高電壓技術(shù)第1章 緒論課件

1、高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)華南理工大學(xué)電力學(xué)院姓姓 名名： 韓永霞聯(lián)系方式聯(lián)系方式：教教 材材：施圍, 邱毓昌, 張喬根. 高電壓工程基礎(chǔ) 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法：課堂教學(xué)、補(bǔ)充最新科研成果。考核方式考核方式：閉卷要要 求求：聽課嚴(yán)肅認(rèn)真，不遲到，不早退； 高電壓工程基礎(chǔ)第第1 1章章 緒論緒論 1.1 高壓輸電的必要性 1.2 我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展 1.3 電力工業(yè)對(duì)高電壓技術(shù)的促進(jìn)作用 1.4 新材料和新技術(shù)在高電壓技術(shù)中的應(yīng)用 1.5 高電壓技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)1.1 高壓輸電的必要性高壓輸電的必要性遠(yuǎn)距離、大容量遠(yuǎn)距離、大容量高壓輸電高壓輸電 線損與發(fā)熱 不同截面

2、的電纜和架空線都有其最大允許的載流量，電流過(guò)大會(huì)使線路能量損耗太大導(dǎo)致導(dǎo)線溫度過(guò)高而引發(fā)事故，所以要增大輸電容量必須提高輸電電壓。 線路電壓降 為保持用戶的電壓在合理的運(yùn)行范圍之內(nèi)，對(duì)線路電壓降必須有所限制。因此從這一點(diǎn)出發(fā)，也只有提高輸電電壓才能增大傳輸容量。 高電壓工程基礎(chǔ) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性 1cossinIXU12sinU UPX212cossinPX U IU U 2sinUPX2maxUPX 要增大輸送功率或增大傳輸距離，都必須提高輸電電壓。對(duì)于遠(yuǎn)距離輸電線路而言，上述三種制約因素中，最重要的約束條件是保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定。 高電壓工程基礎(chǔ)交流輸電電壓等級(jí)的發(fā)展 輸電技術(shù)的百年發(fā)展史，實(shí)

3、際上就是依靠不斷提高電壓等級(jí)來(lái)增大輸送容量和輸電距離。 加拿大，1965年，735kV，765kV前蘇聯(lián)，1967年，750kV，787kV美國(guó)，1969年，765kV，800kV （巴西、南非、委內(nèi)瑞拉、韓國(guó)）中國(guó)，2005年，750kV，800kV高電壓工程基礎(chǔ)1.2 我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展 裝機(jī)容量裝機(jī)容量 是1949年的238倍，位居世界第二位。 2009年超過(guò)8.74億kW=874GW。盡管我國(guó)電力工業(yè)發(fā)展迅速，但人均裝機(jī)容量?jī)H為0.34 kW，只有美國(guó)人均裝機(jī)容量的1/10左右。 我國(guó)電廠建設(shè)今后仍將高速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量將達(dá)900 GW950GW

4、，但即使到那時(shí)我國(guó)的人均發(fā)電裝機(jī)容量仍低于世界平均水平。高電壓工程基礎(chǔ) 高壓輸電技術(shù)高壓輸電技術(shù) 我國(guó)交流輸電技術(shù)的發(fā)展電壓等級(jí) 220 330 500 750 1000出現(xiàn)年份 1943 1974 1981 2005 2009世界交流輸電技術(shù)的發(fā)展電壓等級(jí) 220 380 500 750 1150出現(xiàn)年份 1926 1952 1959 1965 1985電壓等級(jí)電壓等級(jí)高壓高壓HV超高壓超高壓EHV特高壓特高壓UHV我國(guó)交流輸電線路的一般輸送容量及輸電距離 標(biāo)稱電壓/kV110220330500750最高運(yùn)行電壓/kV126252363550800輸送容量/MW105010050020010

5、00500150010002000輸電距離/km1505030010060020010002501500500 三峽水電站 巴西伊泰普水電站裝機(jī)容量 18.2 GW 12.6 GW輸電電壓 500kV；500kV 760kV；600kV滯后！滯后！20世紀(jì)80年代，前蘇聯(lián)， 1150kV， 多年運(yùn)行， 解體后輸送容量減少，降壓運(yùn)行500kV20世紀(jì)90年代，日本，3條較短1000kV， 因核電機(jī)組推遲投產(chǎn)，降壓運(yùn)行500kV，2015升壓20世紀(jì)70年代，美國(guó)，2條1500kV、1200kV試驗(yàn)線段， 國(guó)情暫無(wú)發(fā)展必要研究終止。高電壓工程基礎(chǔ)工程名稱工程名稱 換流站地址換流站地址 額定電壓（額

6、定電壓（kV） 額定功率（額定功率（MW） 輸電距離（輸電距離（km） 單極投運(yùn)時(shí)間單極投運(yùn)時(shí)間雙極建成時(shí)間雙極建成時(shí)間 舟山舟山舟山舟山-鎮(zhèn)海鎮(zhèn)海1005054（電纜（電纜12）1987葛南葛南葛洲壩葛洲壩-南橋南橋5001200105219891990天廣天廣 天生橋天生橋-廣州廣州50018009602000.122001.6龍政龍政（三滬三滬I回）回）三峽龍泉三峽龍泉-常州政平常州政平50030009402003.12003.6三廣三廣 三峽三峽-廣東惠州廣東惠州50030009462004.5貴廣貴廣I回回 貴州安順貴州安順-廣東肇慶廣東肇慶50030008992004.62004.

7、9靈寶背靠背靈寶背靠背河南靈寶河南靈寶12036002005蔡白蔡白（三滬三滬II回）回）三峽蔡家沖三峽蔡家沖-上海上海白鶴白鶴500300011002007貴廣貴廣II回回 興仁興仁-深圳深圳500300011502007.12云廣云廣 楚雄楚雄-增城增城 800kV 5000141820092009.12.24向上向家壩上海向家壩上海 800kV 640019052010工程名稱工程名稱國(guó)家國(guó)家額定電壓（額定電壓（kV）額定功率（額定功率（MW）輸電距離（輸電距離（km）投運(yùn)時(shí)間投運(yùn)時(shí)間卡布拉-巴薩莫桑比克-南非533192013601978因加-沙巴扎伊爾500112017001981納

8、爾遜河II期加拿大50020009401985I.P.P.美國(guó)50019207841986伊泰普I期巴西60031507961986伊泰普II期巴西60031507961987太平洋聯(lián)絡(luò)線美國(guó)500310013611989魁北克多端加拿大-美國(guó)500225015001986/90/92亨德-德里印度50015008141992東南連線印度500200014202002國(guó)外500及以上直流輸電工程中國(guó)直流輸電工程南方電網(wǎng)“八交五直”高電壓工程基礎(chǔ)高電壓工程基礎(chǔ)2009年我國(guó)各類發(fā)電廠的裝機(jī)容量年我國(guó)各類發(fā)電廠的裝機(jī)容量高電壓工程基礎(chǔ) 能源結(jié)構(gòu)和能源分布能源結(jié)構(gòu)和能源分布 (1)煤電（華北、西北）

9、、水電（西南）， 進(jìn)一步發(fā)展大容量遠(yuǎn)距離輸電;(2)采取有效措施，減少火力發(fā)電廠的CO2的排放。 電廠類型火電水電核電風(fēng)電及其他總計(jì)裝機(jī)容量/kW6.51億1.96億907.82萬(wàn)1765.25萬(wàn)8.74億占總裝機(jī)量的74.522.512100高電壓工程基礎(chǔ)1.3 電力工業(yè)對(duì)高電壓技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用電力工業(yè)對(duì)高電壓技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用 新的更高電壓等級(jí)的應(yīng)用新的更高電壓等級(jí)的應(yīng)用（1）線路電暈配電網(wǎng)使用的中壓等級(jí)：配電網(wǎng)使用的中壓等級(jí)：電暈不需要專門研究解決。高壓輸電線路：高壓輸電線路：這是一個(gè)需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。能量損耗電磁干擾噪聲問(wèn)題。（2）電力系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)配電線路：配電線路：雷電過(guò)電

10、壓常是決定線路絕緣水平的主要因素超高壓和特高壓輸電線路：超高壓和特高壓輸電線路：操作過(guò)電壓和工頻過(guò)電壓 高電壓工程基礎(chǔ) 緊湊型輸電技術(shù)緊湊型輸電技術(shù) 緊湊型輸電線路的特點(diǎn)特點(diǎn)是取消常規(guī)線路桿塔的相間接地構(gòu)架而將三相線路置于同一塔窗中，使導(dǎo)線相間距離顯著減小。 因此，與常規(guī)線路相比，緊湊型輸電線路的電感減小，電容增大，即線路的波阻抗減小，從而增大了輸電線路的自然功率，也就是說(shuō)可以有效地提高線路的輸送能力。緊湊型輸電的另一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是線路走廊減小，24.6m-6.7m，因而占地減少。高電壓工程基礎(chǔ) 靈活交流輸電技術(shù)靈活交流輸電技術(shù) 靈活交流輸電系統(tǒng)（Flexible AC Transmission

11、 System 簡(jiǎn)寫為FACTS）是指裝有電力電子型或其它靜止型控制器，以加強(qiáng)系統(tǒng)可控性和增大傳輸能力的交流輸電系統(tǒng)。 靜止無(wú)功補(bǔ)償器（靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）中既裝有用來(lái)提高功率因數(shù)的并聯(lián)電容器以保證重載時(shí)用戶端的電壓不致太低，又裝有并聯(lián)電抗器以降低線路輕載或空載時(shí)長(zhǎng)線末端出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓。 SVC的電抗可從電容性到電感性按需要調(diào)節(jié)，從而使SVC安裝點(diǎn)的電壓保持在一定的范圍內(nèi)。 串聯(lián)補(bǔ)償裝置：串聯(lián)電容器高電壓工程基礎(chǔ) 高壓直流與輕型高壓直流輸電高壓直流與輕型高壓直流輸電 高壓直流（HVDC）在遠(yuǎn)距離輸電工程中有很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗幌窠涣鬏旊娪邢到y(tǒng)穩(wěn)定的問(wèn)題。高壓直流除了在遠(yuǎn)距離輸電方面的優(yōu)勢(shì)

12、外，還有其他的特殊用途，如用作兩個(gè)交流電力系統(tǒng)的互聯(lián)和實(shí)現(xiàn)海底電纜輸電等。 換流站采用大功率、絕緣柵雙極型晶體管的電壓控制型換流閥時(shí)，不需要換流變壓器，可用于距離較短、容量不大的輕型高壓直流輸電（HVDC Light） 。 直流輸電系統(tǒng)中的絕緣技術(shù)和過(guò)電壓防護(hù)技術(shù)不同于交流輸電系統(tǒng)，所以高壓直流輸電的發(fā)展對(duì)高電壓技術(shù)的進(jìn)步是有促進(jìn)作用的。 當(dāng)輸電距離超過(guò)等價(jià)距離時(shí)直流輸電更經(jīng)濟(jì) 高電壓工程基礎(chǔ)1.4 新材料和新技術(shù)在高電壓技術(shù)中的應(yīng)用新材料和新技術(shù)在高電壓技術(shù)中的應(yīng)用 新材料的應(yīng)用新材料的應(yīng)用閥式避雷器（碳化硅） 金屬氧化物避雷器（氧化鋅）粘性浸漬的油紙電纜、充油電纜交聯(lián)聚乙烯電纜電纜繞組發(fā)電

13、機(jī)和變壓器 新技術(shù)的應(yīng)用新技術(shù)的應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)、光電技術(shù)、絕緣檢測(cè)技術(shù)等常規(guī)電纜 常溫介質(zhì)超導(dǎo)電纜 低溫介質(zhì)超導(dǎo)電纜傳輸容量/MVA 220 500 1000 線路損耗% 100 100 67 環(huán)境保護(hù)的要求環(huán)境保護(hù)的要求聚氯聯(lián)苯PCB、SF6高電壓工程基礎(chǔ)1.5 高電壓技術(shù)中在其他領(lǐng)域的應(yīng)用高電壓技術(shù)中在其他領(lǐng)域的應(yīng)用 脈沖功率技術(shù)脈沖功率技術(shù) 脈沖功率裝置中有很多高電壓技術(shù)問(wèn)題，例如Marx發(fā)發(fā)生器、氣體放電開關(guān)生器、氣體放電開關(guān)。此外，高電壓與強(qiáng)電流脈沖的測(cè)量高電壓與強(qiáng)電流脈沖的測(cè)量也是傳統(tǒng)高電壓技術(shù)中的基本內(nèi)容。 電磁兼容電磁兼容（EMC） EMC已形成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)領(lǐng)域。由于高電壓

14、工作者熟悉消除電磁干擾的基本措施：屏蔽、接地、濾波，所以不少大學(xué)的高電壓技術(shù)專業(yè)已將EMC作為研究方向之一。 高電壓工程基礎(chǔ) 靜電技術(shù)靜電技術(shù) 靜電除塵、靜電噴涂和靜電植絨等。 放電的應(yīng)用放電的應(yīng)用 現(xiàn)代電光源，又如介質(zhì)阻擋放電已廣泛應(yīng)用于臭氧的合成、材料的表面改性和殺滅細(xì)菌，脈沖電暈放電用于煙氣的脫硫、脫硝也正在研究中。液體介質(zhì)中沖擊大電流放電產(chǎn)生的液電效應(yīng)可用于油井解堵和巖石粉碎。 脈沖電場(chǎng)的應(yīng)用脈沖電場(chǎng)的應(yīng)用 可逆性電擊穿用于克隆技術(shù)，不可逆性電擊穿用于食品工業(yè)中的滅菌。 （a）UFD （b）APGD圖8 大氣壓3mm空氣間隙在2162.5kV、12kHz電壓作用下的不同放電狀態(tài) 實(shí)現(xiàn)了大氣壓空氣1-3mm間隙輝光放電a,APGD b,UFD AT50表面親水性APGD低溫