高电压技术--概述课件

主讲人：张主讲人：张 新新 慧慧 Tel:13561619726 Email:高电压技术高电压技术1主讲人：张 新 慧高电压技术11高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程18751875年，法国巴黎建成世界上第一座发电厂，标志着年，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。世界电力时代的到来。18911891年，在德国劳芬电厂安装了世界第一台三相交流年，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发电机：它发出的三相交流电通过第一条13.8kV13.8kV输电输电线将电力输送到远方用电地区，使电力既用于照明，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。又用于动力，从而开始了高压输电的时代。18791879年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。年，中国上海公共租界点亮了第一盏电灯。18821882年，年，第一家电业公司第一家电业公司上海电气公司成立。上海电气公司成立。100100多年来，输电电压由最初的多年来，输电电压由最初的13.8kV13.8kV逐步发展到逐步发展到2020，3535，6666，110110，134134，220220，330330，345345，400400，500500，735735，750750，765765，1000kV1000kV。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2输电电压一般分高压、超高压和特高压。输电电压一般分高压、超高压和特高压。高压（高压（HV）：）：35220kV；超高压（超高压（EHV）：）：330 750kV；特高压（特高压（UHV）：）：1000kV及以上及以上高压直流（高压直流（HVDC）：）：600kV及以下及以下特高压直流（特高压直流（UHVDC）：）：600kV以上，以上，包括包括750kV和和800kV1908 年，美国建成了世界第一条年，美国建成了世界第一条110kV 输电线路；经过输电线路；经过15年，于年，于1923年，第一条年，第一条230kV线路投入运行；线路投入运行；1954年年建成第一条建成第一条345kV线路。从线路。从230kV电压等级到电压等级到345kV电压电压等级经历了等级经历了31年。在年。在345kV投运投运15年后，年后，1969年建成了年建成了765kV线路。线路。高压电网向特高压电网发展的历程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）：352231952年，瑞典建成世界上第一条年，瑞典建成世界上第一条380kV超高压线路；超高压线路；1965年，加拿大建成世界第一条年，加拿大建成世界第一条735kV超高压线路；超高压线路；1952年，前苏联建成第一条年，前苏联建成第一条330kV线路；线路；1956年建成年建成400kV线路；线路；1967 年建成年建成750kV 线路。从线路。从330kV 电压等级发电压等级发展到展到750kV电压等级用了电压等级用了15年时间。年时间。欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展欧洲和美国，在超高压输电方面，主要发展345kV、380kV和和750kV电压级，电压级，500kV线路发展比较慢。线路发展比较慢。1964年，美国建成第一条年，美国建成第一条500kV线路，从线路，从230kV到到500kV输电，时间间隔达输电，时间间隔达41年。前苏联的年。前苏联的500kV电压电压等级是在等级是在400kV基础上升级发展起来的，基础上升级发展起来的，1964年，建年，建成完善的成完善的500kV输电系统。输电系统。高压电网向特高压电网发展的历程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；19541985年，前苏联建成世界上第一条年，前苏联建成世界上第一条1150kV特高压特高压输电线路；输电线路；从从500kV电压等级到电压等级到1150kV电压等级用了电压等级用了20年时间；年时间；中国，中国，1949年前，年前，电力工业发展缓慢，输电电压由电力工业发展缓慢，输电电压由具体工程决定，电压等级繁多：具体工程决定，电压等级繁多：1908年建成年建成22kV石龙坝水电站至石龙坝水电站至昆明线路；昆明线路；1921年建成年建成33kV石景山电厂至北京城的线路；石景山电厂至北京城的线路；1933年建成抚顺电厂的年建成抚顺电厂的44kV出线；出线；1934年建成年建成66kV延边至老头沟线路；延边至老头沟线路；1935年建成抚顺电厂至鞍山的年建成抚顺电厂至鞍山的154kV线路；线路；1943年建成年建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。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特高压中国，151949年新中国年新中国成立后，按电网发展统一电压等级，逐成立后，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：渐形成经济合理的电压等级系列：高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程1952年，用自主技术建设了年，用自主技术建设了110kV输电线路，逐渐形输电线路，逐渐形成京津唐成京津唐110kV输电网；输电网；1954年，建成丰满至李石寨年，建成丰满至李石寨220kV输电线路，随后继输电线路，随后继续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等续建设辽宁电厂至李石寨，阜新电厂至青堆子等220kV路，迅速形成东北电网路，迅速形成东北电网220kV骨干网架；骨干网架；1972 年建成年建成330kV 刘家峡刘家峡 关中输电线路，全长关中输电线路，全长534km，随后逐渐形成西北电网，随后逐渐形成西北电网330kV骨干网架；骨干网架；1981年建成年建成500kV姚孟姚孟武昌输电线路，全长武昌输电线路，全长595km。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6为适应葛洲坝水电厂为适应葛洲坝水电厂送出工程的需要，送出工程的需要，1983年又建成葛年又建成葛洲坝洲坝-武昌和葛洲坝武昌和葛洲坝-双河两回双河两回500kV线路，开始形成华中线路，开始形成华中电网电网500kV骨干网架，骨干网架，1989年建成年建成500kV葛洲坝葛洲坝-上海上海高压直流输电线，实现了华中高压直流输电线，实现了华中-华东两大区的直流联网。华东两大区的直流联网。高压电网向特高压电网发展的历程高压电网向特高压电网发展的历程中国，在逐渐形成中国，在逐渐形成330kV和和500kV区域输电骨干网架的同时，区域输电骨干网架的同时，于于20世纪世纪80年代初开始了年代初开始了330kV和和500kV以上更高电压等级以上更高电压等级的论证。的论证。1984年，国家明确提出年，国家明确提出500kV以上的输电电压为以上的输电电压为1000kV特高压、特高压、330kV以上的输电电压为以上的输电电压为750kV。2005年年9月，中国在月，中国在西北地区（青海官亭西北地区（青海官亭兰州东）建成兰州东）建成了一条了一条750kV输电线路，长度为输电线路，长度为140.7km。输、变电。输、变电站设备，除站设备，除GIS外，全部为国产。外，全部为国产。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7高电压技术-概述课件8各区域电网2010年底发电设备容量及分类构成国家电网公司发电装机容量（截止2010年底）单位名称发电设备容量（万千瓦）合计水电火电核电新能源其它14449.1857110.7573.62253.9610.85公司合计74398.2914449.1857110.7573.62253.9610.85华北电网16618573.7715480.790563.440华东电网20390.282362.4217210.21573.6244.050华中电网19961.068589.8711323.11037.2410.85东北电网8906.91700.457145.901060.560西北电网8456.342178.595931.610346.150西藏公司65.744.0819.0902.530各区域电网2010年底发电设备容量及分类构成国家电网公司发电9电网发展的历史表明电网发展的历史表明 ：相邻两个电压等级的级差，在一倍以上经济合理。相邻两个电压等级的级差，在一倍以上经济合理。新的更高电压等级的出现时间一般为新的更高电压等级的出现时间一般为1520年。年。前苏联前苏联1150kV输电线输电线路的运行表明：路的运行表明：特高压输电技术和设备，经过特高压输电技术和设备，经过20年的研究和开发，年的研究和开发，到到20世纪世纪80年代中期，已达到用于实际的特高压年代中期，已达到用于实际的特高压输电工输电工程的要求。程的要求。高压电网向特高压电网发展的历程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，在一倍以上经济10用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展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。的最主要因素。提高电压等级的技术依据提高电压等级的技术依据通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。通常用自然功率来粗略地比较其的输电能力。自然功率：自然功率：在输电线路末端接上相当于线路波阻抗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。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输电电压等级与输送的自然功率提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力。提高电压等级可以实现大功率、远距离的输送电力。电压电压（kV）33034550076511001500功率功率（MW）295320885221051809940用电负荷增长是促进超高压电网向特高压电网发展提高电压等级的技11提高电压等级可以实现大功率、远距离地输送电力。提高电压等级可以实现大功率、远距离地输送电力。提高电压等级的技术依据提高电压等级的技术依据由于由于大容量发电厂供电范围的扩大大容量发电厂供电范围的扩大和和需要燃料的增加需要燃料的增加以及以及环保要求环保要求的提高等，电厂厂址宜建在远离负荷中的提高等，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建电厂时，各大容量规模厂应相距50km左右，同时形左右，同时形成总容量成总容量600010000MW的发电中心为宜。的发电中心为宜。提高电压等级可以实现大功率、远距离地输送电力。提高电压等级的12提高电压等级的技术依据提高电压等级的技术依据通常按未来通常按未来20 30年输电网不同的平均输送容量和不同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，以的平均输电距离的要求，以12个电压等级进行输电能力个电压等级进行输电能力分析，作出不同方案的每分析，作出不同方案的每KW电力的输电成本曲线，以各电力的输电成本曲线，以各成本曲线的经济平衡点成本曲线的经济平衡点或平衡区决定更高电压的标称值。或平衡区决定更高电压的标称值。世界各国在选择世界各国在选择 345kV和和500kV以上的更高电压等级时，以上的更高电压等级时，分析分析比较，并进行了大量的计算得出结论：比较，并进行了大量的计算得出结论：330kV（345kV）电网，选用）电网，选用750kV（765kV），），平均输电距离平均输电距离300km及以上；及以上；500kV电网，选用电网，选用1000kV（1100kV），平均输送），平均输送距离距离500km及以上。及以上。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13提高电压等级的技术依据：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，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。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。电和电网互联的需求。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14 提高电压的效果提高电压的效果 提高输送功率提高输送功率 增长输送距离增长输送距离 降低线路损耗降低线路损耗 节省线路走廊节省线路走廊 降低线路造价降低线路造价 长距离输电可联接地域网长距离输电可联接地域网 有利于电力调度有利于电力调度 降低工作电流和系统短路电流，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利于系统运行和降低设备造价例如：输送例如：输送750万千伏安容量的电力万千伏安容量的电力345kV电压等级电压等级需：七条双回线需：七条双回线 走廊宽度为走廊宽度为 221.5 m1200kV电压等级电压等级需：仅用一条单回线需：仅用一条单回线 走廊宽度为走廊宽度为 91.5 m即：可提高单位走廊宽度输送容量即：可提高单位走廊宽度输送容量 不同电压等级线损不同电压等级线损不同电压等级传输能量曲线不同电压等级传输能量曲线 提高电压的效果例如：输送750万千伏安容量的电力15电力系统的构成电力系统的构成电厂电厂输电网输电网配电网配电网用户用户箱箱 式式变电站变电站降降 压压变电站变电站升升 压压变电站变电站电力系统的构成电厂输电网配电网用户箱 式降 压升 16高电压技术-概述课件17变压器电力电缆发电机GIS 电容性设备高压电气设备高压电气设备变压器电力电缆发电机电容性设备高压电气设备18停电原因停电原因(%)城城 市市电网电网结构结构管理管理不善不善设备设备故障故障检检 修修电源电源不足不足外部外部因素因素气象气象影响影响上海上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00停电原因(%)城 市电网管理设备检 修电源外部气象上海0.1919811990年间，我国主要电网有近年间，我国主要电网有近1/3的电网的电网事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在事故的直接起因是设备故障损坏所造成的，而在“八五八五”期间，由设备故障直接引发的电网事故占期间，由设备故障直接引发的电网事故占事故总量的事故总量的26.3%，可见提高设备的运行可靠性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。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。绝缘的可靠性。停电原因停电原因19811990年间，我国主要电网有近1/3的电网现代电力20高电压工程的主要问题高电压工程的主要问题电电力力工工业业与与高高电电压压技技术术的的密密切切关关系系高电压工程的主要问题电的21概概 述述研究对象研究对象3研究内容研究内容研究意义研究意义2212概 述研究对象3研究内容研究意义221222231、研究对象：、研究对象：高电压技术高电压技术是以是以绝缘绝缘和和过电压过电压为研究为研究对象的一门学科，它的任务主要是研究和解决对象的一门学科，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。距离输电而发展起来的。231、研究对象：高电压技术是以绝缘和过电23241.1 绝缘绝缘：输电线、变压器、电机和其他电气设备的输电线、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。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离正常的工作电压外，还要能承受短时过电压的作用。压的作用。绝缘体绝缘体隔离不同电位的带电导体的隔离不同电位的带电导体的物质，又称为物质，又称为电介质电介质。241.1 绝缘：输电线、变压器、电机和其他24251.2 过电压过电压-1 工作电压工作电压即额定电压，是国家根据国民即额定电压，是国家根据国民经济的发展水平，经过技术的、经济的比较后确经济的发展水平，经过技术的、经济的比较后确定的电压。定的电压。工作电压（工作电压（kV）高电压：高电压：1、3、6、10、35、110、220 kV超高电压：超高电压：330、500、750 kV 特高电压：特高电压：1000 kV 及以上及以上251.2 过电压-1 工作电压即额定电2526过电压过电压电力系统中异常的电压升高。电力系统中异常的电压升高。过电压（过电压（kV）外部过电压：由雷电和雷击电外部过电压：由雷电和雷击电力系统引起，幅值很高（兆伏力系统引起，幅值很高（兆伏级），持续时间较短。级），持续时间较短。内部过电压：由系统内部暂态内部过电压：由系统内部暂态过程引起，幅值不大（过程引起，幅值不大（2 4倍倍工作电压），持续时间较长。工作电压），持续时间较长。1.2 过电压过电压-226过电压电力系统中异常的电压升高。26272、研究内容：、研究内容：123 绝缘问题的研究绝缘问题的研究过电压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试验与测量技术的研究 272、研究内容：123 绝缘问题的研究过电压问题的研究高电27 绝缘的定义：绝缘的定义：将不同电位的导体分隔开来，使它们能够保将不同电位的导体分隔开来，使它们能够保持各自的电位。持各自的电位。绝缘的作用：绝缘的作用：只让电荷沿导线方向移动，而不让它往其他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的问题。任何方向移动，这是高电压技术中最关键的问题。研究绝缘的目的：研究绝缘的目的：提高绝缘能力提高绝缘能力 绝缘研究的问题：绝缘研究的问题：研究各类绝缘材料（气、液、固）在电研究各类绝缘材料（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。的绝缘结构。电气设备绝缘的费用电气设备绝缘的费用f(Uf(U3 3),),电压越高绝缘上的投资越大。电压越高绝缘上的投资越大。2.1 绝缘问题的研究绝缘问题的研究 绝缘的定义：将不同电位的导体分隔开来，使它们能够保持28过过电电压压研研究究的的问问题题：过过电电压压产产生生的的机机理理、幅幅值值和和波波形形特特点点，影响过电压的因素及限制过电压的措施。影响过电压的因素及限制过电压的措施。研研究究过过电电压压的的目目的的：降降低低作作用用在在设设备备上上的的各各种种过过电电压压，进进行行绝缘配合。绝缘配合。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。能接受的水平。292.2 过电压问题的研究：过电压问题的研究：292.2 过电压问题的研究：29研究的目的：研究的目的：研制高电压测试设备研制高电压测试设备 为了对设备的绝缘能力进行考核，需采用试验的方法研为了对设备的绝缘能力进行考核，需采用试验的方法研究其击穿机理、影响因素以及检测电气设备耐受水平。设备究其击穿机理、影响因素以及检测电气设备耐受水平。设备生产厂家和电力运行部门都需按其相应规定的绝缘水平对每生产厂家和电力运行部门都需按其相应规定的绝缘水平对每台电气设备进行试验，所以要对高压试验技术进行研究。台电气设备进行试验，所以要对高压试验技术进行研究。研究的问题：研究的问题：研究如何产生电网中可能出现的各种形式的高电压研究如何产生电网中可能出现的各种形式的高电压（直流、交流、冲击）及其测量方法；如何在不对绝缘造成（直流、交流、冲击）及其测量方法；如何在不对绝缘造成损坏的情况下对绝缘的电气性能（极化、电导、损耗等）进损坏的情况下对绝缘的电气性能（极化、电导、损耗等）进行测量并对其绝缘状况进行判断。行测量并对其绝缘状况进行判断。30 2.3 高电压试验与测量技术的研究高电压试验与测量技术的研究 研究的目的：研制高电压测试设备 30 2.3 高电压试验与测30313、研究意义：、研究意义：另外，高电压技术也广泛应用于原子物理、大功率激另外，高电压技术也广泛应用于原子物理、大功率激光技术、高压静电场等研究领域内，我国目前已拥有北京、光技术、高压静电场等研究领域内，我国目前已拥有北京、西安、武汉等高电压试验研究中心。西安、武汉等高电压试验研究中心。绝缘问题的影响绝缘问题的影响 电气设备、输电线路工作电压的提高电气设备、输电线路工作电压的提高电力系统的经济性电力系统的经济性电力系统的安全、可靠电力系统的安全、可靠研究意义：研究意义：将电能大容量、远距离、低损耗地输送到用将电能大容量、远距离、低损耗地输送到用户，提高电力系统运行的经济效益，限制过电压，提高户，提高电力系统运行的经济效益，限制过电压，提高电气设备的耐压水平，保持电网运行的安全、可靠性。电气设备的耐压水平，保持电网运行的安全、可靠性。313、研究意义：另外，高电压技术也广泛应用31参考教材参考教材l高电压技术高电压技术，马永翔编著，北京大学出版社，马永翔编著，北京大学出版社，2009年。年。l高电压技术高电压技术，赵玉林编著，中国电力出版，赵玉林编著，中国电力出版社，社，2008年。年。l高电压技术高电压技术，周泽存编著，中国电力出版，周泽存编著，中国电力出版社，社，2007年。年。参考教材高电压技术，马永翔编著，北京大学出版社，2009年32