高電壓緒論資料

高電壓緒論資料第1頁/共56頁教材及相關(guān)參考書籍本課程主要內(nèi)容1、電介質(zhì)的電氣強(qiáng)度2、電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)3、電力系統(tǒng)過電壓與絕緣配合本課程參考書目所用教材《高電壓工程》林福昌中國(guó)電力出版社2006難度適中，內(nèi)容比較適合非高壓專業(yè)第2頁/共56頁《高電壓技術(shù)》課程說明一、學(xué)時(shí)與學(xué)分：40+8/3二、先修課程：

《電路理論》、《模擬電子電路》、《電機(jī)學(xué)》、《電磁場(chǎng)》、《電氣設(shè)備》、《電氣工程基礎(chǔ)》、《電力系統(tǒng)分析》三、課程性質(zhì)：必修四、課程教學(xué)目標(biāo)及要求

《高電壓技術(shù)》是電氣類專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程。本課程的任務(wù)是使學(xué)生了解和掌握電氣設(shè)備在高電壓作用下絕緣電氣性能的基本知識(shí)和高電壓試驗(yàn)的基本技術(shù)；了解和掌握過電壓的基本理論和過電壓的保護(hù)方法，為今后從事高電壓工程領(lǐng)域的研究和技術(shù)工作打下必要的專業(yè)基礎(chǔ)。五、課程考試 考核方式：筆試（閉卷） 評(píng)分方式：平時(shí)成績(jī)占30%，考試占70%第3頁/共56頁相關(guān)參考書目《高電壓技術(shù)》（第三版）周澤存中國(guó)電力出版社2007【比較綜合】理論有點(diǎn)深《高電壓技術(shù)》文遠(yuǎn)芳華中科技大學(xué)出版社2001偏重于工程應(yīng)用第4頁/共56頁第1講緒論一、高壓輸電的發(fā)展歷史二、發(fā)展高壓輸電的必要性三、高電壓技術(shù)的主要研究?jī)?nèi)容四、高電壓技術(shù)的應(yīng)用五、高電壓技術(shù)面臨的主要問題第5頁/共56頁1.電網(wǎng)發(fā)展歷史＊

100多年來，輸電電壓由最初的13.8kV逐步發(fā)展到20kV，35kV，66kV，110kV，134kV，220kV，330kV，345kV，400kV，500kV，735kV，750kV，765kV，1000kV。輸電電壓一般分高壓、超高壓和特高壓。高壓（HV）：35?220kV；超高壓（EHV）：330?750kV；特高壓（UHV）：1000kV及以上。高壓直流（HVDC）±600kV及以下；特高壓直流（UHVDC）：±600kV以上，包括±750kV和和±800kV一、高壓輸電的發(fā)展第6頁/共56頁輸電線路發(fā)展歷史1908年，美國(guó)建成了世界第一條110kV輸電線路；1923年（經(jīng)過15年），第一條230kV線路投入運(yùn)行；1954年（經(jīng)歷31年），第一條345kV線路投入運(yùn)行；1969年（經(jīng)過15年），第一條765kV線路投入運(yùn)行;1985年，前蘇聯(lián)建成世界第一條1150kV特高壓線路。第7頁/共56頁2.中國(guó)電網(wǎng)發(fā)展歷史中國(guó)，1949年前，電力工業(yè)發(fā)展緩慢，輸電電壓按具體工程決定，電壓等級(jí)繁多：

1908年建成22kV石龍壩水電站至昆明線路，

1921年建成33kV石景山電廠至北京城的線路。

1933年建成撫順電廠的44kV出線。

1934年建成66kV延邊至老頭溝線路。

1935年建成撫順電廠至鞍山的154kV線路。

1943年建成110kV鏡泊湖水電廠至吉林延邊線路。第8頁/共56頁

中國(guó)，1949年新中國(guó)成立后，按電網(wǎng)發(fā)展統(tǒng)一電壓等級(jí)，逐漸形成經(jīng)濟(jì)合理的電壓等級(jí)系列：1952年，建設(shè)110kV輸電線路，逐漸形成京津唐110kV輸電網(wǎng)。1954年，建成220kV輸電線路，隨后繼續(xù)建設(shè)220kV線路，迅速形成東北電網(wǎng)220kV骨干網(wǎng)架。1972年,建成劉家峽至關(guān)中330kV輸電線路，隨后逐漸形成西北電網(wǎng)330kV骨干網(wǎng)架。1981年,建成河南平頂山姚孟至湖北武昌500kV輸電線路。為適應(yīng)葛洲壩輸變電的需要，1983年又建成葛洲壩至武昌和葛洲壩至雙河兩回500kV線路，開始形成華中電網(wǎng)500kV骨干網(wǎng)架。1989年建成±500kV葛洲壩-上海高壓直流輸電線，實(shí)現(xiàn)了華中-華東兩大區(qū)的直流聯(lián)網(wǎng)。2.(續(xù)）第9頁/共56頁中國(guó)，在逐漸形成330kV和500kV區(qū)域輸電骨干網(wǎng)架的同時(shí)，于20世紀(jì)80年代初開始了330kV和500kV以上更高電壓等級(jí)的論證。1984年，國(guó)家明確提出500kV以上的輸電電壓為1000kV特高壓、330kV以上的輸電電壓為750kV。2005年9月，中國(guó)在西北地區(qū)建成了一條750kV輸電線路，輸、變電設(shè)備，除GIS外，全部為國(guó)產(chǎn)。1000kV晉東南－南陽－荊門特高壓交流試驗(yàn)示范工程輸電線路工程，系統(tǒng)額定電壓1000kV，最高運(yùn)行電壓1100kV，自然輸送功率5000MVA。工程自2007年5月開工，2008年12月竣工。于2011年12月榮獲國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程（金獎(jiǎng)）。

2.(續(xù)）第10頁/共56頁3.高壓輸電的發(fā)展電網(wǎng)發(fā)展的歷史表明：相鄰兩個(gè)電壓等級(jí)的級(jí)差，在1倍以上是經(jīng)濟(jì)合理的。新的更高電壓等級(jí)的出現(xiàn)時(shí)間一般為15—20年。前蘇聯(lián)1150kV輸電線路的運(yùn)行表明：經(jīng)過20年的研究和開發(fā)，到20世紀(jì)80年代中期，特高壓輸電技術(shù)和設(shè)備已達(dá)到用于實(shí)際輸電工程的要求。第11頁/共56頁第12頁/共56頁第13頁/共56頁二、發(fā)展特高壓的必要性1.我國(guó)特高壓定義交流輸電 *高壓：35kV～220kV*超高壓：330kV及以上、1000kV以下*特高壓：1000kV及以上直流輸電 超高壓直流：±600kV級(jí)(含620kV）及以下 特高壓直流：±750kV及以上2.我國(guó)不同電壓等級(jí)電網(wǎng)的分類高壓電網(wǎng)：110kV和220kV電網(wǎng)。超高壓電網(wǎng)：由交流330kV、500kV、750kV和直流±500kV構(gòu)成的電網(wǎng)。特高壓電網(wǎng)：由交流1000kV和直流±800kV構(gòu)成的電網(wǎng)。第14頁/共56頁3、提高電壓等級(jí)的主要原因15（1）對(duì)電力需求的激增不同的輸電電壓等級(jí)組成的輸電網(wǎng)有不同的輸電能力。在規(guī)劃未來的電網(wǎng)電壓等級(jí)時(shí)，通常用自然功率來粗略地比較其的輸電能力。（2）電力的遠(yuǎn)距離輸送電力資源和用電負(fù)荷分布不平衡，發(fā)展全國(guó)聯(lián)網(wǎng)是解決我國(guó)能源分布與電力消費(fèi)矛盾的重要措施。我國(guó)需要發(fā)展大容量遠(yuǎn)距離輸送構(gòu)建電網(wǎng)基本框架第15頁/共56頁3.特高壓輸電的優(yōu)點(diǎn)3.1提高輸送容量交流線路的自然功率是該線路可輸送的最大容量，是表征其送電能力的一項(xiàng)指標(biāo)，其計(jì)算公式如下：

一回1000kV特高壓輸電線路的自然功率接近500萬kVA，約為500kV輸電線路的五倍左右?！?00kV直流特高壓輸電能力可達(dá)到640萬kVA，是±500kV高壓直流的2.1倍，是±620kV高壓直流的1.7倍。第16頁/共56頁自然功率自然功率就是輸電線路受端每相接入一個(gè)波阻抗的負(fù)荷Zc時(shí)線路輸送的功率，它主要用來分析輸電線路的輸電能力、電壓和無功調(diào)節(jié)等問題。當(dāng)線路輸送自然功率時(shí)，由于線路對(duì)地電容產(chǎn)生的無功與線路電抗消耗的無功相等，因此送端和受端的功率因數(shù)一致；當(dāng)輸送功率低于自然功率時(shí)，由于充電功率大于線路消耗無功，必然導(dǎo)致線路電壓升高；相反，當(dāng)線路輸送功率大于自然功率，由于無功不足，需要額外的無功補(bǔ)償，在沒有無功補(bǔ)償?shù)那闆r下，線路電壓就會(huì)下降。所以，線路在輸送自然功率的時(shí)候，經(jīng)濟(jì)性最好、最合理。第17頁/共56頁3.2縮短電氣距離，提高穩(wěn)定極限

交流線路的輸送功率可按下式計(jì)算：1000kV線路的電氣距離相當(dāng)于同長(zhǎng)度500kV線路的1/4～1/5。(換句話說，在輸送相同功率的情況下，1000kV特高壓輸電線路的最遠(yuǎn)送電距離約為500kV線路的4倍。)采用±800kV直流輸電技術(shù)使超遠(yuǎn)距離的送電成為可能，經(jīng)濟(jì)輸電距離可以達(dá)到2500km及以上。第18頁/共56頁3.3降低線路損耗

輸電線路損耗可按下式估算：

可見，在導(dǎo)線總截面、輸送容量均相同，即R、S值相等的情況下，1000kV交流線路的電阻損耗是500kV交流線路1/4。±800kV直流線路的電阻損耗是±500kV直流線路的39％，是±620kV直流線路的60％。

第19頁/共56頁3.4減少工程投資1000kV交流輸電方案的單位輸送容量綜合造價(jià)約為500kV輸電方案的3/4?！?00kV直流輸電方案的單位輸送容量綜合造價(jià)也約為±500kV直流輸電方案的3/4。

第20頁/共56頁3.5提高單位走廊輸電能力，節(jié)省走廊面積交流特高壓：同塔雙回和貓頭塔單回線路的走廊寬度分別為75米和81米，單位走廊輸送能力分別為13.3萬千瓦/米和6.2萬千瓦/米，約為同類型500kV線路的3倍。直流特高壓：±800kV、640萬千瓦直流輸電方案的線路走廊約76米，單位走廊寬度輸送容量為8.4萬千瓦/米，是±500kV、300萬千瓦方案的1.29倍，±620kV、380萬千瓦方案的1.37倍。

第21頁/共56頁3.6改善電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，降低短路電流

通過特高壓實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離送電，可以減少在負(fù)荷中心地區(qū)裝設(shè)機(jī)組的需求，從而降低短路電流幅值。例如：長(zhǎng)距離輸入1000萬千瓦電力，相當(dāng)于減少本地裝機(jī)17臺(tái)60萬千瓦機(jī)組。每臺(tái)60萬千瓦機(jī)組對(duì)其附近區(qū)域500千伏系統(tǒng)的短路電流約增加1.8kA，如果這些機(jī)組均裝設(shè)在負(fù)荷中心地區(qū)，對(duì)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的短路電流水平有較大的影響。

通過特高壓電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)布局，可以優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從根本上解決短路電流超標(biāo)問題。17×1.8kA=30.6kA（短路電流）第22頁/共56頁3.7加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)能力通過交流特高壓同步聯(lián)網(wǎng)，可以大幅度縮短電網(wǎng)間的電氣距離，提高穩(wěn)定水平，發(fā)揮大同步電網(wǎng)的各項(xiàng)綜合效益。通過直流特高壓異步聯(lián)網(wǎng)，滿足長(zhǎng)距離、大容量送電的要求，沿線不需要提供電源支撐。

通過特高壓聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)功率交換能力，可以在更大范圍內(nèi)優(yōu)化能源資源配置方式。第23頁/共56頁國(guó)家電網(wǎng)公司第24頁/共56頁25東北電網(wǎng)華北電網(wǎng)西北電網(wǎng)川渝電網(wǎng)華中電網(wǎng)華東電網(wǎng)南方電網(wǎng)500kV220kV330kV熱電廠水電站核電站第25頁/共56頁三、高電壓技術(shù)的主要研究的問題

電力工業(yè)與高電壓技術(shù)密切相關(guān)

第26頁/共56頁作為電力系統(tǒng)中應(yīng)用的高電壓工程主要包括兩大方面：高電壓絕緣與測(cè)試技術(shù)電力系統(tǒng)過電壓前者涉及到電絕緣材料、絕緣結(jié)構(gòu)、絕緣放電理論與試驗(yàn)數(shù)據(jù)，高電壓試驗(yàn)方法等。后者與高電壓設(shè)備及輸電運(yùn)行的安全穩(wěn)定密切相關(guān)第27頁/共56頁1.絕緣問題絕緣材料研究各種絕緣材料在高電壓下的各種性能、現(xiàn)象以及相應(yīng)的過程、理論

絕緣結(jié)構(gòu)（電場(chǎng)結(jié)構(gòu)）同一種材料在不同的絕緣結(jié)構(gòu)下的外在表現(xiàn)

電壓形式同樣的材料、結(jié)構(gòu)，在不同電壓下，絕緣性能不相同第28頁/共56頁2.試驗(yàn)問題

各種經(jīng)濟(jì)、靈活的高電壓發(fā)生裝置

電氣設(shè)備各種絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

預(yù)防性試驗(yàn)在線監(jiān)測(cè)、故障診斷狀態(tài)維修 高電壓的測(cè)量高強(qiáng)量、微弱量、快速量

第29頁/共56頁3.過電壓防護(hù)問題

外過電壓（雷電過電壓）內(nèi)過電壓老化、污穢（在運(yùn)行電壓及過電壓下）保護(hù)裝置 分析各類過電壓的特點(diǎn)及形成條件，研究各種保護(hù)裝置及其保護(hù)特性

工頻過電壓諧振過電壓操作過電壓第30頁/共56頁4.絕緣配合

中心問題：解決電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一對(duì)矛盾，將電力系統(tǒng)絕緣確定在既經(jīng)濟(jì)又可靠的水平第31頁/共56頁5.電磁環(huán)境問題

電磁兼容

更多的電子及微電子設(shè)備對(duì)強(qiáng)電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，其對(duì)暫態(tài)干擾具有明顯的敏感性和脆弱性強(qiáng)電系統(tǒng)電壓高、容量大，對(duì)弱電系統(tǒng)產(chǎn)生更加強(qiáng)烈的電磁干擾開展關(guān)于如何限制弱電系統(tǒng)內(nèi)的暫態(tài)干擾電壓的試驗(yàn)及研究工作

生態(tài)效應(yīng)

第32頁/共56頁1與應(yīng)用物理的聯(lián)系緊密2實(shí)驗(yàn)/經(jīng)驗(yàn)性3理論探索性4瞬變性5與其他學(xué)科的交叉與滲透性理工結(jié)合的學(xué)科內(nèi)涵第33頁/共56頁五、高電壓技術(shù)在其它領(lǐng)域中的應(yīng)用第34頁/共56頁1.高壓靜電除塵

已有十分廣泛成熟的應(yīng)用?；陟o電吸引的作用收集灰塵

2.電火花加工

利用火花放電時(shí)的放電能量處理加工材料加工工業(yè)領(lǐng)域

第35頁/共56頁3.體外碎石技術(shù)

腎結(jié)石、膽結(jié)石的體外粉碎是利用高壓脈沖產(chǎn)生一定向沖擊波，經(jīng)聚焦后作用于患處將結(jié)石擊碎(上海交大率先開發(fā)成功，由此成果當(dāng)事人成為中國(guó)工程院院士)4.除菌及清鮮空氣

利用空氣中電暈放電，控制產(chǎn)生一定濃度臭氧(強(qiáng)氧化劑)，達(dá)到殺菌及清潔空氣的作用(目前空調(diào)中所謂的等離子體空氣清新技術(shù))醫(yī)學(xué)保健領(lǐng)域第36頁/共56頁5.污水處理

利用高頻脈沖高壓產(chǎn)生高濃度臭氧，與污水作用能夠分解污水中的有機(jī)物，去除臭氣，實(shí)現(xiàn)污水的處理6.煙氣處理

利用高功率脈沖形成高能活性離子，可以實(shí)現(xiàn)工廠煙氣的脫硫脫硝，凈化排污（國(guó)家863項(xiàng)目）環(huán)保領(lǐng)域第37頁/共56頁7.等離子體隱身

利用等離子體與電磁波的作用機(jī)制(能夠有效吸收大量的電磁波),產(chǎn)生覆蓋飛行器的等離子體層，能有效吸收雷達(dá)信號(hào)，達(dá)到隱身的目的國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究項(xiàng)目微波雷達(dá)相關(guān)第38頁/共56頁8.等離子體表面處理

高壓放電產(chǎn)生活性粒子作用于織物等，增強(qiáng)材料表面活性，不但易于染色和進(jìn)行表面涂覆等，且處理過程對(duì)環(huán)境不會(huì)有污染。是當(dāng)前印染行業(yè)十分看好的織物處理技術(shù)紡織、能源9.三次采油技術(shù)

將高功率脈沖電源引至油井下進(jìn)行瞬間放電，產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，此沖擊波將地下巖層震裂，使得原有的縫隙增大(解堵作用)，原油滲出更容易，能提高油井的產(chǎn)量第39頁/共56頁10.新概念武器電磁炮利用高壓脈沖電源瞬間擊穿產(chǎn)生高功率脈沖（強(qiáng)電流）產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)通過電磁力的作用將炮彈發(fā)出微波彈高壓快脈沖重復(fù)放電產(chǎn)生強(qiáng)電磁波，對(duì)敵方電子設(shè)備進(jìn)行干擾，能量足夠時(shí)可導(dǎo)致設(shè)備失效國(guó)防科工委重大研究項(xiàng)目（續(xù)）Biv第40頁/共56頁等離子體推進(jìn)

利用高壓放電產(chǎn)生等離子體，通過等離子體間的電磁相互作用(排斥力)推進(jìn)艦艇，具有無聲的優(yōu)點(diǎn)，可有效避免被敵人的聲納探測(cè)

（續(xù)）第41頁/共56頁激光的產(chǎn)生的必要條件激光器具有以下三個(gè)組成部分(1)激活介質(zhì)即被激勵(lì)后能發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的工作物質(zhì)，也叫激光工作物質(zhì)。如氖、氬、二氧化碳、紅寶石以及釹玻璃等。(2)激勵(lì)裝置即能使激活介質(zhì)發(fā)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布的能源，稱為激勵(lì)裝置，如各種激光器的電源。(3)光學(xué)諧振腔能使光線在其中反復(fù)振蕩和多次被放大的一種由硬質(zhì)玻璃制成的諧振腔。

激光產(chǎn)生的過程可概括歸納如下：激勵(lì)→激活介質(zhì)(工作物質(zhì))粒子數(shù)反轉(zhuǎn)→被激勵(lì)后的工作物質(zhì)中偶發(fā)的自發(fā)輻射→其他粒子的受激輻射→光放大→光振蕩與光放大→激光。第42頁/共56頁高電壓技術(shù)的應(yīng)用——神光Ⅲ與激光聚變技術(shù)（脈沖功率技術(shù)）E=mc2ΔE=Δmc2質(zhì)量虧損變成了能量著名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系式用于激光慣性約束核聚變?cè)囼?yàn)的大型激光器

第43頁/共56頁神光Ⅲ與激光聚變技術(shù)235U分裂碎片分裂碎片能量裂變中子中子中子聚變能量氦中子聚變能—最理想的未來能源第44頁/共56頁神光Ⅲ與激光聚變技術(shù)裂變物質(zhì)資源有限：鈾-235