电力系统与高电压技术培训课程
高电压技术-电力系统的绝缘配合PPT课件
张一尘主编
精选PPT课件
1
第十一章
电力系统的绝缘配合
精选PPT课件
2
一、绝缘配合、绝缘水平和试验电压
• 问题的提出
绝缘与过电压是高电压技术中的两大主要内容。随 着电力系统电压等级的进一步提高，一方面输变电设 备绝缘部分的投资占总设备投资的比重越来越大；另 一方面，由于系统电压等级的提高，输送容量的增大， 一旦出现故障，损失巨大。因此，在超高压系统中， 绝缘配合的问题尤为重要！
空气间隙所承受的电压由高到低依次为： 雷电过电压——操作过电压——工作电压
但作用时间则恰恰相反！
精选PPT课件
18
三种电压作用下空气间隙的计算方法如下：
（1）按工作电压确定风偏后的间隙SP,其对应的工频放电电压为
UP k1Uph
k1 安全系数
220kv中性点有效接地系统：1.6
330kv～500kv线路：1.7 非有效接地电网：2.5
对输电线路，要求达到一定的耐雷水平！
②330KV及以上的超高压系统中，虽然内过电压成为主要矛盾，但通过 内过电压保护措施已限制到一定水平，所以仍由大气过电压来决定，须采 用专门限制内部过电压措施，将操作过电压限制到允许值。对超高 压电气设备规定了操作波试验电压。
由于限制过电压措施和要求不同，绝缘配合的做法不同。通常有 以下两种做法： ▲主要采用复合型磁吹型避雷器和过电压限制器限制操作过电压， ∴按避雷器的操作过电压保护精性选P能PT确课件定设备的绝缘水平。（俄罗斯）7
——操作冲击电压值 操作冲击耐压试验电压值
电气设备的各种耐压试验电压都是以避雷器在雷电冲击电压和 操作冲击电压下的残压为基础来决定的。
GB311.1-1997对各电压等级电气设备的试验电压作出了规定。
《高电压技术》课程标准
《高电压技术》课程标准一、课程说明二、课程定位本课程为“发电厂及电力系统”专业的一门职业拓展课程。
主要阐述了典型绝缘材料的电气特性、绝缘的预防性试验、雷电和防雷设备、雷电过电压的防护。
通过本课程的学习，使学生掌握常用电介质的电气性能，会做电气设备绝缘预防性试验，并能根据试验数据做出绝缘性能的初步判断；能理解过电压产生的原因，熟悉发电厂、变电站及线路的过电压保护装置的作用，能配置发电厂、变电站及线路的过电压保护装置。
三、设计思路安全用电课程根据电力企业的实际需求和从业岗位调研，与企业能工巧匠、技术主管一起，根据工作领域和岗位的任职要求，参照相关的职业资格标准，通过对从事安全工作的岗位进行分析，归纳出安全员工种岗位的工作任务，以岗位任务为培养导向，以安全员职业资格标准为培养目标。
四、课程培养目标完成本课程学习后能够获得的理论知识、专业能力、方法能力、社会能力。
1.专业能力（1）掌握高电压下气体、液体及固体绝缘介质的击穿特性；（2）掌握高电压技术试验的方法及测量结果；（3）掌握电力系统过电压产生的原因；（4）了解电力系统绝缘的配合；（5）能正确理解国际、行业及企业标准，并能根据标准要求进行高电压试验；（6）能阅读各种技术手册及规程。
（7）能结合现场实际情况，合理选择过电压防护设别，以保证电气从业人员、电网运行以及电气设备的安全性。
（8）能进行高电压电气设备的基本维护和检修2.方法能力（1）资料收集与整理能力；（2）一定的绘制与识图能力；（3）理论知识的运用能力；（4）一定抽象思维的能力；3.社会能力（1）通过课程学习，培养学生严谨求实的工作态度，爱岗敬业，对待工作和学习一丝不苟、精益求精的精神。
（2）具有较强的事业心和责任感，具有良好的心理素质和身体素质。
具有理论联系实际的良好学风，具有发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及团结协作和互相沟通的能力。
（3）通过学习养成积极思考问题、自主学习和解决问题的习惯和能力；具备团队协作能力，吃苦耐劳、诚实守信的优秀品质。
《高电压技术》辅导资料一
高电压技术辅导资料一主题：绪论和第一章（第1-3节）学习时间：2013年9月30日－10月6日内容：我们这周主要学习绪论和第一章第一、二、三节“气体中带电粒子的产生与消失”、“气体中的放电现象和电子崩的形成”、“自持放电条件”的相关内容。
希望通过下面的内容能使同学们加深对高电压技术的概念和气体放电相关知识的理解。
绪论高电压技术主要内容1.高电压技术，即电力系统中涉及的绝缘、过电压、电气设备试验等问题的技术。
如：雷击变电所、发电厂的过电压及防护；绝缘材料的研制；合闸、分闸、空载运行以及短路引起的过电压；电气设备的耐压试验高压输电的必要性：大容量输电的需求；远距离输电的需求2.研究内容（1）提高绝缘能力电介质理论研究——介质特性放电过程研究——放电机理高电压试验技术——高压产生、测量（2）降低过电压雷击或操作→暂态过程→产生高电压→绝缘破坏→故障→防护破坏→恢复研究过电压的形成及防止措施过电压种类：大气过电压、内部过电压（3）绝缘配合——使相互作用的数值、保护电器的特性和绝缘的电气特性之间相互协调以保证电气设备的可靠经济运行。
第一章电介质在强电场下的特性电介质在强电场下的特性及相关术语：电介质(dielectric)：指通常条件下导电性能极差的物质，在电力系统用作绝缘材料电介质中正负电荷束缚得很紧，内部可自由移动的电荷极少，因此导电性能差。
（电介质—从贮存电能的角度看；绝缘材料—从隔离电流的角度看）。
电介质一般分为气体电介质、液体电介质、固体电介质。
常用高压工程术语：击穿(breakdown)：在电场的作用下，由电介质组成的绝缘间隙丧失绝缘性能，形成导电通道放电(discharge)：气体绝缘的击穿过程闪络(flashover)：沿固体介质表面发展的气体放电（沿面放电）电晕(corona discharge)：由于电场不均匀，在电极附近发生的局部放电。
U，单位KV）：使绝缘击穿的最低临界电压击穿电压（又称放电电压）（b击穿场强（又称抗电强度，绝缘强度）(b E，单位KV/cm）：发生击穿时在U／Ｓ（Ｓ：极间距离）绝缘中的最小平均电场强度。
高电压技术(全套课件)
◆电子崩的形成（BC段电流剧增原因）
图1-5 均匀电场中的电子崩计算
电子碰撞电离系数α：代表一个电子沿电场方 向运动1cm的行程中所完成的碰撞电离次数 平均值。
dn ndx
dn dx
n
x
n n0e0 dx
n n0e x
n n0ed
n n n0 n0 (ed 1)
◆影响碰撞电离的因素
● 除了电力工业、电工制造业外，高电压技术 目前还广泛应用于大功率脉冲技术、激光 技术、核物理、等离子体物理、生态与环 境保护、生物学、医学、高压静电工业应 用等领域。
第一篇 电介质的电气强度
第一章 气体放电的基本物理过程
第一节 带电粒子的产生和消失 第二节电子崩 第三节 自持放电条件 第四节 起始电压与气压的关系 第五节 气体放电的流注理论 第六节 不均匀电场中的放电过程 第七节 放电时间和冲击电压下的气隙击穿 第八节 沿面放电和污闪事故
《高电压技术》
绪论
● 高电压技术主要研讨高电压(强电场)下的各种电气物理问题。 ● 高电压技术的发展始终与大功率远距离输电的需求密切相关。 ● 对于电力类专业的学生来说，学习本课程的主要目的是学会正确处理电力系统中过电压与绝 缘这一对矛盾。 ● 为了说明电力系统与高电压技术的密切关系， 以高压架空输电线路的设计为例，在图 0-1中 列出了种种与高电压技术直接相关的工程问题。
在大气压和常温下,电子在空气中的平均自由行程长度的数 量级为10-5cm 。
◆ 带电粒子的运动
● 带电粒子的迁移率：该粒子在单位场强（1V/m) 下沿电场方向的漂移速度。
k v E
电子的迁移率远大于离子的迁移率
● 扩散：在热运动的过程中，粒子会从浓度较大的 区域向浓度较小的区域运动，从而使其浓度分布均 匀化的物理过程。
电力安全与高电压操作
设备检查
对高电压设备进行外观检查，确认无异常 情况。
操作步骤
按照规定的操作步骤进行设备的启动、运 行和停机等操作。
操作后检查
对设备运行情况进行检查，确保设备正常 工作，并做好相关记录。
高电压试验的安全规范
试验前准备
制定详细的试验方案，准备好所
电力事故预防与处理
01
定期对电力设备进行检查和维护 ，确保设备正常运行。
02
在发现电力事故时，应及时切断 电源，采取紧急措施，并报告相 关部门。
03
在发生触电事故时，应先切断电 源或使用绝缘物体将触电者与电 源分离，并尽快送往医院救治。
04
在发生火灾事故时，应先切断电 源，使用灭火器或水灭火，并尽 快报警。
高电压设备的智能运维
研究高电压设备的智能监测、诊断和预测技术，实现设备的远程运 维和智能化管理。
新能源并网与电力安全
研究新能源并网对电力系统的影响，提出相应的解决方案和技术手 段，保障电力系统的安全稳定运行。
谢谢您的聆听
THANKS
9字
9字
遇到高电压设备发生故障或异常 情况时，应立即停止操作，断开
1
3
若发生火灾等紧急情况，应立即 报警并使用灭火器材进行灭火处
电源，并采取必要的紧急措施。
理。
9字
若发生触电事故，应首先切断电
2
4
9字
在紧急处理过程中，应注意保护
源或使用绝缘物体将触电者与电
现场，并做好相关记录，以便后
源分离，并进行急救处理。
失败原因
设备设计缺陷、制造工艺 不精、操作人员技能不足 等综合因素所致。
高电压技术课件 第七章 第二篇 电力系统过电压及保护
2
z2
z1 电压反射系数，1
1
z1 z2
1
以上电压波的折射反射系数也适用于线路末
端接有不同集中负载的情况。
19
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
z1 z2
即折射电压波大于 入射电压波，反射 电压波为正。
20
当z1
z
时，
2
2z2 1
z1 z2
z2 z1 0
Z1
U1q
A
Z1
Z1
折射系数=2/3，反射系数=－1/3
相当于线路末端接一波阻抗为“两分支”并联的线 路
28
二、集中参数等值电路（彼得逊法则）
把分布参数的电路用集中参数的电路表示， 这个计算折射波的等值电路法则称为彼得逊法则 。这个电路也称为彼得逊等值电路。
u2q
2Z 2 Z1 Z2
u1q
Z2 Z1 Z2
单根无损线
u
L0 dx
i t
u
u x
dx
i
C0 dx
u t
i
i x
dx
u x
L0
i t
i x
C0
u t
9
单根无损线
采用拉氏变换求解得：
u
uq
(t
x
)
u
f
(t
x
)
i
iq
(t
x
)
i
f
(t
x
)
简化表示为
iq
(tΒιβλιοθήκη x) v1 zuq
(t
x) v
u uq u f i iq i f uq ziq u f zi f
高电压技术
《高电压技术》讲义一、电压等级的划分以一千为界，一千伏以下的为低压，一千伏以上的为高压。
高压部分分普通高压、超高压和特高压。
普通高压和超高压划分的依据是电晕，超高压和特高压划分的依据是电能污染。
二、什么要采用高电压采用高电压是大功率远距离输电的要求，要实现大功率远距离输电唯一可行的措施就是采用高电压。
作为二次能源，输送电能要较输送一次能源经济、快捷、安全、方便、清洁。
三、要采用高电压首先要解决的技术问题高电压下的绝缘问题。
因为在电力系统三大技术材料中绝缘的影响力最大，绝缘限制了设备的温升、也就限制了设备的容量、体积和重量；绝缘限制了设备的寿命；绝缘限制了电力系统的投资。
例：1、用青壳纸和电缆纸作绝缘的10.5kV、10MW的发电机，改用粉云母纸作绝缘，其他条件不变时，发电机容量就提高到12.5MW，可见绝缘限制了设备的容量。
2、绝缘材料的老化速度在三大技术材料中是最快的。
四、如何解决绝缘问题。
一、寻找和研制新型绝缘材料，二、限制作用在绝缘上的过电压。
这也是本课程的两大内容。
例：由于瓷吹避雷器使作用在被保护设备上的残压降低，使原设计额定电压为400 kV的输变电系统生压为500 kV的系统。
五、学科特点a)历史短，研究不充分，理论很不完整，工程上高电压问题不能用理论来分析，所以只能从试验入手。
b)研究起来很困难，其所研究的问题与其他学科完全不同。
其他学科研究的是电的导通，而高压研究的是绝缘，它所研究的是空间的问题，场的问题，所受的影响因素（温度、湿度、气压、极距）很多。
c)研究手段难以具备，场地难以满足，问题的重复性小，一次击穿后很难找到完全相同的对象，是暂态问题。
d)思考问题的领域宽。
第一章气体的放电基本物理过程和电气强度一、补充的基本概念1、放电：在电场的作用下由于游离使流过电介质电流增大的现象。
2、击穿：电介质在电场作用下丧失其绝缘性能，形成沟通两极的放电。
3、击穿电压：使电介质失去其绝缘性能所需要的最低、临界、外加电压。
高电压技术讲稿课件
PART 02
高电压产生与传输
高电压产生原理
高电压产生
高电压产生通常依赖静电感应原 理，通过电场中积累大量电荷， 产生较高电位差，从而形成高电
压。
高电压产生设备
高电压产生设备通常包括静电发生 器、高压电源等，些设备能够产生 高达数万伏甚至更高电压。
高电压产生方式
高电压产生方式多种，如电容器放 电、感应起电、摩擦起电等，同产 生方式适同应场景。
研究雷电形成机制、雷电防护技术、接技 术等，保障电力系统安全运行。
高电压技术未发展趋势
更高电压等级
随着电力需求增长，未高电 压技术将向更高电压等级发 展，如1000kV级交流 ±800kV级直流输电等。
智能化与自动化
高电压技术未将更加注重智 能化自动化应如智能传感器 、智能监测与诊断、自动化 控制等技术。
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
高电压技术讲稿课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 高电压技术概述 • 高电压产生与传输 • 高电压设备与系统 • 高电压技术工程应 • 高电压技术挑战与解决方案 • 高电压技术前沿研究与展望
PART 01
高电压技术概述
高电压技术定与特点
总结词
PART 05
高电压技术挑战与解决方 案
高电压设备安全性挑战与解决方案
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
安全性挑战
高电压设备可能引发电击、火 灾等安全事故，员设备造成威
胁。
安全防护措施
设置安全防护装置，如防护罩 、隔离栏等，防止员接近高电 压设备。
绝缘设计
采高质量绝缘材料先进绝缘结 构设计，提高设备安全性能。
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《电力系统与高电压技术》
课题一电力系统基本知识
一、电力系统运行的基本要求1、保证供电的可靠性一类负荷、二类负荷、三类负荷（按可靠性要求不同分）
2、保证良好的电能质量
电压、频率、波形三个技术指标
3、保证电力系统运行的经济性
燃料消耗、厂用电率、线损率三个考核指标
4、最大限度地满足用户的用电需要
二、电力网的接线方式1、开式电力网
从单方向得到电能的电力网，具有投资少，结构简单，但供电可靠性比较低。
2、闭式电力网
可从两个及以上方向得到电能的电力网，具有供电可靠性高，但投资大，结构较复杂。
可从两个及以上方向得到电能的电力网，具有供电可靠性高，但投资大，结构较复杂。
三、电力系统负荷
1、分类
综合用电负荷、供电负荷、发电负荷
2、负荷曲线
是指某一段时间内负荷随时间变化的曲线
（1）日负荷曲线
表示负荷在一天内各时间的变化
（2）年最大负荷曲线
表示一年内电网最大负荷的变化规律
（3）年持续负荷曲线
四、电力系统中性点的接地方式
1分类
中性点直接接地和中性点不接地系统
2、中性点不同接地方式的特点
（1）中性点直接接地系统
优点：安全性好，经济性好。
缺点为：可靠性差。
（2）中性点不接地系统
优点：可靠性好。
缺点为：经济性差。
3、中性点不接地系统单相接地电流的分析单相接地时，在接地点流过电流为正常时每相对地电容电流的3倍。
课题二电力系统的经济运行与稳定运行
一、降低电力网线损的技术措施
1改善电网中的功率分布
（1）提高用户的功率因数减少线路输送的无功功率1）合理选择异步电动机和变压器的容量
2）有条件可采用同步电动机代替异步电动机
（2）在用户端安装并联电容补偿装置减少通过线路和变压器传输的无功功率，减少电能损耗和电压损耗。
（3）在闭式电网中实行功率的经济分布
2、合理组织电力网的运行方式
（1）适当提高电力网的运行电压
（2）合理组织变压器的运行
3、对原有电网进行改造
（1）采用升压改造
（2）简化网络结构，减少变电层次
（3）更换大截面导线
二、静态稳定
电力系统在某个运行方式下受到微小的干扰后能独立地回到原来的运行状态。
三、暂态稳定
电力系统正常运行时，受到一个大的干扰后，能从原来的运行状态过渡到新的运行状态，并在新的运行状态下稳定地工作。
四、提高电力系统稳定运行的措施
（一）提高电力系统静态稳定的措施
1减少系统各元件的感抗
（1）采用分裂导线
（2）采用串联电容补偿
（3）采用高一级的电压等级输电
2、采用自动调节励磁装置
3、提高并稳定系统运行电压水平
（二）提高暂态稳定的措施
1快速切除短路故障
2、采用自动重合闸
3、采用联锁切机
4、快速关闭汽门
5、电气制动
6、正确选择系统运行方式
7、尽量减少系统稳定破坏带来的损失和影响
课题三变电所电气设备试验
一、电气试验的基本知识
1、目的：通过电气试验，反映出电气设备的各项性能情况，以便作出正确处理，保证电气设备正常安全运行。
2、试验分类
（1）绝缘试验
反映电气设备绝缘方面的性能
绝缘缺陷：集中性缺陷、分布性缺陷
试验分类：非破坏试验、破坏性试验
先做非破坏性试验，合格后，再做破坏性试验。
（2）特性试验
绝缘试验以外的试验称为特性试验，表征电气设备的电气和机械的某些特性，不同电气设备有各自的特性试验。
3、对试验结果的判断分析试验结果的判断分析应有同一温度下比较
(1)与规定值比较
(2)与历次试验数据比较
(3)与同类、同组不同相设备数据比较
二、变压器试验
1、绝缘电阻、吸收比及极化指数绝缘电阻：R60吸收比：极化指数：
2、泄漏电流试验
3、t g 8试验
4、工频耐压试验
5、直流电阻试验
6、变比试验(联结组别试验)
7、全电压空载合闸试验
8局放试验
9、频响绕组变形试验
10、套管试验
(1)绝缘电阻试验
(2)tg 8试验
(3)油色谱试验
三、断路器试验
1、绝缘电阻
2、泄漏电流试验(少油断路器)
3、t g 8式验(多油断路器)
4、工频耐压试验
5、测量导电回路电阻试验
6、断路器动作特性试验
包括固有分、合闸时间及同期差，分、合闸速度
7、操作机构试验
(1)直流电阻试验
(2)绝缘电阻试验
(3)最低动作电压试验
三、避雷器试验(氧化锌避雷器)
1绝缘电阻
2、直流1mA电压(UimA)及0・75 U^mA下
的泄漏电流
3、运行电压下的交流泄漏电流课题四变电所过电压保护
一、避雷针
(一)结构原理
接地引下线、接地体
(二)保护范围
1、单支避雷针的保护范围当hx》0.51时，rx=(h-
hx)
当h x< 0.5h 时，r x=(1.5h-2h x)
例：有一储油罐高5m,直径为3m, 在离储油罐5m处架设一支8m高避雷针，问该避雷针能否保护储油罐，若不能应如何改进？二、避雷器
(一)阀型避雷器
1、结构
火花间隙，阀片电阻(非线性)
2、工作原理
(1)系统正常时，火花间隙将阀片与母线隔离
(2)侵入波来临时，火花间隙击穿，雷电流通过阀片入地，残压不咼。
(3)侵入波消失后，有工频续流存在，由于工频续流远小于雷电流，阀片电阻变大，使工频续流在第
一次过零点熄灭，系统恢复正常。
(二)氧化锌避雷器
1、结构
氧化锌阀片，具有优良的非线性。
2、工作原理
(1)正常时，R T*
(2)侵入波来临时，R—0
（3）侵入波消失时，3、特点
（1）没有间隙，没有工频续流，结构简单，体积小
（2）易于保护设备绝缘配合
（3）可承受多重雷击
（4）可降低电气设备所承受的过电压
（5）可限制内部过电压
（6）易于制成直流避雷器
（7）是SF6 组合电器中的理想保护设备正常工作时，有一定的泄漏电流渡过阀片，需装设在线监测装置。
三、防雷接地（一）冲击接地电阻特点
1、火花效应
R冲J
2、电感效应三、发电厂、变电所的防雷保护
R冲f
（二）接地体间屏蔽效应
（一）发电厂、变电所的直击雷保护1、直击雷保护
（1）所有被保护物应处于避雷针（线）的保护范围内（2）雷击避雷针（线）后，不反击2、防止反击的措施
S K=0・3R冲+0.1h —般S K > 5m S d=0.3R 冲一般S d > 3m
3、避雷针安装方式
（1）构架避雷针110KV 及以上采用（不反击），要求：构架避雷针与接地主网连接，并增设辅助接地装置，L> 15 m。
（2）独立避雷针35KV 及以下采用（避免反击），要求：应有独立的接地装置，且接地电阻不宜超过
10 Q,当超过10 Q时可以与接地主网相连，L> 15 m
（3）注意点
1 ）变压器门型构架、发电厂房上不安装避雷针
2）避雷针与道路距离不宜小于3m，否则应采取均压措施3）严禁在避雷针及构架上装设未采取保护的低压线
四、发电厂、变电所的侵入波保护
（一）采用避雷器保护
1 、应绝缘配合良好2、满足最大允许电气距离
U B=U C5+2a LN
例：U C5=260KV Uj=478KV a =450KV/ yS 若L=60 m ，问变压器是否会损坏？
（二）采用变电所进线段保护
1 、作用降低侵入波的幅值和陡度2、典型接线及各元件的作用（1）进线段保护的作用降低侵入波的幅值和陡度（2）避雷器1 保护变电所内电气设备免受侵入波的破坏（3）避雷器
2 保护处于开路状态的开关开路时，可靠动作闭路时，不动作
（4）避雷器3 对冲击绝缘水平特别高的线路需要装设，保证流过避雷器雷电流的幅值小于5KA 。