高电压与绝缘技术概述

过电压——电力系统中异常的电压升高。
外部过电压：由雷电和雷击电 力系统引起，幅值很高（兆伏 级），持续时间较短。 内部过电压：由系统内部暂态 过程引起，幅值不大（2 ~ 4倍 工作电压），持续时间较长。
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过电压（kV）
2、研究内容：
1
2 3
绝缘问题的研究 过电压问题的研究 高电压试验与测量技术的研究
高电压技术
1
世界电压等级的发展与提高
高压电网向特高压电网发展的历程
1875年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着世界 电力时代的到来; 1891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流发电 机：它发出的三相交流电通过第一条13.8kV输电线将电力 输送到远方用电地区，使电力既用于照明，又用于动力， 从而开始了高压输电的时代; 1879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。1882年， 第一家电业公司—上海电气公司成立。 100多年来，输电电压由最初的13.8kV逐步发展到20，35， 66，110，134，220，330，345，400，500，735，750， 765，1000kV
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过电压防护问题
外过电压 （雷电过电压）： 内过电压：
工频过电压 谐振过电压 操作过电压
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。
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。
• 降低线路造价
• 长距离输电可联接地域网
有利于电力调度
• 降低工作电流和系统短路电流，
利于系统运行和降低设备造价
不同电压等级传输能量曲线
三相线损 △P = 3I2R 其中I =
R：导线电阻

P 3U cos
; R= l
：导线电阻率
S
l：导线长度
S：导线截面积 P：传输功率 U：线路电压
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镜泊湖水电厂至延边线路。
高压电网向特高压电网发展的历程
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，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形成 京津唐110kV输电网；
1954年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继续 建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV线 路，迅速形成东北电网220kV骨干网架； 1972 年建成330kV 刘家峡— 关中输电线路，全长534km， 随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架；
1981年建成500kV姚孟—武昌输电线路，全长595km。
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1.1 绝缘：
绝缘体——隔离不同电位的带电导体的 物 质，又称为电介质。 输电线、变压器、电机和其他电气设备 的载流部分与接地部分之间，相间或直流电 压下的极间都应有可靠的绝缘。
作为绝缘的各种电介质有气体介质、液 体介质和固体介质，在运行中绝缘除了需隔 离正常的工作电压外，还要能承受短时过电 压的作用。
P2l U2S △P = 2 2 U S cos
P2 l
我国电网基本框架
东北电网
华北电网 西北电网 华东电网
500kV 330kV 220kV
热电厂
水电站 核电站
川渝电网
华中电网
南方电网
我国的发电一次能源主要分布西部地 区，而电力消费主要集中在中、东部和南 部地区。西电东送、南北互供，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。并将形成北、中、南三个输 电通道。
高压电网向特高压电网发展的历程
1952年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路；
1965年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路； 1952年，前苏联建成第一条330kV线路；1956年建成400kV 线路；1967 年建成750kV 线路。从330kV 电压等级发展到 750kV电压等级用了15年时间。 欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展345kV、380kV 和750kV电压级， 500kV线路发展比较慢。1964年，美国 建成第一条500kV线路，从230kV到500kV输电，时间间隔 达36年。前苏联的500kV电压等级是在400kV基础上升级发 展起来的，1964年，建成完善的500kV输电系统。
高电压工程的主要问题
电 力 工 的业 密与 切高 关电 系压 技 术
概
述
1 研究对象
2 研究内容
3 研究意义
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1、研究对象：
《高电压技术》是以绝缘和过电压为研究 对象的一门学科，它的任务主要是研究和解 决电力系统中高压线路和电气设备的绝缘和 过电压问题。它是一门新兴学科，是随着高 电压远距离输电而发展起来的。
电气设备绝缘的费用＝f(U3),电压越高绝缘上的投资越大。
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： 同样材料、结构，不同电压下绝缘性能不相同；
2.2 过电压问题的研究：
•过电压研究的问题：过电压产生的机理、幅值和波形特点， 影响过电压的因素及限制过电压的措施。 •研究过电压的目的：降低作用在设备上的各种过电压，进行 绝缘配合。 •绝缘配合：根据设备在系统中可能承受的各种电压（工作电 压和过电压），并考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性来 确定必要的耐受强度，以便把作用在设备上的各种电压所引 起的绝缘损坏和影响连续运行的概率降低到经济上和运行上 能接受的水平。
500 88.5
765
1100
1500
功率 29.5 （10MW）
221.0 518.0 994.0
提高电压等级的技术依据：
提高电压等级可以实现大功率、远距离地输送电力。 由于大容量发电厂供电范围的扩大和需要燃料的增加以及 环保要求的提高等，电厂厂址宜建在远离负荷中心的煤矿 坑口、大的集运港口和道口及大河沿岸，并形成发电基地 或电源中心，以较低的电煤价格降低发电成本。大电厂的 建设根据环保的要求，在能源基地建电厂时，各大容量规 模厂应相距50km左右，同时形成总容量6000—10000MW 的发电中心为宜。
设备 电源 检 修 故障 不足 45.31 39.17 16.76 64.71 14.66 69.26 18.44 67.18 0.00 0.53 0.00 0.00 0.00 0.00
外部 因素 10.78 10.31 8.02 5.34 0.00 17.49
气象 影响 2.56 3.02 5.84 1.25 0.90 0.00
高压电网向特高压电网发展的历程
1985年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压输电线路。 从500kV电压等级到1150kV电压等级用了20年时间； 中国，1949年前，电力工业发展缓慢，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；
19.45 28.69 50.96 3.78 49.50 29.19
1981～1990年间，我国主要电网有近1/3的电网事故 的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五” 期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量 的26.3%， 可见提高设备的运行可靠性是保证电力 系统安全运行的关键。 现代电力设备的可靠性在很大程度上取决于其 绝缘的可靠性。
2005年9月，中国在西北地区（青海官亭—兰州东）建成了 一条750kV输电线路，长度为140.7km。输、变电设备，除 GIS外，全部为国产。
高压电网向特高压电网发展的历程
电网发展的历史表明 ： 相邻两个电压等级的级差，在一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15~20年；
前苏联1150kV输电线路的运行表明： 特高压输电技术和设备，经过20年的研究和开发，到 20世纪80年代中期，已达到用于实际的特高压输电工程 的要求。
例如：输送750万千伏安容量的电力 提高电压的效果： 345kV电压等级 需：七条双回线 走廊宽度为 221.5 m
• 提高输送功率 • 提高输送距离 • 降低线路损耗 • 节省线路走廊
1200kV电压等级 需：仅用一条单回线 走廊宽度为 91.5 m
即：可提高单位走廊宽度输送容量
不同电压等级线损
提高电压等级的技术依据：
提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力。 用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展的最 主要因素。 通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。 自然功率：在输电线路末端接上相当于线路波阻抗负荷时， 线路所输送的功率。
输电电压等级与输送的自然功率
电压（kV） 330
345 32.0
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2.1 绝缘问题的研究
绝缘的定义：将不同电位的导体分隔开来，使它们能够保 持各自的电位。 绝缘的作用：只让电荷沿导线方向移动，而不让它往其他 任何方向移动，这是高电压技术中最关键Fra Baidu bibliotek问题。 研究绝缘的目的：提高绝缘能力
绝缘研究的问题：研究各类绝缘材料（气、液、固）在电 场作用下的电气性能（极化、电导、损耗等），尤其是在强电 场中的击穿特性及其规律。以便研究出可靠的绝缘材料、合理 的绝缘结构。
高压电网向特高压电网发展的历程
输电电压一般分高压、超高压和特高压。
高压（HV）：35~220kV；
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±800kV
1908 年，美国建成了世界第一条110kV 输电线路；经过15 年，于1923年，第一条230kV线路投入运行；1954年建成第 一条345kV线路。从230kV电压等级到345kV电压等级经历 了31年。在345kV投运15年后，1969年建成了765kV线路。
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1.2 过电压-1
工作电压——即额定电压，是国家根据国民 经济的发展水平，经过技术的、经济的比较后确 定的电压。
高电压： 1、 3 、6 、10 、35 、 110 、220 kV 工作电压（kV） 超高电压： 330 、500 、750 kV
特高电压： 1000 kV 及以上
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1.2 过电压-2
提高电压等级的技术依据：
发电能源与用电负荷地理分布不均衡，经济发达地区，用 电需求增长快，往往缺乏一次能源；具有丰富一次能源， 如矿物燃料，水电资源的地区，用电增长相对较慢或人均 用电水平较低。
加拿大、美国、俄罗斯、巴西和中国等国都存在这种 不平衡情况。这种不平衡情况增加了远距离大容量输电和 电网互联的需求。
电力系统的构成
电厂
升压 变电站
输电网
降压 变电站
配电网
箱式 变电站
用户
高压电气设备
变压器 电容性设备 电力电缆
发电机
GIS · · ·
停电原因
(%)
城市
上海 太原 长春 杭州 广州 西宁
电网 结构 0.06 1.63 0.40 2.97 0.00 0.04
管理 不善 2.12 3.04 1.82 4.82
高压电网向特高压电网发展的历程
为适应葛洲坝水电厂送出工程的需要，1983年又建成葛洲 坝-武昌和葛洲坝-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。
中国，在逐渐形成330kV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。
提高电压等级的技术依据：
通常按未来20~30年输电网不同的平均输送容量和不同的 平均输电距离的要求，以1～2个电压等级进行输电能力分 析，作出不同方案的每KW电力的输电成本曲线，以各成 本曲线的经济平衡点或平衡区决定更高电压的标称值。 世界各国在选择 345kV和500kV以上的更高电压等级时， 分析比较，并进行了大量的计算得出结论： 330kV（345kV）电网，选用750kV（765kV）， 平均输电距离300km及以上； 500kV电网，选用1000kV（1100kV），平均输送 距离500km及以上。