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1、高电压技术高电压技术（高电压与绝缘技术）（高电压与绝缘技术） 工程上把工程上把工程上把工程上把 10001000伏及以伏及以伏及以伏及以上的交流供电电压称为高电上的交流供电电压称为高电上的交流供电电压称为高电上的交流供电电压称为高电压。高电压技术所涉及的高压。高电压技术所涉及的高压。高电压技术所涉及的高压。高电压技术所涉及的高电压类型有电压类型有电压类型有电压类型有直流电压直流电压直流电压直流电压、工频工频工频工频交流电压交流电压交流电压交流电压和持续时间为毫秒和持续时间为毫秒和持续时间为毫秒和持续时间为毫秒级的级的级的级的操作过电压操作过电压操作过电压操作过电压、微秒级的、微秒级的、微秒级的
2、、微秒级的雷电过电压雷电过电压雷电过电压雷电过电压、纳秒级的、纳秒级的、纳秒级的、纳秒级的核致核致核致核致电磁脉冲电磁脉冲电磁脉冲电磁脉冲等等等等。 20 20世纪以来，随着电能应用的日益广世纪以来，随着电能应用的日益广世纪以来，随着电能应用的日益广世纪以来，随着电能应用的日益广泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传输的电能也越来越多，这就要求电力系统输的电能也越来越多，这就要求电力系统输的电能也越来越多，这就要求电力系统输的电能也越来越多，这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。电网电压
3、等级的输电电压等级不断提高。电网电压等级的输电电压等级不断提高。电网电压等级的输电电压等级不断提高。电网电压等级经历了经历了经历了经历了低压、高压、超高压和特高压低压、高压、超高压和特高压低压、高压、超高压和特高压低压、高压、超高压和特高压几个几个几个几个发展阶段；发展阶段；发展阶段；发展阶段； 6060年代以来，为了适应大城市电力负年代以来，为了适应大城市电力负年代以来，为了适应大城市电力负年代以来，为了适应大城市电力负荷日益增长的需要，以及克服城市架空输荷日益增长的需要，以及克服城市架空输荷日益增长的需要，以及克服城市架空输荷日益增长的需要，以及克服城市架空输电电电电线路走廊线路走廊线路走
4、廊线路走廊用地的困难，用地的困难，用地的困难，用地的困难，地下高压电缆输地下高压电缆输地下高压电缆输地下高压电缆输电电电电发展迅速；为减少发展迅速；为减少发展迅速；为减少发展迅速；为减少变电所变电所变电所变电所占地面积和保占地面积和保占地面积和保占地面积和保护城市环境，护城市环境，护城市环境，护城市环境，全封闭全封闭全封闭全封闭气体气体气体气体绝缘绝缘绝缘绝缘组合电器组合电器组合电器组合电器(GIS)(GIS)得到越来越广泛的应用。得到越来越广泛的应用。得到越来越广泛的应用。得到越来越广泛的应用。绪绪 论论学科地位学科地位 本课程性质、任务和要求本课程性质、任务和要求 教材及主要参考书教材及主
5、要参考书 课程导引课程导引 一一 学科地位学科地位 高电压技术研究领域高电压技术研究领域高电压技术研究领域高电压技术研究领域的知名教授的知名教授的知名教授的知名教授日本小崎正日本小崎正日本小崎正日本小崎正光教授把最高品质能量形光教授把最高品质能量形光教授把最高品质能量形光教授把最高品质能量形态的态的态的态的电能电能电能电能有关的知识和技有关的知识和技有关的知识和技有关的知识和技术体系称为术体系称为术体系称为术体系称为电气电子工电气电子工电气电子工电气电子工程学程学程学程学，它可理解为图示的，它可理解为图示的，它可理解为图示的，它可理解为图示的三柱组成的体系：三柱组成的体系：三柱组成的体系：三柱
6、组成的体系：研研研研究究究究高高高高电电电电压压压压技技技技术术术术，目目目目的的的的是是是是为为为为了了了了解解解解决决决决电电电电力力力力系系系系统统统统中中中中过过过过电电电电压与绝缘这一对矛盾压与绝缘这一对矛盾压与绝缘这一对矛盾压与绝缘这一对矛盾。绝绝绝绝缘缘缘缘老老老老化化化化（在在在在高高高高电电电电压压压压与与与与长长长长期期期期工工工工作作作作运行的环境中绝缘性能的下降）运行的环境中绝缘性能的下降）运行的环境中绝缘性能的下降）运行的环境中绝缘性能的下降）电力系统绝缘所电力系统绝缘所电力系统绝缘所电力系统绝缘所面临的危害面临的危害面临的危害面临的危害过过过过电电电电压压压压（受受
7、受受到到到到雷雷雷雷电电电电过过过过电电电电压压压压、操操操操作作作作过电压和谐振过电压的作用）过电压和谐振过电压的作用）过电压和谐振过电压的作用）过电压和谐振过电压的作用）研研研研究究究究的的的的出出出出发发发发点点点点：如如如如何何何何将将将将电电电电力力力力系系系系统统统统绝绝绝绝缘缘缘缘确确确确定定定定在在在在既既既既经经经经济又可靠的水平济又可靠的水平济又可靠的水平济又可靠的水平 高高电电压压技技术术在在未未来来将将随随着着特特高高压压、核核聚聚变变发发电电、超超导导应应用用、大大陆陆间间输输送送电电、直直流流系系统统、电电能能储储藏藏、高高性性能能蓄蓄电电池池等等大大量量新新兴兴课
8、课题题进进一一步步发发展展下去。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是电电力力工工程程学学科科的的一一个个重重要要分分支支，它它主主要要研研究究高高电电压压、强强电电场场下下的的各各种种电气物理问题。电气物理问题。高压电气绝缘高压电气绝缘高压电气绝缘高压电气绝缘 高压电气试验高压电气试验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电力系统过电压及其保护电力系统过电压及其保护 本课程是一门重要的专业技术课，主要内容包括：本课程是一门重要的专业技术课，主要内容包括：在在电电力力工工程程中中具具有有较较强强的的理理论论性性、实实践
9、践性性的的应应用用价价值。值。通过本课程的学习，应达到以下要求：通过本课程的学习，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 学会提高抗电强度的方法学会提高抗电强度的方法 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、操作过具有分析计算供电系统中大气过电压、操作过电压的能力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 文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，文远芳，高电压技术，华中科技大学出版社，20012001吴广宁，高电压技术，机械工业出版社，吴广宁，高电压技术，
10、机械工业出版社，20072007 肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，肖如泉，高电压试验工程，清华大学出版社，20012001赵智大，高电压技术，中国电力出版社，赵智大，高电压技术，中国电力出版社，19991999小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，20012001张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，20022002三三 主要参考书主要参考书 四四 课程导引课程导引 电能是现代社会中最重要、最方便的能源。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：电能具有许多优点，如： 可以方便地转化为
11、其他形式的能量。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；如：机械能、热能、光能、化学能等； 输送和分配易于实现；输送和分配易于实现； 应用规模灵活。应用规模灵活。电能与电力系统电能与电力系统 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美美美国国国国最最最最早早早早于于
12、于于18821882年年年年在在在在珍珍珍珍珠珠珠珠街街街街发发发发电电电电厂厂厂厂开开开开始始始始发发发发电电电电，仅仅仅仅用用用用于于于于照照照照明明明明从从从从十十十十九九九九世世世世纪纪纪纪末末末末到到到到二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪五五五五十年代，电压直线上升十年代，电压直线上升十年代，电压直线上升十年代，电压直线上升从从从从二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪六六六六十十十十年年年年代代代代后后后后，电电电电压上升更快压上升更快压上升更快压上升更快采采采采用用用用750KV750KV电电电电压压压压等等等等级级级级的的的的有有有有美美美美、苏苏苏苏、日日日日、德德德德、英英英英、法
13、法法法、加加加加、意、中等国家意、中等国家意、中等国家意、中等国家AEPAEP（ 美美美美 国国国国 电电电电 力力力力 公公公公 司司司司 ） 和和和和ASEAASEA（瑞瑞瑞瑞典典典典通通通通用用用用电电电电力力力力公公公公司司司司）联联联联合合合合对对对对2000KV2000KV进进进进行行行行了了了了试试试试验验验验，技技技技术术术术上上上上没没没没有有有有问问问问题题题题，二二二二十十十十世世世世纪纪纪纪七七七七十十十十年年年年代代代代就就就就有有有有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高高
14、压：压：35kV-220kV 35kV-220kV 超高压：超高压：330kV-750kV 330kV-750kV 特高压：特高压：1000kV1000kV及以上及以上 电电力力的的大大容容量量和和远远距距离离传传输输、促促使使电电压压等等级级的的不不断断提提高高。100100年来世界上的输电电压提高了年来世界上的输电电压提高了100100倍。倍。在高压输电网中，输电电压一般分为：在高压输电网中，输电电压一般分为：在配电网中，配电电压一般分为：在配电网中，配电电压一般分为：低低 压：压：0.4kV0.4kV及以下及以下 中中 压：压：3kV-35kV 3kV-35kV 我我国国特特高高压压的的
15、发发展展：20032003年年1212月月，国国家家电电网网公公司司成成立立特特高高压压电电网网工工程程领领导导小小组组，20082008年年底底建建成成了了第第一一个个试试验验示示范范工工程程，山山西西晋晋东东南南- -河河南南南南阳阳- -湖湖北北荆门荆门，20092009年年1 1月开始正式运行。月开始正式运行。 目目前前世世界界上上其其他他国国家家还还没没有有1000kV1000kV的的输输电电工工程程在在商商业业运运行行，我我国国的的特特高高压压输输电电是是世世界界上上电电压压等等级级最高的、技术最先进的。最高的、技术最先进的。 2020世世纪纪5050年年代代中中期期以以来来，随随
16、着着个个方方面面技技术术的的进进步步，直直流流输输电电的的优优越越性性逐逐步步得得到到体体现现，许许多多国国家家又又逐步开始发展直流输电。逐步开始发展直流输电。 我我国国多多条条远远距距离离的的西西电电东东送送线线路路即即为为直直流流输输电电线线路路。目目前前，我我国国正正在在进进行行世世界界上上最最高高电电压压等等级级800kV800kV的直流输电工程建设。的直流输电工程建设。 提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据： 三相线损三相线损三相线损三相线损 P = 3IP = 3I2 2R R 其中其中其中其中I = ; R = I = ;
17、 R = P PR R：导线电阻导线电阻导线电阻导线电阻 ：导线电阻率：导线电阻率：导线电阻率：导线电阻率 ：导线长度：导线长度：导线长度：导线长度S S：导线截面积导线截面积导线截面积导线截面积P P：传输功率传输功率传输功率传输功率U U：线路电压线路电压线路电压线路电压提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力提高电压的效果提高电压的效果提高电压的效果提高电压的效果 降低线路损耗降低线路损耗降低线路损耗降低线路损耗 提高输送功率提高输送功率提高输送功率提高
18、输送功率 提高输送距离提高输送距离提高输送距离提高输送距离 节省线路走廊节省线路走廊节省线路走廊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：输送例如：输送例如：输送750750万千伏安容量的电力万千伏安容量的电力万千伏安容量的电力万千伏安容量的电力 345KV345KV电压等级电压等级电压等级电压等级需：七条双回线需：七条双回线需：七条双回线需：七条双回线 走廊宽度为走廊宽度为走廊宽度为走廊宽度为 221.5 m221.5 m 1200KV 1200K
19、V电压等级电压等级电压等级电压等级 需：仅用一条单回线需：仅用一条单回线需：仅用一条单回线需：仅用一条单回线 走廊宽度为走廊宽度为走廊宽度为走廊宽度为 91.5 m91.5 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输电电压与输送容量、输送距离的范围输电电压与输送容量、输送距离的范围输电电压与输送容量、输送距离的范围输电电压与输送容量、输送距离的范围输电电压（输电电压（kVkV）输送容量（输送容量（MWMW）输送距离（输送距离（kmkm）11011010-2010-2050-15050-150220220100-5
20、00100-500100-300100-300330330200-800200-800200-600200-6005005001000-15001000-1500150-850150-8507507502000-25002000-2500500500以上以上我我国国的的发发电电一一次次能能源源主主要要分分布布西西部部地地区区，而而电电力力消消费费主主要要集集中中在在中中、东东部部和和南南部部地地区区。西西电电东东送送、南南北北互互供供，发发展展全全国国联联网网是是解解决决我我国国能能源源分分布布与与电电力力消消费费矛矛盾盾的的重重要要措措施施。并并将将形形成成北北、中中、南南三三个输电通道。个
21、输电通道。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绝缘问题 没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法没有可靠的绝缘，高电压高场强甚至无法实现。在一定的实现。在一定的电压形式电压形式下，必须选择合理的下，必须选择合理的绝缘材料绝缘材料，并设计合理的，并设计合理的绝缘结构绝缘结构。研究高电压、高场强下绝缘问题的目的研究高电压、高场强下绝缘问题的目的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是将电位不相等的导体分开绝缘的作用是将电位不相等的导体分开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是电气设备结构中的重要部分绝缘是电气设备结构中的重要部分与高电压相对应
22、的绝缘问题与高电压相对应的绝缘问题绝缘常是电气设备中的薄弱环节绝缘常是电气设备中的薄弱环节美美国国东东北北部部和和加加拿拿大大东东部部大大部部分分地地区区20032003年年8 8月月1414日日下下午午4 4时时2020分分，因因纽纽约约北北部部一一座座电电厂厂设设备备遭遭雷雷击击起起火火，造造成成大大面面积积停停电电，波波及及到到美美国国东东部部的的纽纽约约、底底特特律律、克克利利夫夫兰兰、托托莱莱多多和和加加拿拿大大的的多多伦伦多多、渥渥太太华华等等大大城城市市，美美国国关关闭闭了了纽纽约约和和俄俄亥亥俄俄等等4 4个个州州的的9 9个个核核电电站站，纽纽约约和和多多伦伦多多的的地地铁铁
23、全全部部瘫瘫痪痪，通通讯讯中中断断，地地面面交交通通拥拥堵堵严严重重，许许多多人人回回不不了了家家，只只好好露露宿宿街街头头。由由于于正正值值夏夏季季天天气气炎炎热热用用电电高高峰峰，造造成成极极大大不不便便和和巨巨大大损损失失，恢恢复复供供电电用用了了几几天天的的时时间间，比比“9.119.11”带来的损失和影响的面积大了许多。带来的损失和影响的面积大了许多。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常是电气设备中的薄弱环节绝缘常是电气设备中的薄弱环节辽辽沈沈地地区区20012001年年2 2月月2222日日遭遭遇遇最最严严重重大大面面积积停停电电事事故故，沈沈阳阳市市区区停停电电
24、面面积积已已经经超超过过70%70%。辽辽沈沈停停电电事事故故是是从从高高压压输输电电线线路路污污闪闪开开始始的的。辽辽沈沈为为我我国国重重工工业业区区，含含盐盐的的空空气气污污染染物物附附着着在在绝绝缘缘瓷瓷瓶瓶上上，大大雾雾湿湿气气使使瓷瓷瓶瓶绝绝缘缘能能力力降降低低，电电弧弧沿沿着着瓷瓷瓶瓶表表面面爬爬升升，出出现现闪闪烙烙放放电电现现象象。辽辽沈沈停停电电事事故故中中，几几乎乎所所有有的的高高压压输输电电线线路路都都出出现现污污闪闪，停停电电事事故故最最厉厉害害的的就就是是工工业业集集中中、污污染染严严重重的的铁铁西西区区，该该区区全全部部停停止止了了电电力供应，损失巨大。力供应，损失
25、巨大。高电压试验问题高电压试验问题 高电压技术是一门工程性很强的学科，试高电压技术是一门工程性很强的学科，试验是必不可少的。验是必不可少的。高电压试验面临诸如以下问题：高电压试验面临诸如以下问题： 如何产生高压？如何产生高压？ 如何对电气设备进行高压试验？如何对电气设备进行高压试验？ 如何测量高压？如何测量高压？过电压保护问题过电压保护问题 电电力力系系统统运运行行过过程程中中，经经常常会会导导致致比比工工作作电电压压高高得得多多的的电电压压产产生生，如如：自自然然界界的的雷雷击击、电电力力系统本身操作导致的操作过电压等。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
26、：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过电压的特点及形成条件 各种保护装置及其保护特性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压、绝缘、保护三者之间的绝缘配合电磁环境问题电磁环境问题 电磁兼容：高电压高场强下各种电磁干扰信电磁兼容：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。号更强，电磁兼容问题也更加突出。 生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生态效应：研究强电场、强磁场下对生物生活环境的影响。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 高高电电压压学学科科的的特特有有现现象象可可以以举举出出很很多
27、多，其其中中一一些些已已得得到到应应用用，并并有有很很好好的的发发展展前前景景，已已成成为为国内外广泛开展研究的方向。国内外广泛开展研究的方向。静电技术及应用静电技术及应用 利利用用静静电电技技术术人人们们制制成成静静电电除除尘尘器器，其其除除尘尘效率达效率达99%99%以上。以上。液电效应及应用液电效应及应用 液液电电效效应应是是液液体体电电介介质质在在高高电电压压、大大电电流流放放电电时时伴伴随随产产生生的的力力、声声、光光、热热等等效效应应的的总总称称。利利用用此此原原理理可可以以制制成成碎碎石石机机、铸铸件件清清砂砂装装置等，已得到广泛应用。置等，已得到广泛应用。线爆技术及应用线爆技术
28、及应用 强大的电流通过金属线时，会使金属线熔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喷涂，也可用线爆来模拟高空核爆炸或地下核爆炸。爆炸。脉冲功率技术及应用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。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当今高电压技术面临的主要问题当今高电压
29、技术面临的主要问题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提高设备可靠性的技术问题提高设备可靠性的技术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设备紧凑化高场强的技术问题设备紧凑化高场强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新型绝缘材料的开发新型绝缘材料的开发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大功率电力电子器件在高压电网中的应用大功率电力电子器件在高压电网中的应用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架空线及变电所的电磁环境架空线及变电所的电磁环境架空线及变电所的电磁环境小小 结结高电压技术是一门重要的专业技术基础课；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；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、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。高电压试验在高电压工程中起着重要的作用。
