、特高压输电线路由于自身特点，防雷问题更具挑战性特点，防雷问题更具挑战