高电压与绝缘技术概述课件.ppt

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1、高电压技术高电压技术1世界电压等级的发展与提高世界电压等级的发展与提高高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程18751875年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界电力时代的到来电力时代的到来;18911891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电机：它发出的三相交流电通过第一条机：它发出的三相交流电通过第一条13.8kV13.8kV输电线将电力输电线将电力输送到远方用电地区，使电力既用于照明，又用于动力，输送到远方用电地区，使电力既用于照明，又用于动力，从而开始了高

2、压输电的时代从而开始了高压输电的时代;18791879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。18821882年，年，第一家电业公司第一家电业公司上海电气公司成立。上海电气公司成立。100100多年来，输电电压由最初的多年来，输电电压由最初的13.8kV13.8kV逐步发展到逐步发展到2020，3535，6666，110110，134134，220220，330330，345345，400400，500500，735735，750750，765765，1000kV1000kV输电电压一般分高压、超高压和特高压。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压（高压（

3、HV）：）：35220kV；超高压（超高压（EHV）：）：330 750kV；特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以上及以上高压直流（高压直流（HVDC）：）：600kV及以下及以下特高压直流（特高压直流（UHVDC）：）：600kV以上，包括以上，包括750kV和和800kV1908 年，美国建成了世界第一条年，美国建成了世界第一条110kV 输电线路；经过输电线路；经过15年，于年，于1923年，第一条年，第一条230kV线路投入运行；线路投入运行；1954年建成第年建成第一条一条345kV线路。从线路。从230kV电压等级到电压等级到345kV电压等级经历电压等级经历了了31年。

4、在年。在345kV投运投运15年后，年后，1969年建成了年建成了765kV线路。线路。高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程1985年，前苏联建成世界上第一条年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。特高压输电线路。从从500kV电压等级到电压等级到1150kV电压等级用了电压等级用了20年时间；年时间；中国，中国，1949年前，年前，电力工业发展缓慢，输电电压按具体工电力工业发展缓慢，输电电压按具体工程决定，电压等级繁多：程决定，电压等级繁多：1908年建成年建成22kV石龙坝水电站至石龙坝水电站至昆明线路；昆明线路；1921年建成年建成33kV石景山电厂

5、至北京城的线路；石景山电厂至北京城的线路；1933年建成抚顺电厂的年建成抚顺电厂的44kV出线；出线；1934年建成年建成66kV延边至老头沟线路；延边至老头沟线路；1935年建成抚顺电厂至鞍山的年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路；线路；1943年建成年建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。镜泊湖水电厂至延边线路。高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程中国，中国，1949年新中国年新中国成立后，按电网发展统一电压等级，成立后，按电网发展统一电压等级，逐渐形成经济合理的电压等级系列：逐渐形成经济合理的电压等级系列：高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历

6、程1952年，用自主技术建设了年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成输电线路，逐渐形成京津唐京津唐110kV输电网；输电网；1954年，建成丰满至李石寨年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继续输电线路，随后继续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线线路，迅速形成东北电网路，迅速形成东北电网220kV骨干网架；骨干网架；1972 年建成年建成330kV 刘家峡刘家峡 关中输电线路，全长关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架；骨干网架；1981年建成年建成500kV姚孟姚孟武昌

7、输电线路，全长武昌输电线路，全长595km。为适应葛洲坝水电厂为适应葛洲坝水电厂送出工程的需要，送出工程的需要，1983年又建成葛洲年又建成葛洲坝坝-武昌和葛洲坝武昌和葛洲坝-双河两回双河两回500kV线路，开始形成华中电网线路，开始形成华中电网500kV骨干网架，骨干网架，1989年建成年建成500kV葛洲坝葛洲坝-上海高压直流上海高压直流输电线，实现了华中输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。华东两大区的直流联网。高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程中国，在逐渐形成中国，在逐渐形成330kV和和500kV区域输电骨干网架的同时，区域输电骨干网架的同时，于于20世

8、纪世纪80年代初开始了年代初开始了330kV和和500kV以上更高电压等级以上更高电压等级的论证。的论证。1984年，国家明确提出年，国家明确提出500kV以上的输电电压为以上的输电电压为1000kV特高压、特高压、330kV以上的输电电压为以上的输电电压为750kV。2005年年9月，中国在月，中国在西北地区（青海官亭西北地区（青海官亭兰州东）建成了兰州东）建成了一条一条750kV输电线路，长度为输电线路，长度为140.7km。输、变电设备，除。输、变电设备，除GIS外，全部为国产。外，全部为国产。用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展的最用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展的

9、最主要因素。主要因素。提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据：通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。自然功率：自然功率：在输电线路末端接上相当于线路波阻抗负荷时，在输电线路末端接上相当于线路波阻抗负荷时，线路所输送的功率。线路所输送的功率。输电电压等级与输送的自然功率输电电压等级与输送的自然功率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。电压电压（kV）33034550076511001500功率功率（10MW）29.532.088.5221.0518.0994.0提高电压等级可以实现大功率、远距

10、离地输送电力。提高电压等级可以实现大功率、远距离地输送电力。提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据：由于由于大容量发电厂供电范围的扩大大容量发电厂供电范围的扩大和和需要燃料的增加需要燃料的增加以及以及环保要求环保要求的提高等，电厂厂址宜建在远离负荷中心的煤矿的提高等，电厂厂址宜建在远离负荷中心的煤矿坑口、大的集运港口和道口及大河沿岸，并形成发电基地坑口、大的集运港口和道口及大河沿岸，并形成发电基地或电源中心，以较低的电煤价格降低发电成本。大电厂的或电源中心，以较低的电煤价格降低发电成本。大电厂的建设根据环保的要求，在能源基地建电厂时，各大容量规建设根据环保的要求，在能源基地建电厂时，各

11、大容量规模厂应相距模厂应相距50km左右，同时形成总容量左右，同时形成总容量600010000MW的发电中心为宜。的发电中心为宜。提高电压等级的技术依据：提高电压等级的技术依据：发电能源与用电负荷地理分布不均衡，经济发达地区，用发电能源与用电负荷地理分布不均衡，经济发达地区，用电需求增长快，往往缺乏一次能源；具有丰富一次能源，电需求增长快，往往缺乏一次能源；具有丰富一次能源，如矿物燃料，水电资源的地区，用电增长相对较慢或人均如矿物燃料，水电资源的地区，用电增长相对较慢或人均用电水平较低。用电水平较低。加拿大、美国、俄罗斯、巴西和中国等国都存在这种加拿大、美国、俄罗斯、巴西和中国等国都存在这种不

12、平衡情况。这种不平衡情况增加了远距离大容量输电和不平衡情况。这种不平衡情况增加了远距离大容量输电和电网互联的需求。电网互联的需求。;R=其中其中I=P=三相线损三相线损 P=3I2RP3U cos l lSP2 l lU 2 S cos2 P 2 l lU 2 SP：传输功率：传输功率U：线路电压：线路电压R：导线电阻：导线电阻 ：导线电阻率：导线电阻率l l：导线长度：导线长度S：导线截面积：导线截面积东北电网东北电网川渝电网川渝电网华北电网华北电网西北电网西北电网华东电网华东电网华中电网华中电网南方电网南方电网500kV330kV220kV热电厂热电厂水电站水电站核电站核电站我国电网基本框

13、架我国电网基本框架电力系统的构成电力系统的构成电厂电厂输电网输电网配电网配电网用户用户升压升压变电站变电站降压降压变电站变电站箱式箱式变电站变电站变压器电力电缆发电机GIS 电容性设备高压电气设备停电原因停电原因(%)城城 市市电网电网结构结构管理管理不善不善设备设备故障故障检检 修修电源电源不足不足外部外部因素因素气象气象影响影响上海上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州杭州2.974.8218.4467.180.005.3

14、41.25广州广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.0019811990年间，我国主要电网有近年间，我国主要电网有近1/3的电网事故的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五八五”期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的的26.3%，可见提高设备的运行可靠性是保证电力可见提高设备的运行可靠性是保证电力系统安全运行的关键。系统安全运行的关键。现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其现代电力设备的可靠性在很

15、大程度上取决于其绝缘的可靠性。绝缘的可靠性。概概 述述研究对象研究对象3研究内容研究内容研究意义研究意义2412251、研究对象：、研究对象：高电压技术高电压技术是以是以绝缘绝缘和和过电压过电压为研究为研究对象的一门学科，它的任务主要是研究和解决对象的一门学科，它的任务主要是研究和解决电力系统中高压线路和电气设备的绝缘和过电电力系统中高压线路和电气设备的绝缘和过电压问题。它是一门新兴学科，是随着高电压远压问题。它是一门新兴学科，是随着高电压远距离输电而发展起来的。距离输电而发展起来的。261.1 绝缘绝缘：输电线、变压器、电机和其他电气设备的输电线、变压器、电机和其他电气设备的载流部分与接地部

16、分之间，相间或直流电压下载流部分与接地部分之间，相间或直流电压下的极间都应有可靠的绝缘。的极间都应有可靠的绝缘。作为绝缘的各种电介质有气体介质、液作为绝缘的各种电介质有气体介质、液体介质和固体介质，在运行中绝缘除了需隔体介质和固体介质，在运行中绝缘除了需隔离正常的工作电压外，还要能承受短时过电离正常的工作电压外，还要能承受短时过电压的作用。压的作用。绝缘体绝缘体隔离不同电位的带电导体的隔离不同电位的带电导体的物物 质，又称为质，又称为电介质电介质。28过电压过电压电力系统中异常的电压升高。电力系统中异常的电压升高。过电压（过电压（kV）外部过电压：由雷电和雷击电外部过电压：由雷电和雷击电力系统

17、引起，幅值很高（兆伏力系统引起，幅值很高（兆伏级），持续时间较短。级），持续时间较短。内部过电压：由系统内部暂态内部过电压：由系统内部暂态过程引起，幅值不大（过程引起，幅值不大（2 4倍倍工作电压），持续时间较长。工作电压），持续时间较长。1.2 过电压过电压-2292、研究内容：、研究内容：123 绝缘问题的研究绝缘问题的研究过电压问题的研究过电压问题的研究高电压试验与测量技术的研究高电压试验与测量技术的研究 绝缘问题绝缘问题绝缘材料：绝缘材料：研究各种绝缘材料在高电压下的各种性能、现研究各种绝缘材料在高电压下的各种性能、现象以及相应的过程、理论；象以及相应的过程、理论；绝缘结构（电场结构）

18、：绝缘结构（电场结构）：同一种材料在不同的绝缘结构下的外在表现；同一种材料在不同的绝缘结构下的外在表现；电压形式：电压形式：同样材料、结构，不同电压下绝缘性能不相同；同样材料、结构，不同电压下绝缘性能不相同；过过电电压压研研究究的的问问题题：过过电电压压产产生生的的机机理理、幅幅值值和和波波形形特特点点，影响过电压的因素及限制过电压的措施。影响过电压的因素及限制过电压的措施。研研究究过过电电压压的的目目的的：降降低低作作用用在在设设备备上上的的各各种种过过电电压压，进进行行绝缘配合。绝缘配合。绝缘配合：绝缘配合：根据设备在系统中可能承受的各种电压（工作电根据设备在系统中可能承受的各种电压（工作

19、电压和过电压），并考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性来压和过电压），并考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性来确定必要的耐受强度，以便把作用在设备上的各种电压所引确定必要的耐受强度，以便把作用在设备上的各种电压所引起的绝缘损坏和影响连续运行的概率降低到经济上和运行上起的绝缘损坏和影响连续运行的概率降低到经济上和运行上能接受的水平。能接受的水平。322.2 过电压问题的研究：过电压问题的研究：过电压防护问题过电压防护问题外过电压外过电压 （雷电过电压）：（雷电过电压）：内过电压：内过电压：工频过电压工频过电压谐振过电压谐振过电压操作过电压操作过电压老化、污秽（在运行电压及过电压下）：老化、污秽（在运

20、行电压及过电压下）：保护装置：保护装置：分析各类过电压的特点及形成条件，研究分析各类过电压的特点及形成条件，研究各种保护装置及其保护特性。各种保护装置及其保护特性。绝缘配合绝缘配合中心问题：中心问题：解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾，解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾，将电力系统绝缘确定在既经济又可靠的水平。将电力系统绝缘确定在既经济又可靠的水平。绝缘配合的原则：绝缘配合的原则：绝缘配合的方法：绝缘配合的方法：研究的目的：研究的目的：研制高电压测试设备研制高电压测试设备 为了对设备的绝缘能力进行考核，需采用试验的方法研为了对设备的绝缘能力进行考核，需采用试验的方法研究其击穿机理、影响因素

21、以及检测电气设备耐受水平。设备究其击穿机理、影响因素以及检测电气设备耐受水平。设备生产厂家和电力运行部门都需按其相应规定的绝缘水平对每生产厂家和电力运行部门都需按其相应规定的绝缘水平对每台电气设备进行试验，所以要对高压试验技术进行研究。台电气设备进行试验，所以要对高压试验技术进行研究。研究的问题：研究的问题：研究如何产生电网中可能出现的各种形式的高电压研究如何产生电网中可能出现的各种形式的高电压（直流、交流、冲击）及其测量方法；如何在不对绝缘造成（直流、交流、冲击）及其测量方法；如何在不对绝缘造成损坏的情况下对绝缘的电气性能（极化、电导、损耗等）进损坏的情况下对绝缘的电气性能（极化、电导、损耗

22、等）进行测量并对其绝缘状况进行判断。行测量并对其绝缘状况进行判断。35 2.3 高电压试验与测量技术的研究高电压试验与测量技术的研究 试验问题试验问题各种经济、灵活的高电压发生装置；各种经济、灵活的高电压发生装置；电气设备各种绝缘试验项目的设计；电气设备各种绝缘试验项目的设计；预防性试验；预防性试验；在线监测、故障诊断；在线监测、故障诊断；状态维修；状态维修；高电压的测量；高电压的测量；高强量、微弱量、快速量。高强量、微弱量、快速量。电磁环境问题电磁环境问题电磁兼容电磁兼容更多的电子及微电子设备对强电系统进行保护和监更多的电子及微电子设备对强电系统进行保护和监控，其对暂态干扰具有明显的敏感性和

23、脆弱性；控，其对暂态干扰具有明显的敏感性和脆弱性；强电系统电压高、容量大，对弱电系统产生更加强烈的强电系统电压高、容量大，对弱电系统产生更加强烈的电磁干扰；电磁干扰；开展关于如何限制弱电系统内的暂态干扰电压的试验及开展关于如何限制弱电系统内的暂态干扰电压的试验及研究工作。研究工作。生态效应生态效应高电压技术在其它领域中的应用高电压技术在其它领域中的应用 材料表面处理材料表面处理 刻蚀、薄膜沉积刻蚀、薄膜沉积 医疗器具消毒医疗器具消毒 臭氧生成、化学合成臭氧生成、化学合成 废气处理废气处理 果蔬汁灭菌保鲜果蔬汁灭菌保鲜大功率气体激光器大功率气体激光器等离子体减阻等离子体减阻新型光源新型光源等离子

24、体隐形等离子体隐形定向能武器定向能武器(电磁炮电磁炮/干干扰弹等扰弹等)老化（在高电压与长期工作运老化（在高电压与长期工作运行的环境中绝缘性能下降）行的环境中绝缘性能下降）面临的危害面临的危害高电压技术的主要内容高电压技术的主要内容解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾。解决电力系统中过电压与绝缘这一对矛盾。研究的出发点：研究的出发点：如何将电力系统绝缘确定如何将电力系统绝缘确定在既在既 经济又可靠的水平。经济又可靠的水平。过电压（受到雷电过电压、内过电压（受到雷电过电压、内部过电压和谐振过电压的作用）部过电压和谐振过电压的作用）电力系统绝缘所电力系统绝缘所高电压技术的主要内容高电压技术的主要内

25、容 如何将电力系统绝缘所受各种过电压限制在如何将电力系统绝缘所受各种过电压限制在最低水平，并掌握各种绝缘（气体、液体、最低水平，并掌握各种绝缘（气体、液体、固体）及其绝缘结构在各种电压作用下的所固体）及其绝缘结构在各种电压作用下的所有特性，确保电力设备安全可靠地运行是高有特性，确保电力设备安全可靠地运行是高电压技术的研究课题。电压技术的研究课题。1 1、绝缘体、电介质的电气特性和相关物理量、绝缘体、电介质的电气特性和相关物理量导电性导电性 电导电导G G绝缘强度绝缘强度 绝缘击穿场强绝缘击穿场强E E击击介质极化介质极化 相对介电常数相对介电常数r r介质损耗介质损耗 介质损耗角正切介质损耗角

26、正切tgtg电气绝缘（气体、液体、固体及组合绝缘）电气绝缘（气体、液体、固体及组合绝缘）在运行状态所受各种因素（温度、频率、场在运行状态所受各种因素（温度、频率、场强）的影响其特性的变化，长期老化的机理强）的影响其特性的变化，长期老化的机理等。等。电气绝缘及其结构（包括均匀与极不均匀场）电气绝缘及其结构（包括均匀与极不均匀场）在各种外施电场（直流、交流、雷电与操作在各种外施电场（直流、交流、雷电与操作过电压等）中的放电机理和击穿特性。过电压等）中的放电机理和击穿特性。2 2、雷电过电压和内部过电压的成因、限制措、雷电过电压和内部过电压的成因、限制措施及防护，研究如何将过电压限制在最低施及防护，

27、研究如何将过电压限制在最低水平水平3 3、绝缘水平与绝缘配合的制定、绝缘水平与绝缘配合的制定4 4、电气设备绝缘预防性试验、电气设备绝缘预防性试验5 5、电气设备在线检测和监测与故障诊断技术、电气设备在线检测和监测与故障诊断技术6 6、电气设备状态维修技术、电气设备状态维修技术443、研究意义：、研究意义：另外，高电压技术也广泛应用于原子物理、大功率激另外，高电压技术也广泛应用于原子物理、大功率激光技术、高压静电场等研究领域内，我国目前已拥有北京、光技术、高压静电场等研究领域内，我国目前已拥有北京、西安、武汉等高电压试验研究中心。西安、武汉等高电压试验研究中心。绝缘问题的影响绝缘问题的影响 电

28、气设备、输电线路工作电压的提高电气设备、输电线路工作电压的提高电力系统的经济性电力系统的经济性电力系统的安全、可靠电力系统的安全、可靠研究意义：研究意义：将电能大容量、远距离、低损耗地输送到用将电能大容量、远距离、低损耗地输送到用户，提高电力系统运行的经济效益，限制过电压，提高户，提高电力系统运行的经济效益，限制过电压，提高电气设备的耐压水平，保持电网运行的安全、可靠性。电气设备的耐压水平，保持电网运行的安全、可靠性。在目前电力工程类专业的教学计划中，在目前电力工程类专业的教学计划中，高电压技术高电压技术是唯一研讨电力系统过电是唯一研讨电力系统过电压和绝缘问题的一门课程，实属强电方面压和绝缘问

29、题的一门课程，实属强电方面各个专业学生知识结构中不可或缺的组成各个专业学生知识结构中不可或缺的组成部分。部分。以实验为基础，具有理论性强、实践性强、以实验为基础，具有理论性强、实践性强、跨学科多的特点。跨学科多的特点。高电压技术高电压技术特点特点电气-电子工程学现状和高电压与绝缘技术所处位置参参 考考 教教 材材l高电压技术高电压技术，马永翔编著，北京大学出版社，马永翔编著，北京大学出版社，2009年。年。l高电压技术高电压技术，赵玉林编著，中国电力出版，赵玉林编著，中国电力出版社，社，2008年。年。l高电压技术高电压技术，周泽存编著，中国电力出版，周泽存编著，中国电力出版社，社，2007年。年。