高电压技术

超导限流器
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4.1 新材料新技术的应用
高温超导材料、新型磁性材料、新型合金及新型绝缘材料 将会在高电压电工设备上得到及时而迅速的推广应用。在新技 术方面，以信息科学为代表的高新技术将是高电压技术学科发 展的又一动力。新型传感技术、信息的采集和处理、网络技术、 自动化技术、纳米技术、现代通信技术、微电子技术等将在高 电压技术领域获得广泛应用，并在推动高电压学科进步上发挥 显著作用。
高电压技术
High voltage technology
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绪论
Exordium
一.教材及主要参考书 二.高电压技术的发展 三.高电压下典型现象与研究简述 四.高电压技术发展前景
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1.教材及主要参考书
The textbook and primary references
电介质极化-Dielectric polarization；电击穿-Electric breakdown. 气体放电-Gas discharge，沿面放电-Creeping discharge， 电击穿-Electric breakdown
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3.2 电气绝缘与试验
3.2.1 绝缘问题
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2.6 中国电力工业的现状与发展
2011年底我国发电设备装机容量已达10.56亿kW，居世 界 第 二 位 ， 发 电 量 为 46928 亿 kW·h ， 位 居 世 界 第 一 位 。 2013年底全国发电装机容量首次超越美国位居世界第一， 达到12.5亿kW。
自1980年起我国发电量的平均年增长率超过10%，远超 同期世界总发电量增长率。尽管如此，由于我国电能分布 极不均匀，某些地区的缺电情况仍然十分严重。
Key words： 电磁现象-Electromagnetic phenomenon. 高压-High voltage； 超高压-Extra-high voltage ；特高压-Ultra-high voltage ；
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电力工业
电力机车
现代社会中，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，电能占一半多。
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2 .高电压技术的发展
2.1 高电压技术的出现以及发展 通常所说的高电压，一般只是针对某些极端条件下的
电磁现象，并没有在电压数值上划分一个确定的界限。 自20世纪60年代以来，受到高压(HV)、超高压(EHV)
和特高压(UHV)输电技术发展的推动，高电压技术成为了 电工学科中十分重要的一支。
绝缘配合是高电压技术的核心问题，是指在综合考虑电 力系统中可能出现的各种作用电压、保护装置特性以及设备绝 缘特性的情况下，最终确定电气设备的绝缘水平。
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
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目前世界上最高的交、直流输电电压等级已经分别达 到1150kV和±800kV，我国已达到1000kV和±800kV。我 国已建成超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电、 高压直流输电和配电网构成的层次清晰的现代化大电网。 预计到2018年，我国将建成“三纵三横”特高压交流和11 回特高压直流输电工程，西电东送规模将达到2亿kW。
1987 1989 2004 2005 2008 2010 2010 2012
我国首个直流输电工程 我国首个实现远距离直流输电并的直流输电工程 实现华中与华南直流联网 全部采用国产设备并实现华中与西北直流联网 世界上容量最大的背靠背换流站直流联网 打通西北与华中(四川)电力大通道 我国首个自主研发、设计的特高压直流输电示范工程 代表当前直流输电技术的最高水平
在线试验通常指电气设备运行状态下的绝缘在线检测。 在线检测可以弥补离线试验的一些缺点，有效地防止电力 设备绝缘故障的发生，而且经济效益显著。
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3.3 过电压防护与绝缘配合
Over-Voltage Protection and Insulation Coordination
3.3.1 绝缘配合问题：
雷击过电压-Lightning overvoltage；操作过电压-Operating overvoltage
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4. 高电压技术的发展前景
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。
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高压电容器电池
1150kV输电线路，美、意、日、法、巴西等国家随后 也开始了这方面的研究。 ➢ 日本于20世纪90年代也建成了一条长300km的1000kV 特高压输电线路。
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2.4 直流输电的发展阶段:
1. 1954年以前——试验阶段 输电电压仅为几十千伏，输送容量小，输送距离短。换
流装置采用的都是低技术参数的汞弧阀(mercury arc valves)。 代表工程：1945年德国的爱尔巴—柏林工程 1950年前苏联拉希拉—莫斯科工程
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2.5 我国高电压技术的发展
The development of high voltage technology in China
我国高电压技术的发展和电力工业的发展是紧密联 系的。在1949年新中国成立之前，电力工业发展缓慢， 输电电压因具体工程不同而不同，没有标准，输电电压 等级繁多。直到新中国成立后，才逐渐形成了经济合理 的电压等级系列。
其中，前者是高电压技术中的核心研究内容。
The former is the key research contents.
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在高压输电行业中，习惯上将电压等级称：
交流：
➢低 压 ➢高 压 ➢ 超高压 ➢ 特高压
直流：
➢ 高压直流 ➢ 特高压直流
35kV以下 35kV-220kV 330kV-1000kV 1000kV以上
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我国代表性的高压直流输电工程
表0-1 代表性高压直流输电工程
工程名称
电压(kV) 投运年份
意义
舟山直流输电工程 葛洲坝——上海 三峡水电站——惠州 灵宝(背靠背工程) 高岭(背靠背工程) 宝鸡——德阳 向家坝——上海 锦屏——江苏苏南
±100 ±500 ±500 ±120 ±125 ±500 ±800 ±800
±600kV及以下 ±600kV以上
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2.3 交流输电的发展阶段：
➢ 1890 英 国 最 早 建 成 从 Deptford 到 伦 敦 长 达 45km 的 10kV输电线路。
➢ 1891 德国建成一条170km的15kV三相输电线路 ➢ 国际上于20世纪60年代就开始了对特高压输电的研究。 ➢ 在1985年前苏联首先建成了一条长达1228km的交流
Insulation problem
在高电压技术研究领域，不论要获得高电压，还是研 究高电压下系统特性或者在随机干扰下电压的变化规律， 都离不开绝缘的支撑。没有可靠的绝缘，高电压高场强甚 至无法实现;没有可靠的绝缘系统，整个电气系统在高压环 境下的安全运行就得不到保证。在一定的电压形式下，必 须选择合理的绝缘材料，设计合理的绝缘结构。
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3.3.2 过电压保护问题
Over-voltage protection
电力系统运行过程中，经常会出现各种冲击电压，如：自 然界的雷击、电力系统本身操作导致的操作过电压等。在这些 过电压的作用下，电气设备的绝缘很容易发生闪络而损坏，从 而造成停电事故。
随着输电电压等级越来越高，高压设备上的工作电压也越 来越高，因此设备造价也会水涨船高。在高压设备昂贵的造价 中，设备本身的绝缘占了相当一部分比例。对于电气设备采取 一定的过电压保护措施非常重要，这样才能更好地解决电气设 备的绝缘配合问题。
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2.2 高电压技术的研究范围：
一是如何根据需要人为地获得预期的高电压。
Obtain desired high voltage according to the requirement.
二是如何确定由于随机干扰因素而引起的外部电压的特 性及其变化规律，从而采取相应的措施。
Determine the external voltage characteristics and its change laws.
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。我国输 电电压等级经历了从中压到高压再到超高压的发展阶段， 目前我国最高电压等级为1000kV。
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2.5.1 交流输电
AC transmission
建国以前，电力工业发展缓慢，输电线路建设迟缓。 主要有1908年石龙坝水电站——昆明的22kV线路；1943年 泊湖水电站——延边的110kV线路等。
教材
吴广宁，高电压技术(第二版)，机械工业出版社，2014 参考书目
➢ 梁曦东、陈昌渔，高电压工程，清华大学出版社， 2003 ➢ 赵智大，高电压技术，中国电力出版社，1999 ➢ 小崎正光，高电压与绝缘技术，科学出版社，2001 ➢ 杨保初，高电压技术，重庆大学出版社，2002年 ➢ 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 ➢ 张纬钹，何金良等，过电压防护与绝缘配合，2002
绝缘材料-Insulating material 绝缘结构- Insulation structure
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3.2.2 高电压试验问题
由于介质放电等相关理论还不是很完善，而且高电压 技术是一门工程性很强的学科，所以电气绝缘试验必不可 少。绝缘试验一般分为离线与在线两种。
离线试验包括预防性试验与各种高电压试验。预防性 试验主要是对各种电气设备绝缘进行定期检查，从而及早 发现缺陷，及时更换修复。高电压试验是通过实验室内产 生的高电压来模拟各种冲击电压与交、直流电压，从而考 察电气设备绝缘的耐压能力。
由于我国幅员辽阔，一次能源分布不均匀，能源与重 要负荷中心距离很远，因此我国的输电格局是“西电东送” 和“北电南送”以及全国大区电网互联。所以发展特高压 输电对我国经济建设有重大意义。
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3. 高电压下典型现象与研究简述
3.1 电介质的电气强度
电介质电气强度的相关知识以电介质物理学为理论基础， 阐明其电极化规律与介质结构的关系，也研究电介质绝缘材料 的电击穿过程及其原理。在高电压技术领域，进一步研究气体 放电的基本物理过程和沿面放电，固体和液体电介质的极化、 电导、损耗与击穿等方面的性能。
110kv
220kv
500kv
1000kv
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我国目前主要交流输电线路
➢ 已经形成以500kV为骨干输电网架的华中、华东、华北、 东北、南方等大区电网。
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➢ 建成世界上海拔最高、当时我国运行电压等级最高的
750kV西北电网输电工程。
➢ 我国自主研发、设计和建设的具有自主知识产权的 1000kV晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程， 已投入运行。这是世界上正在运行的电压等级最高、技 术水平最高的输变电工程。
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晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程
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2.5.2 直流输电
DC transmission
20世纪50年代中期以来，随着各方面的技术的进步，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。
我国的直流高压输电技术起步很晚，但发展很快，我国 多条远距离的西电东送线路即为直流输电线路。到2012年， 我国已有16个直流输电工程投入运行。标志着我国已成为 世界上直流输电容量最大、直流输电电压最高、电压等级 最全和发展最快的国家。
2. 1954年至1972年——发展阶段 直流输电设备的制造技术有了很大提高，直流输电开始
进入工业实用阶段。
代表工程：1954年瑞典—戈特兰岛第一条工业输电线路
3. 1972年到现在——推广普及阶段 晶闸管阀等晶体管在世界范围内的直流输电工程中得到
广泛应用。开始大力建设超高压直流输电工程。
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目前一般认为高压直流输电适用于以下范围：
①长距离、大功率的电力输送、在超过交、直流等价距离时； ②海底电缆送电； ③交、直流并联输电系统中提高系统稳定性； ④连接两个不同额定功率或者相同频率电网之间非同步运行 ⑤通过地下电缆向用电密度高的城市供电； ⑥为开发新电源提供配套技术。