高电压(上课)资料PPT课件

.,1,高电压工程辅导,2,.,教材及相关参考书籍,本课程主要内容1、电介质的电气特性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,1,3,.,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,2,4,.,前言介绍,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,3,5,.,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）：330750kV；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,4,6,.,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。,4,7,.,2.中国电网发展历史中国，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。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。,5,8,.,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）,6,9,.,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。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）,7,10,.,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。电压等级（1：安全电压（通常36V以下）；2：低压（又分220V和380V）；3：高压（10KV-220KV）；4：超高压330KV-750KV；5：特高压1000KV交流、800KV直流以上；）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。,8,11,.,12,12,.,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：1000kV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。,10,13,.,3、提高电压等级的主要原因,（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,11,14,.,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。,12,15,.,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。,13,16,.,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。,12,17,.,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。800kV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。,15,18,.,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。,16,19,.,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。,17,20,.,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）,18,21,.,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。,19,22,.,国家电网公司,20,23,.,23,21,24,.,三、高电压技术的主要研究的问题,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,22,25,.,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,23,26,.,2.试验问题,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,24,27,.,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,25,28,.,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,26,29,.,辅导课程主要内容,一、电介质的电气特性二、电气设备绝缘试验三、电力系统过压与绝缘配合雷电及雷电保护装置,27,30,.,一、电介质的电气特性,1、电介质电介质：具有绝缘作用的材料称为电介质2、绝缘、绝缘体绝缘：将电位不同的带电导体隔离，使他们不存在电气上的连接，从而保持不同的电位。绝缘体：用作绝缘的电介质，在通常情况下是不导电，就是良好的绝缘体。,28,31,.,一、电介质的电气特性,3、电介质的类型电介质的类型：气体电介质、液体电介质、固体电介质。在高压电气设备中，除了某些场合采用空气、SF6作为绝缘电介质，液体和固体电介质更被广泛应用。由于液体和固体电介质的绝缘强度比气体高得多，用他们作为电气设备的内绝缘时可使绝缘尺寸缩小、设备结构紧凑。,29,32,.,一、电介质的电气特性,4、气体中带点粒子的产生和消失气体中带电粒子产生形式：碰撞电离，光电离，热电离，表面电离。碰撞电离：气体中的分子、电子、离子等粒子在碰撞中产生的电离，称为碰撞电离光电离：由光辐射引起的气体分子电离称为光电离。热电离：因气体热状态引起的电离过程，称为热电离。,30,33,.,一、电介质的电气特性,4、气体中带点粒子的产生和消失表面电离：在外界电离因素的作用下，电子可能从金属电极的表面释放，称为表面电离或表面发射。气体去电离的基本形式：(1)带电粒子向电极定向运动并进入电极形成回路电流，从而减少了气体中的带电离子。(2)带电粒子的扩散。(3)带电粒子的复合。(4)吸附效应,31,34,.,一、电介质的电气特性,5、电子崩电子崩：指电子在电场作用下从阴极奔向阳极的过程中与中性分子碰撞发生电离，电离的结果产生出新的电子，新生电子又与初始电子一起继续参加碰撞电离，从而使气体中的电子数目由1变2，又由2变4急剧增加，这种迅猛的发展的碰撞电离过程犹如高山上发生的雪崩，因此被形象的称之为电子崩。,32,35,.,一、电介质的电气特性,6、电介质的老化电介质的老化：由于电介质内部的局部放电引起的。在强电场作用下，电介质中存在的气隙等杂质发生局部放电。这种局部放电属非完全击穿，并不立即形成贯穿性放电通道，但在持续电压的作用下局部放电逐步发展，最后导致击穿。,33,36,.,一、电介质的电气特性,7、固体电介质的击穿击穿方式：电击穿、热击穿、电化学击穿。电击穿：击穿电压与周围环境温度无关，与电压作用时间关系不大，介质发热不显著，而电场均匀程度对击穿电压影响很大，电击穿所需的电场强度比较高。热击穿：击穿电压随环境温度的升高呈指数规律下降，击穿电压直接与介质的散热条件相关。加压时间短，热击穿电压降升高。,34,37,.,一、电介质的电气特性,8、液体和固体电介质构成的内绝缘的电气性能有如下特点：电介质的电气强度一般不受外界大气条件变化的影响；固体电介质构成的绝缘属非自恢复性绝缘，一旦发生击穿就造成不可逆转的破坏液体和固体电介质在运行中会逐渐老化，导致绝缘性能下降、寿命缩短,35,38,.,一、电介质的电气特性,9、常用电气设备的绝缘绝缘子高压高管电容器及电缆变压器高压电机GIS设备,36,39,.,一、电介质的电气特性,10、绝缘子的分类按照绝缘和连接方式的不同，可分为绝缘子、瓷套、套管绝缘子：用于导电体和接地体之间的绝缘和固定连接，如隔离开关安装触头的支柱绝缘子、输电线固定导线的悬式绝缘子串等。套管：用来使这些导体与隔板绝缘的一种支撑装置。瓷套管：以电瓷（或还有空气）为绝缘，结构简单，维护方便，广泛应用于35Kv及以下电压等级的穿墙套管和10Kv级以下的电压等级的电气套管。,37,40,.,一、电介质的电气特性,绝缘子：用于导电体和接地体之间的绝缘和固定连接，如隔离开关安装触头的支柱绝缘子、输电线固定导线的悬式绝缘子串等。,38,41,.,一、电介质的电气特性,瓷套管：以电瓷（或还有空气）为绝缘，结构简单，维护方便，广泛应用于35Kv及以下电压等级的穿墙套管和10Kv级以下的电压等级的电气套管。,39,42,.,一、电介质的电气特性,套管：用来使这些导体与隔板绝缘的一种支撑装置。,40,43,.,一、电介质的电气特性,11、线路绝缘子集中类型的使用范围比对：在6-10Kv的配电线路中广泛采用针式绝缘子；在35Kv以上的高压线路中都使用悬式绝缘子或悬式绝缘子串。12、设计套管时，需要遵循下述原则：在运行电压下不发生电晕放电在内部过压作用下不发生滑闪放电沿面距离足够长，以保证必要的闪络电压,41,44,.,二、电气设备绝缘试验,1、绝缘试验：主要检测电气设备的绝缘能否满足系统运行的要求，按施加电压的高低可分为非破坏性试验（绝缘性能试验）和破坏性试验（耐压试验）。2、工频耐压试验是高压设备绝缘的一项基本耐压试验，用于校核在交流电压下的绝缘水平，对220Kv及以下电压等级的设备也用于等效校核绝缘耐受冲击电压的能力。,42,45