重庆大学高电压0绪论

高电压技术

HighVoltageTechnology重庆大学电气工程学院高电压与绝缘技术系2015.03杜林

高电压技术的发展高电压技术的研究对象本课程的要求绪论1、高电压技术的发展1890年英国德普福特（Deptford）发电厂英国伦敦市中心28英里10kV从这最早的“电气”时期开始，人们就体会到，为了充分发挥电能生产的社会和经济效益，必须使输电网络增加相互连接，使电能生产组合在整体的系统中。---“电网”电能需求量的日益增加输电线路电压等级不断提高促进了高电压技术学科的发展1891年，俄国首先建成13.8kV的三相交流输电线路。1898年，美国建成33kV输电线路，全长120km。1906年，美国建成110kV输电线路。1912年，美国建成150kV交流输电线路。1923年，美国建成了230kV交流输电线路。1937年，美国建成了287kV输电线路，全长455km。1952年，瑞典建成380kV输电线路。1956年，前苏联建成400kV线路，1959年升压为500kV线路。1965年，加拿大建成735kV线路。1967年，前苏联建成750kV线路。1969年，美国建成765kV线路。1985年，前苏联建成特高压1150kV线路。国外输配电发展(交流)：1951年，前苏联（Moscow

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Kashira）。1954年，瑞典建成±100kV直流输电线路。1970年，美国建成±400kV直流输电线路。1972年，加拿大建成±450kV直流输电线路。1978年，南非建成±533kV直流输电线路。1986年，巴西建成±600kV直流输电线路。国外输配电发展(直流)：1912年，建成22kV石龙坝水电厂至昆明的线路。1921年，建成33kV石景山发电厂至北京的线路。1933年，建成44kV线路(抚顺电厂出线)。1934年，建成66kV线路(延边至老头沟)。1935年，建成154kV抚顺电厂至鞍山线路。1943年，建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。1943年，建成220kV水丰电厂至大连线路。1972年，建成330kV刘家峡－关中输电线路，全长534km。1981年，建成500kV平顶山－武昌输电线路，全长595km。2005年9月，在西北地区建成750kV输电线路，长度为140.7km。2007年4月26日，中国第一条1000kV高压输电线路晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程线路工程开工建设。

2009年1月6日投运。我国输配电发展(交流)：1987年，我国建成全国产化设备的±100kV舟山直流输电工程。1989年，建成±500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，全长1045km，单极容量600MW，双极1200MW。2009年12月28日，投运（单极）世界上第一条±800kV直流输电线路（云南禄丰-广东增城），线路全长1446公里，输送容量8000MW。

2010年7月8日，投运向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程，。我国输配电发展(直流)：10kV110kV220kV330kV500kV750kV1150kV500kV800kV促使输电电压等级提高的直接动力是对电力需求的激增及远距离输电。交流线路的输送容量P与交流输送电压U的二次方成正比

P=U2/Z，（Z为线路阻抗）表2交流输电各电压等级与输送容量和输送距离关系系统电压

U/kV2203305007501000阻抗

Z/Ω400303278256250输送容量

P/MW12136090022004000输电距离

/km100～300200～6001000左右1000以上1000以上表3直流输电各电压等级与输送容量系统电压

±Ud/kV±400±500±600±700±800双极输送容量

P/MW500~10001000~30002500~40004000~60006000~9000电流

Id/A600~12501000~30002100~33002150~43002800~5600直流线路的输送容量P：P=2Ud

IdUd－直流一极对地电压

Id－每极直流输电线所流过的电流高电压技术的发展始于20世纪初，它是随着输电电压的提高而发展的一门学科。

高电压、强电场下电力系统出现了一系列特殊问题，促进了高压学科的形成。输电线路电压等级的不断提高、长度的增加、高压电气设备安全可靠运行的要求等促进了高电压技术学科的不断发展。输电线路电压等级不断提高，促进了高电压技术学科的发展“高电压”是针对某种极端条件下电磁现象的相对物理概念，在电压数值上尚无确定的划分限界，工程上(IEC,IET,IEEE)通常将电压在(1kV/AC,1.5kV/DC)及以上作为高电压的范畴。对于输电线路，国际上一般认为：交流：高压(HV)：35kV～220kV超高压(EHV)：330kV及以上1000kV以下特高压(UHV)：1000kV及以上直流：高压直流(HVDC)：±600kV及以下特高压直流(UHVDC)：±600kV以上高电压绝缘高电压与绝缘技术（二级学科名称）电工理论与新技术电气工程

电机电器电力系统及自动化高电压与绝缘技术

电力电子与电气传动保持高电压要依靠绝缘；而绝缘介质在高电压下会被破坏；这是一对相互依存的矛盾体。各种形态的高电压交流高压直流高压冲击电压2、高电压技术的研究对象和各种性能的绝缘介质。高电压技术研究对象是：气体液体固体介质放电与绝缘击穿,高电压的产生、测量与控制,过电压及其防护等构成了高电压技术学科的研究体系高电压绝缘高电压试验技术电力系统的过电压与绝缘配合三者之间的关系？没有可靠的绝缘，高电压、高场强无法实现。高电压绝缘是高电压工程的物理基础。高电压技术是一门工程性很强的学科，实验是必不可少的。高电压的产生？高电压的测量？高电压试验？由于多种原因，经常会出现比正常工作电压高得多的电压的产生—过电压。绝缘问题高电压试验问题过电压防护问题（解决高电压与绝缘的矛盾）（定量获得绝缘性能）（技术经济的绝缘配合）高电压绝缘绝缘是将电位不等的导体分隔开，使导体没有电气连接，从而保持不同的电位。绝缘是电气设备结构中的重要组成部分。绝缘和按照一定要求组成的绝缘系统（绝缘结构）是维持高电压的基础，电气设备只有具有可靠的绝缘结构，才能够可靠地工作。绝缘是高电压技术中的核心研究内容。具有绝缘作用的材料称为绝缘材料（电介质）电介质按其形态分为：气体、液体、固体。如：气体：空气、氮气、SF6气体等；液体：矿物油，植物油等；固体：木材、纸板、陶瓷、玻璃、聚乙烯等。为什么要研究“高电压绝缘”电压等级→设备绝缘费用→开发新型绝缘材料及新的绝缘结构。绝缘是电气设备安全运行的薄弱环节，绝缘故障是导致设备失效的主要原因。高电压绝缘的主要内容绝缘材料：研究各种绝缘材料在高电压、强电场下的各种性能、各种现象以及相应的过程和理论，尤其是绝缘击穿破坏的过程和理论，在此基础上选择优良的绝缘材料，开发新材料，进而大幅度提高性能。绝缘结构（电场结构）：绝缘材料的性能并不代表绝缘结构的性能，绝缘结构的性能才是实际设备使用的性能，同一材料在不同的绝缘结构下其性能不相同，研究绝缘结构是要更好地利用材料的性能。电压形式对绝缘性能的影响：研究绝缘结构不能离开电压形式（如工频或高频交流电压、直流电压、冲击电压等），同样的材料、结构在不同电压形式下绝缘性能并不相同。220kV电力变压器吊罩后局部照片我国的750kV输电线路高压电气设备--SF6断路器和全封闭组合电器（GIS）高压电气设备--油浸式电力变压器高电压技术的研究对象是各种形态的高电压和各种性能的介质，需要有各种高电压的测试设备来研究各种介质在各种高电压下的物理现象；关于介质击穿的机理不是很清楚，许多实际问题需要依靠试验来解决；为检验绝缘是否具有应有的耐受电压水平，还必须按照试验标准对绝缘进行试验。高电压试验技术试验技术的研究内容如何产生各种高电压（试验设备）研究各种不同参数、功能的高电压发生装置如何进行高电压试验（试验方法）研究对电气设备进行高电压试验的方法如何测量各种高电压（测量方法）高强量、微弱量、快速量输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室——试验设备交流污秽试验电源装置（2000kVA/500kV）

直流污秽试验电源装置（600kV/0.5A）

冲击电压发生器（2400kV）电力系统过电压“过电压”是指电力系统中出现的对绝缘有危害的电压升高和电位差升高。根本原因：系统中电磁能量发生变化。过电压的危害过电压的作用时间很短，但其数值却大大超过正常工作电压，易造成绝缘的破坏。过电压的分类雷电过电压（外部过电压）：由于设备受雷击造成的(直接雷过电压)或在设备附近发生雷击而感应产生的过电压(感应雷过电压)。内部过电压：在电力系统内部，由于断路器的操作或系统故障等原因，使系统参数发生变化，再由此引起的电力系统内部电磁能量转化或传递的过渡过程中，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。内部过电压的幅值与额定电压、状态发生变化的瞬间和系统的组成等因素有关。在系统的绝缘设计中，特别重要的两个方面：确定外部、内部过电压作用状况，绝缘应耐受此电压；确定绝缘在承受此电压作用时的特性，绝缘上的电压和该绝缘的介质强度之间的协调配合—绝缘配合。主要研究内容过电压产生的机理和它发展的物理过程、影响因素；提出降低或限制作用在设备上过电压的措施；电压、绝缘、保护设备三者的绝缘配合。绝缘配合

综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压(工作电压及过电压)、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备故障引起的事故损失。达到在经济上和安全运行上总体效益最高。绝缘配合的目的：学会正确处理电力系统过电压与绝缘这一对矛盾在运行条件下，电气设备和输电线路的绝缘不但长期处于工作电压下，而且会受到各种过电压作用；绝缘不仅要能够耐受工作电压的长期作用，而且还必须能耐受可能出现的各种过电压；从两方面入手解决保证和提高绝缘的耐受电压－－加强绝缘设法降低和限制过电压－－过电压限制措施高压电气设备--金属氧化物避雷器（MOA）高电压绝缘1、2电力系统过电压4～10高电压试验技术3绝缘子放电雷击输电线路冲击电压发生器第一篇第二篇中国电力工业的现状与展望发电量：53233亿度(2014年全国总量)装机容量：136019万，其中火电91569万千瓦；水电30183万千瓦，核电1988万千瓦，风电7548万千瓦，太阳能2653万千瓦。电压等级：

交流：

1000kV/(750kV)500kV/(330kV)220kV/110kV/(66kV)35kV/10kV

直流：±500kV/±660kV/±800kV

全国220千伏及以上输电线路回路长度达到44.27万千米，220千伏及以上变电设备容量达到19.74亿kVA。国家中长期科技发展规划能源科技发展思路：把节约能源放在首位，促进节能型社会的建立；以煤炭为主体，以电力为中心，加快发展水电、核电，保障油气安全；坚持远近结合，积极推进可再生能源和新能源的发展。电力工业发展方针提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力发展水电，优化发展煤电，推进核电建设，稳定发展天然气发电，加快新能源发电，促进装备工业发展，深化体制改革。输煤还是输电商品运行的一般环节：生产、流通、消费。“电”是一特殊的商品：不可储存！电力系统的许多特点由此决定。我国电力资源的分布：西部。电力负荷中心：中东部。能源的输送方式：输电、输煤发展大煤电、大水电、大核电和特高压交直流输电，实行输电输煤并举，优先发展输电是我国优化能源输送方式的战略选择。为什么要建设特高压电网？长期以来，我国电力发展的主要方式是以就地平衡为主。这种发展方式带来资源浪费、环境恶化、运输紧张等问题。当前电力发展存在的环境和运输瓶颈等问题，归根结底是电源布置不合理造成的。Ⅰ电力需要大发展缓解能源运输瓶颈

目前我国总发电量已位居世界前列，但人均用电量还远不如世界发达国家。

电能缺口矛盾突出，这必将使我国要加快电力发展的步伐。美国日本英国韩国中国人均生活用电量246kWh1/71/31/41/31/201/61/101/5中国人均占用电量2149kWh2006年统计“西电东送”三大通道及主干电网示意积极扩大“西电东送”规模－输电北通道：山西、蒙西向京津冀鲁送电，2010年约20GW，2020年约40GW；中通道：三峡及四川水电向华东、华中电网送电，2010年约21GW，2020年45～50GW；南通道：云南、贵州水电及火电向广东、广西送电，2010年约20.8GW，2020年约40GW。研究结果表明：特高压电网具有具有大容量、长距离和低损耗送电特点。加快建设以特高压电网为重点、各级电网协调发展的坚强的国家电网，对解决我国能源发展面临的突出问题，构筑稳定、经济、清洁、安全的能源供应体系具有十分重要的意义。发展和建设特高压输电的必要性和紧急性：从现在起到2020年我国需新装机约5亿千瓦，年均超过3000万千瓦，但我国3/4以上可开发水能资源（3.95亿千瓦）分布在川、云、藏，探明的煤炭资源保有储量3/5以上分布在晋、陕、蒙；而全国电力负荷2/3分布在京广线以东地区，能源分布与经济发展极不平衡；虽然全国“西电东送”500kV超高压骨干网架已经形成，但500kV跨区互联电网联系薄弱，输电能力有限，难以满足西部和北部能源基地大规模、远距离电力外送需求，必须采用更高一级电压等级的输电技术。Ⅱ

解决现有电网问题2007年，电源结构调整，水电建设步伐加快，三峡电站已有26台机组投产，发电能力达1872万千瓦。龙滩、小湾、构皮滩、瀑布沟、锦屏、拉西瓦、向家坝、溪洛渡等一批大型水电站相继开工建设，其中一些项目的部分工程投产发电；金沙江水电开发全面启动，溪洛渡电站于11月8日实现截流；核电方面，随着田湾核电站两台核电机组投产，全国核电装机容量已达885万千瓦，红沿河核电项目已开始启动；风力发电取得突破性进展，中国国电集团公司、中国大唐集团公司风电装机容量相继超过百万千瓦，内蒙古自治区成为全国首个风电装机容量突破百万千瓦的省份。11月8日，我国第一个海上风电站在渤海油田顺利投产，拉开了我国有效利用海上风能的序幕；一批生物质发电厂建成投产，光伏发电和煤层气开发积极推进。

国内外通过对高于500kV的各种电压等级输电方案与现有的500kV交直流系统在技术、经济和环境等方面的比较：1000kV级交流或±800kV直流输电方案的单位输送容量投资为500kV交流或直流的70％左右；一回100万级交流线路输送能力是500kV线路的5倍，一回±800kV直流线路输送能力是±500kV线路的2倍。

因此，建设交流1000kV级和直流±800kV级特高压输电系统