高电压课件-第1讲-绪论

1、Email: 电话：13986128689,高电压技术,教材及相关参考书籍,本课程主要内容 1、电介质的电气强度 2、电气设备绝缘试验 3、电力系统过电压与绝缘配合 本课程参考书目 所用教材 高电压工程 林福昌 中国电力出版社 2006 难度适中，内容比较适合非高压专业,高电压技术课程说明,一、学时与学分：40+8/3 二、先修课程： 电路理论、模拟电子电路、电机学、电磁场、电气设备、电气工程基础、电力系统分析 三、课程性质：必修 四、课程教学目标及要求 高电压技术是电气类专业的一门专业基础课，是一门理论性和实践性都很强的课程。本课程的任务是使学生了解和掌握电气设备在高电压作用下绝缘电气性能的基本知识和高电压试验的基本技术；了解和掌握过电压的基本理论和过电压的保护方法，为今后从事高电压工程领域的研究和技术工作打下必要的专业基础。 五、课程考试 考核方式：笔试（闭卷） 评分方式：平时成绩占30%，考试占70%,相关参考书目,高电压技术 （第三版） 周泽存 中国电力出版社 2007 【比较综合】 理论有点深,高电压技术 文远芳 华中科技大学出版社 2001 偏重于工程应用,第1讲 绪论,

2、一、高压输电的发展历史 二、发展高压输电的必要性 三、高电压技术的主要研究内容 四、高电压技术的应用 五、高电压技术面临的主要问题,1.电网发展历史 100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20kV，35kV，66kV，110kV，134kV，220kV，330kV，345kV，400kV，500kV，735kV，750kV，765kV，1000kV。 输电电压一般分高压、超高压和特高压。 高压（HV）：35220kV； 超高压（EHV）：330 750kV； 特高压（UHV）：1000kV及以上。 高压直流（HVDC）600kV及以下； 特高压直流（UHVDC）：600kV以上，包括750kV 和和800kV,一、高压输电的发展,输电线路发展历史 1908年，美国建成了世界第一条110kV输电线路； 1923年（经过15年），第一条230kV线路投入运行； 1954年（经历31年），第一条345kV线路投入运行； 1969年（经过15年），第一条765kV线路投入运行; 1985年，前苏联建成世界第一条1150kV特高压线路。,2.中国电网发展历史 中国，1949年前，电

3、力工业发展缓慢，输电电压按具体工程决定，电压等级繁多： 1908年建成22kV石龙坝水电站至昆明线路， 1921年建成33kV石景山电厂至北京城的线路。 1933年建成抚顺电厂的44kV出线。 1934年建成66kV延边至老头沟线路。 1935年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路。 1943年建成110kV镜泊湖水电厂至吉林延边线路。,中国， 1949年新中国成立后，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： 1952年，建设110kV输电线路，逐渐形成京津唐110kV输电网。 1954年，建成220kV输电线路，随后继续建设220kV线路，迅速形成东北电网220kV骨干网架。 1972年,建成刘家峡至关中330kV输电线路，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架。 1981年,建成河南平顶山姚孟至湖北武昌500kV输电线路。为适应葛洲坝输变电的需要，1983年又建成葛洲坝至武昌和葛洲坝至双河两回500kV线路，开始形成华中电网500kV骨干网架。 1989年建成500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。,2. (续）,中国，在逐渐形成330

4、kV和500kV区域输电骨干网架的同时，于20世纪80年代初开始了330kV和500kV以上更高电压等级的论证。1984年，国家明确提出500kV以上的输电电压为1000kV特高压、330kV以上的输电电压为750kV。 2005年9月，中国在西北地区建成了一条750kV输电线路，输、变电设备，除GIS外，全部为国产。 1000kV晋东南南阳荆门特高压交流试验示范工程输电线路工程，系统额定电压1000kV，最高运行电压1100kV，自然输送功率5000MVA。工程自2007年5月开工，2008年12月竣工。于2011年12月荣获国家优质工程（金奖）。,2. (续）,3.高压输电的发展,电网发展的历史表明 ： 相邻两个电压等级的级差，在1倍以上是经济合理的。 新的更高电压等级的出现时间一般为1520年。 前苏联1150kV输电线路的运行表明： 经过20年的研究和开发，到20世纪80年代中期，特高压输电技术和设备已达到用于实际输电工程的要求。,二、发展特高压的必要性,1.我国特高压定义 交流输电 * 高 压：35kV220kV * 超高压：330kV及以上、1000kV以下 * 特高压：1

5、000kV及以上 直流输电 超高压直流：600kV级(含620kV）及以下 特高压直流：750kV及以上,2.我国不同电压等级电网的分类 高压电网：110kV和220kV电网。 超高压电网：由交流330kV、500kV、750kV和直流500kV构成的电网。 特高压电网：由交流1000kV和直流800kV构成的电网。,3、提高电压等级的主要原因,15,（1）对电力需求的激增 不同的输电电压等级组成的输电网有不同的输电能力。在规划未来的电网电压等级时，通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。 （2）电力的远距离输送 电力资源和用电负荷分布不平衡，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施 。我国需要发展大容量远距离输送构建电网基本框架,3.特高压输电的优点,3.1 提高输送容量 交流线路的自然功率是该线路可输送的最大容量，是表征其送电能力的一项指标，其计算公式如下： 一回1000kV特高压输电线路的自然功率接近500万kVA ，约为500kV输电线路的五倍左右。 800kV直流特高压输电能力可达到640万kVA，是500kV高压直流的2.1倍，是620kV高压直流的1.7倍。

6、,自然功率,自然功率就是输电线路受端每相接入一个波阻抗的负荷Zc时线路输送的功率，它主要用来分析输电线路的输电能力、电压和无功调节等问题。 当线路输送自然功率时，由于线路对地电容产生的无功与线路电抗消耗的无功相等，因此送端和受端的功率因数一致；当输送功率低于自然功率时，由于充电功率大于线路消耗无功，必然导致线路电压升高；相反，当线路输送功率大于自然功率，由于无功不足，需要额外的无功补偿，在没有无功补偿的情况下，线路电压就会下降。所以，线路在输送自然功率的时候，经济性最好、最合理。,3.2 缩短电气距离，提高稳定极限 交流线路的输送功率可按下式计算： 1000kV线路的电气距离相当于同长度500kV线路的1/41/5。(换句话说，在输送相同功率的情况下，1000kV特高压输电线路的最远送电距离约为500kV线路的4倍。) 采用800kV直流输电技术使超远距离的送电成为可能，经济输电距离可以达到2500km及以上。,3.3 降低线路损耗 输电线路损耗可按下式估算： 可见，在导线总截面、输送容量均相同，即R、S值相等的情况下， 1000kV交流线路的电阻损耗是500kV交流线路1/4。 80

7、0kV直流线路的电阻损耗是500kV直流线路的39，是620kV直流线路的60。,3.4 减少工程投资 1000kV交流输电方案的单位输送容量综合造价约为500kV输电方案的3/4。 800kV直流输电方案的单位输送容量综合造价也约为500kV直流输电方案的3/4 。,3.5 提高单位走廊输电能力，节省走廊面积 交流特高压：同塔双回和猫头塔单回线路的走廊宽度分别为75米和81米，单位走廊输送能力分别为13.3万千瓦/米和6.2万千瓦/米，约为同类型500kV线路的3倍。 直流特高压：800kV、640万千瓦直流输电方案的线路走廊约76米，单位走廊宽度输送容量为8.4万千瓦/米，是500kV、300万千瓦方案的1.29倍，620kV、380万千瓦方案的1.37倍。,3.6 改善电网结构，降低短路电流 通过特高压实现长距离送电，可以减少在负荷中心地区装设机组的需求，从而降低短路电流幅值。 例如：长距离输入1000万千瓦电力，相当于减少本地装机17台60万千瓦机组。每台60万千瓦机组对其附近区域500千伏系统的短路电流约增加1.8kA，如果这些机组均装设在负荷中心地区，对当地电网的短路电流水

8、平有较大的影响。 通过特高压电网，实现分层分区布局，可以优化系统结构，从根本上解决短路电流超标问题。,171.8kA=30.6kA（短路电流）,3.7 加强联网能力 通过交流特高压同步联网，可以大幅度缩短电网间的电气距离，提高稳定水平，发挥大同步电网的各项综合效益。 通过直流特高压异步联网，满足长距离、大容量送电的要求，沿线不需要提供电源支撑。 通过特高压联网，增强网络功率交换能力，可以在更大范围内优化能源资源配置方式。,国家电网公司,25,三、高电压技术的主要研究的问题,电力工业与高电压技术密切相关,作为电力系统中应用的高电压工程主要包括两大方面： 高电压绝缘与测试技术 电力系统过电压 前者涉及到电绝缘材料、绝缘结构、绝缘放电理论与试验数据，高电压试验方法等。 后者与高电压设备及输电运行的安全稳定密切相关,1.绝缘问题,绝缘材料 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 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 电压形式 同样的材料、结构，在不同电压下，绝缘性能不相同,2.试验问题,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

9、计 预防性试验 在线监测、故障诊断 状态维修 高电压的测量 高强量、微弱量、快速量,3.过电压防护问题,外过电压 （雷电过电压） 内过电压 老化、污秽（在运行电压及过电压下） 保护装置 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,工频过电压 谐振过电压 操作过电压,4.绝缘配合,中心问题： 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,5.电磁环境问题,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研究工作 生态效应,1 与应用物理的联系紧密 2 实验/经验性 3 理论探索性 4 瞬变性 5 与其他学科的交叉与渗透性,理工结合的学科内涵,五、高电压技术在其它领域中的应用,1.高压静电除尘 已有十分广泛成熟的应用。基于静电吸引的作用收集灰尘 2.电火花加工 利用火花放电时的放电能量处理加工材料,加工工业领域,3.体外碎石技术 肾结石、胆结石的体外粉碎是利用高压脉冲产生一定向冲击波，经聚焦后作用于患处将结石击碎(上海交大率先开发成功，由此成果当事人成为中国工程院院士),4.除菌及清鲜空气 利用空气中电晕放电，控制产生一定浓度臭氧(强氧化剂)，达到杀菌及清洁空气的作用(目前空调中所谓的等离子体空气清新技术),医学保健领域,5.污水处理 利用高频脉冲高压产生高浓度臭氧，与污水作用能够分解污水中的有机物，去除臭气，实现污水的处理 6.烟气处理 利用高功率脉冲形成高能活性离子，可以实现工厂烟气的脱硫脱硝，净化排污 （国家863项目）,环保领域,7.等离子体隐身 利用等离子体与电磁波的作用机制(能够有效吸收大量的电磁波), 产生覆盖飞行器的等离子体层，能有效吸收雷达信号，达到隐身的目的,国家自然科学基金重大研究项目,微波雷达相关,8.等离子体表面处理 高压放电产生活性粒子作用于织物等，增强材料表面活性，不但易于染色和进行表面涂覆等，且处理过程对环境不会有污染。是当前印染行业十分看好的织物处理

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