高电压技术——1绪论

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1、一 学科地位 日本小崎正光教授把最高品质能量形态的电能有关知识和技术体系称为电气电子工程学，它可理解为图示的三柱组成的体系： 对高电压与绝缘技术可这样理解：电能与人类的生存、发展有密切关系，而高电压与绝缘技术是其中一个很重要的知识体系，它是支撑电能应用的一根有力的支柱。高电压技术研究高电压技术，目的是为了解决电力系统中研究高电压技术，目的是为了解决电力系统中过电压与绝缘过电压与绝缘这一对矛盾。这一对矛盾。绝绝缘缘老老化化（在在高高电电压压与与长长期期工工作作运运行行的的环境中绝缘性能的下降）环境中绝缘性能的下降）电力系统绝缘所面电力系统绝缘所面临的危害临的危害过过电电压压（受受到到雷雷电电过过

2、电电压压、操操作作过过电电压压和谐振过电压的作用）和谐振过电压的作用）研究的出发点：如何将电力系统绝缘确定在既经济又可靠的水平研究的出发点：如何将电力系统绝缘确定在既经济又可靠的水平 高电压与绝缘技术将抓住成为梦之能源的核聚变发电、超导应用、大陆间送电、直流系统、电能储藏、高性能蓄电池等大量新兴课题进一步发展下去。二二 本课程性质、任务和要求本课程性质、任务和要求 高高电电压压技技术术是电工学科的一个重要分支，它主要研究高电压、强电场下各种电气物理问题。本课程是一门重要的专业技术基础课专业技术基础课，主要内容包括：在电气工程及自动化工程中具有较强的理论性理论性、实践性实践性的应用价值。高压电气

3、绝缘高压电气绝缘 高压电气试验高压电气试验 电力系统过电压及其保护电力系统过电压及其保护 通过本课程的学习，学生应达到以下要求：通过本课程的学习，学生应达到以下要求：获得各种电介质的绝缘特性知识获得各种电介质的绝缘特性知识 提高抗电强度的方法提高抗电强度的方法 了解高电压试验设备原理、试验方法了解高电压试验设备原理、试验方法 掌握波过程的基本理论掌握波过程的基本理论具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力学会限制各种过电压的措施学会限制各种过电压的措施 理解供电系统中绝缘配合的原则理解供电系统中绝缘配合的原则 小崎正光，高电压与绝缘技

4、术，科学出版社，2001 邱毓昌等，高电压工程，西安交大出版社，1995 肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，2001 赵智大，高电压技术，中国电力出版社，1999张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002三 教材及主要参考书 教材：文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社参考书目：四 课程导引 电能是现代社会中最重要、最方便的能源。电能具有许多优点，如： 可以方便地转化为其他形式的能量。 如：机械能、热能、光能、化学能等； 输送和分配易于实现； 应用规模灵活。电能与电力系统 电力工业作为能源工业的主力而受到极大重视，在发达国家的能源消费比例中，电能占一多半一多半。电力系统的构成电力系

5、统的构成电厂输电网配电网用户 升压升压升压升压变电站变电站变电站变电站 降压降压降压降压变电站变电站变电站变电站 箱式箱式箱式箱式变电站变电站变电站变电站电压等级的发展与提高电压等级的发展与提高电压等级的发展与提高电压等级的发展与提高美国最早于美国最早于美国最早于美国最早于18821882年在珍珠街年在珍珠街年在珍珠街年在珍珠街发电厂开始发电，仅用于照发电厂开始发电，仅用于照发电厂开始发电，仅用于照发电厂开始发电，仅用于照明明明明从十九世纪末到二十世纪五从十九世纪末到二十世纪五从十九世纪末到二十世纪五从十九世纪末到二十世纪五十年代，电压直线十年代，电压直线十年代，电压直线十年代，电压直线从二十

6、世纪六十年代后，电从二十世纪六十年代后，电从二十世纪六十年代后，电从二十世纪六十年代后，电压压压压采用采用采用采用750KV750KV电压等级的有美、电压等级的有美、电压等级的有美、电压等级的有美、苏、日、德、英、法、加、苏、日、德、英、法、加、苏、日、德、英、法、加、苏、日、德、英、法、加、意、中等国家意、中等国家意、中等国家意、中等国家AEPAEP（美国电力公司）和（美国电力公司）和（美国电力公司）和（美国电力公司）和ASEAASEA（瑞典通用电力公司）（瑞典通用电力公司）（瑞典通用电力公司）（瑞典通用电力公司）联合对联合对联合对联合对2000KV2000KV进行了试验，进行了试验，进行了

7、试验，进行了试验，技术上没有问题，二十世纪技术上没有问题，二十世纪技术上没有问题，二十世纪技术上没有问题，二十世纪七十年代就有七十年代就有七十年代就有七十年代就有15002000KV15002000KV线路和变电所的初步设计线路和变电所的初步设计线路和变电所的初步设计线路和变电所的初步设计低 压：35kV以下 高 压：35kV-100kV 超高压：100kV-1000kV 特高压：1000kV以上电力的大容量和远距离传输、促使电压等级的不断提高。100年来世界上的输电电压提高了100倍。在高压输电行业中，习惯上称： 我国特高压的发展：2003年12月，国家电网公司成立特高压电网工程领导小组，2

8、008年底建成了第一个试验示范工程，山西晋东南-河南南阳-湖北荆门，2009年1月开始正式运行。 目前世界上其他国家还没有1000kV的输电工程在运行，我国的特高压输电是世界上电压等级最高的、技术最先进的。 20世纪50年代中期以来，随着个方面技术的进步，直流输电的优越性逐步得到体现，许多国家又逐步开始发展直流输电。 我国多条远距离的西电东送线路即为直流输电线路。目前，我国正在进行世界上最高电压等级800kV的直流输电工程建设。 提高电压的效果 降低线路损耗 提高输送功率 提高输送距离 节省线路走廊不同电压等级线损不同电压等级线损不同电压等级传输能量曲线不同电压等级传输能量曲线例如：输送例如：

9、输送750万千伏安容量的电力万千伏安容量的电力345KV电压等级需：七条双回线电压等级需：七条双回线 走廊宽度为走廊宽度为 221.5 m1200KV电压等级需：仅用一条单回电压等级需：仅用一条单回线线 走廊宽度为走廊宽度为 91.5 m即：可提高单位走廊宽度输送容量即：可提高单位走廊宽度输送容量提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据： 三相线损三相线损 P = 3I2R 其中其中I = ; R = ; PR：导线电阻：导线电阻 ：导线电阻率：导线电阻率 ：导线长度：导线长度S：导线截面积：导线截面积P：传输功率：传输功率U：线路电压：线路电压提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电

10、力 我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。 中国电力工业分为7个跨省(区)电力集团: 东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网: 山东、福建、新疆、海南、西藏 (未包括台湾和港澳地区)。高电压、高场强下的特殊问题高电压、高场强下的特殊问题绝缘问题 没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的电电压形式压形式下，必须选择合理的绝缘材料绝缘材料，设计合理的绝缘结构绝缘结构。与高电压相对应的绝缘问题与高电压相对应的绝缘问题绝缘的作用

11、是将电位不相等的导体分开绝缘是电气设备结构中的重要部分绝缘常是电气设备中的薄弱环节 美国东北部和加拿大东部大部分地区20032003年8 8月1414日下午4 4时2020分， 因纽约北部一座电厂设备遭雷击起火，造成大面积停电，波及到美国东部的纽约、底特律、克利夫兰、托莱多和加拿大的多伦多、渥太华等大城市，美国关闭了纽约和俄亥俄等4 4个州的9 9个核电站，纽约和多伦多的地铁全部瘫痪，通讯中断，地面交通拥堵严重，许多人回不了家，只好露宿街头。由于正值夏季天气炎热用电高峰，造成极大不便和巨大损失，恢复供电用了几天的时间，比“”带来的损失和影响的面积大了许多。绝缘常是电气设备中的薄弱环节 辽沈地区

12、20012001年2 2月2222日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%70%。辽沈停电事故是从高压输电线路污闪开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电弧沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都出现污闪，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。高电压实验问题 高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的。高电压试验面临诸如以下问题： 如何产生高压？ 如何对电气设备进行高压试验？ 如何测量高压？过电压保护问题 电力系统运行过程中，经常会导致比

13、工作电压高得多的电压产生，如：自然界的雷击、电力系统本身操作导致的操作过电压等。 为了保护电力系统中的电力设备，必须研究： 各种过电压的特点及形成条件 各种保护装置及其保护特性 电压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合电磁环境问题 电磁兼容电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信号更强，电磁兼容问题也更加突出。 生态效应：生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境的影响。高电压下特殊现象及其应用高电压下特殊现象及其应用 高电压学科的特有现象可以举出很多，其中一些已得到应用，并有很好的发展前景，已成为国内外广泛开展研究的方向。静电技术及应用 利用静电技术人们制成静电除尘器，其除尘效率达99%以上。液电

14、效应及应用液液电电效效应应是液体电介质在高电压、大电流放电时伴随产生的力、声、光、热等效应的总称。利用此原理可以制成碎石机、铸件清砂装置等，已得到广泛应用。线爆技术及应用强大的电流通过金属线时，会使金属线熔化、气化、爆炸，可以对难熔金属、难镀材料喷涂，也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸。脉冲功率技术及应用脉冲功率技术在许多高科技领域、尖端武器领域得到广泛应用，目前脉冲功率技术正向着高电压、大电流、窄脉冲、高重复率的方向发展。当今高电压技术面临的主要问题 提高设备可靠性的技术问题 设备紧凑化高场强的技术问题 新型绝缘材料的开发 大功率电力电子器件在高压电网中的应用 架空线及变电所的电磁环境小 结高电压技术是一门重要的专业技术基础课； 随着电力行业的发展，高压输电问题越来越得到 人们的重视； 高电压高场强下存在着一些特殊的物理现象； 高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。