高电压工程基础

前言

第1章 绪论

1.1 高压输电的必要性

1.2 我国电力工业的发展

1.3 电力工业对高电压技术发展的促进作用

1.4 新材料和新技术在高电压技术中的应用

1.5 高电压技术在其他领域的应用

第2章 气体放电的基本物理过程

2.1 带电质点的产生与消失

2.1.1 气体中电子与正离子的产生

2.1.2 电极表面的电子逸出

2.1.3 气体中负离子的形成

2.1.4带电质点的消失

2.2 放电的电子崩阶段

2.2.1 非自持放电和自持放电的不同特点

2.2.2 电子崩的形成

2.2.3 影响碰撞电离系数的因素

2.3 自持放电条件

2.3.1 pd值较小时的情况

2.3.2 Pd值较大时的情况

2.3.3 电负性气体的情况

2.4 不均匀电场中气体放电的特点

2.4.1 稍不均匀电场和极不均匀电场的不同特点

2.4.2 极不均匀电场中的电晕放电

2.4.3 不均匀电场中放电的极性效应

习题

第3章 气体间隙的击穿强度

3.1 稳态电压下的击穿

3.1.1 均匀电场中的击穿

3.1.2 稍不均匀电场中的击穿

3.1.3 极不均匀电场中的击穿

3.2 雷电冲击电压下的击穿

3.2.1 冲击电压的标准波形

3.2.2 放电时延

3.2.3 50%击穿电压及冲击系数

3.2.4 伏-秒特性

3.3 操作冲击电压下的击穿

3.3.1 操作冲击电压下击穿的U形曲线

3.3.2 操作冲击电压的推荐波形

3.3.3 长空气间隙在操作冲击电压下的击穿强度

3.4 大气密度和湿度对击穿的影响

3.4.1 大气校正因数

3.4.2 海拔的影响

3.5 SF6气体间隙中的击穿

3.5.1 均匀和稍不均匀电场中的击穿

3.5.2 极不均匀电场中的击穿

3.5.3 影响击穿场强的因素

3.5.4 快速暂态过电压下的击穿

3.6 提高气隙击穿电压的措施

3.6.1 改善电场分布的措施

3.6.2 削弱电离过程的措施

习题

第4章 气体中沿固体绝缘表面的放电

4.1 界面电场分布的典型情况

4.2 均匀电场中的沿面放电

4.3 极不均匀电场中的沿面放电

4.3.1 具有强垂直分量时的沿面放电

4.3.2 具有弱垂直分量时的沿面放电

4.4 受潮表面的沿面放电

4.4.1 表面凝露对沿面放电的影响

4.4.2 表面淋雨对沿面放电的影响

4.5 脏污绝缘表面的沿面放电

4.5.1 污闪的发展过程

4.5.2 影响污闪电压的因素

4.5.3 污秽等级的划分

4.5.4 防止污闪的措施

习题

第5章 液体和固体介质的电气特性

5.1 电介质的极化、电导与损耗

5.1.1 电介质的极化

5.1.2 电介质的电导

5.1.3 电介质的能量损耗

5.2 液体介质的击穿

5.2.1 影响液体介质击穿的因素

5.2.2 减小杂质影响的措施

5.3 固体介质的击穿

5.3.1 电击穿

5.3.2 热击穿

5.3.3 电化学击穿

5.4 组合绝缘的特性

5.4.1 油-屏障绝缘和油纸绝缘的特点

5.4.2 多介质系统中的电场

5.4.3 电场调整的方法

5.5 绝缘的老化

5.5.1 电介质的热老化

5.5.2 介质的电老化

5.5.3 机械力的影响

5.5.4 环境的影响

习题

第6章 电气设备绝缘的预防性试验

6.1 绝缘电阻的测试

6.1.1 多层介质的吸收现象

6.1.2 绝缘电阻和吸收比的测量

6.2 泄漏电流的测量

6.3 介质损耗角正切值的测量

6.3.1 西林电桥的基本原理

6.3.2 外界电磁场对电桥的干扰

6.3.3 影响tgδ测量结果的因素

6.3.4 数字化测量方法

6.4 局部放电的测试

6.4.1 局部放电的检测回路

6.4.2 局部放电的测量阻抗和测量仪器

6.4.3 用超声波探测器测量局部放电

6.5 电压分布的测量

6.6 绝缘油的电气试验和气相色谱分析

6.7 绝缘状态的在线监测

6.7.1 tgδ的在线监测

6.7.2 局部放电的在线监测

6.7.3 油中气体含量的在线监测

习题

第7章 电气设备绝缘的高电压试验

7.1 交流高电压试验

7.1.1 工频高电压的产生

7.1.2 串联谐振交流高压的产生

7.1.3 交流高压试验

7.2 直流高电压试验

7.2.1 直流高电压的产生

7.2.2 直流高电压的试验

7.3 冲击电压试验

7.3.1 冲击电压发生器与参数计算

7.3.2 截断波的产生方法

7.3.3 操作冲击电压的获得

7.3.4 陡波前冲击电压的产生

7.4 稳态高电压的测量

7.4.1 气体放电间隙

7.4.2 静电电压表

7.4.3 利用高压电容器的测量方法

7.4.4 高压分压器

7.5 冲击电压的测量

7.5.1 球间隙测量冲击电压的幅值

7.5.2 冲击电压分压器

7.6 光电与数字化测量技术

7.6.1 光电测量技术

7.6.2 数字化测量技术

习题

第8章 线路和绕组中的波过程

8.1 波在单根均匀无损导线上的传播

8.1.1 单根输电线路的等效电路

8.1.2 波阻抗与波速

8.1.3 波动方程及其解

8.1.4 前行波和反行波

8.2 行波的折射与反射

8.2.1 折射系数和反射系数

8.2.2 彼德逊法则

8.2.3 等效波法则

8.3 行波通过串联电感与旁过并联电容

8.3.1 直角波通过串联电感

8.3.2 直角波旁过并联电容

8.4 行波的多次折、反射

8.5 行波在无损平行多导线系统中的传播

8.6 冲击电晕对线路上波过程的影响

8.7 变压器绕组中的波过程

8.7.1 单绕组中的波过程

8.7.2 三相绕组中的振荡过程

8.7.3 绕组间波的传递

8.7.4 变压器的内部保护

8.8 旋转电机绕组中的波过程

习题

第9章 雷电及防雷装置

9.1 雷电放电的发展过程

9.2 雷电参数

9.3 避雷针和避雷线

9.4 避雷器

9.4.1 保护间隙

9.4.2 管式避雷器

9.4.3 阀式避雷器

9.5 防雷接地

习题

第10章 输电线路的防雷保护

10.1 输电线路防雷的原则和措施

10.2 线路感应雷过电压

10.2.1 无避雷线时的感应雷过电压

10.2.2 有避雷线时的感应雷过电压

10.3 输电线路的直击雷过电压

10.3.1 无避雷线时直击雷过电压

10.3.2 有避雷线时直击雷过电压

10.4 输电线路雷击跳闸率的计算

习题

第11章 发电厂和变电所的防雷保护

11.1 发电厂和变电所的直击雷保护

11.1.1 装设避雷针(线)的原则

11.1.2 避雷针(线)的设计计算

11.1.3 几个具体问题

11.2 发电厂和变电所的行波保护

11.2.1 避雷器的保护作用

11.2.2 变电所的进线保护

11.3 变电所防雷的几个具体问题

11.3.1 三绕组变压器和自耦变压器的防雷保护

11.3.2 变压器的中性点保护

11.3.3 配电变压器的防雷保护

11.4 气体绝缘变电所的防雷保护

11.4.1 GIS变电所雷电过电压保护的特点

11.4.2 GIS变电所常用的雷电保护接线

11.5 旋转电机的防雷

11.5.1 旋转电机防雷保护的特点

11.5.2 直配电机的防雷保护

11.5.3 非直配电机的防雷保护

习题

第12章 暂时过电压

12.1 工频电压升高

12.1.1 超高压系统中土频电压升高的重要性

12.1.2 工频电压升高的原因

12.1.3 工频电压升高的限制措施

12.2 谐振过电压

12.2.1 谐振的类型

12.2.2 铁磁谐振过电压

习题

第13章 操作过电压

13.1 中性点不接地系统电弧接地引起的过电压

13.1.1 过电压发展的物理过程

13.1.2 限制过电压的措施

13.2 合闸空载线路引起的过电压

13.2.1 产生过电压的物理过程

13.2.2 影响过电压的因素

13.2.3 限制过电压的措施

13.3 切除空载线路引起的过电压

13.3.1 产生过电压的物理过程

13.3.2 影响过电压的因素

13.3.3 限制过电压的措施

13.4 切除空载变压器产生的过电压

13.4.1 产生过电压的物理过程

13.4.2 影响过电压的因素

13.4.3 限制过电压的措施

13.5 CIS中快速暂态过电压(VFTO)

13.5.1 VFTO产生的机理

13.5.2 VFTO的特性

13.5.3 VFTO的影响因素

13.5.4 VFTO的危害

13.5.5 VFTO的防护

13.5.6 GIS的VFTO计算实例

习题

第14章 电力系统过电压计算

14.1 概述

14.2 单相电磁暂态过程的元件模型

14.2.1 集中参数电路模型

14.2.2 分布参数电力模型——单相无损线的Bergeron等效计算电路

14.2.3 线路损耗近似的处理方法

14.2.4 电源支路的模拟

14.2.5 单相暂态等效计算网络的形成及求解

14.3 多相电磁暂态过程的数学模型

14.4 开关元件与非线性元件模型

14.5 初始值的确定

习题

第15章 电力系统的绝缘配合

15.1 绝缘配合的基本概念与方法

15.1.1 绝缘配合的原则

15.1.2 绝缘配合的方法

15.2 输变电设备绝缘水平的确定

15.3 输电线路绝缘水平的确定

15.3.1 绝缘子片数的确定

15.3.2 输电线路空气间隙的确定

习题

参考文献

本书介绍与高电压有关的电介质——气体、液体、固体的放电过程、发展机理及绝缘特性，分析影响这些特性的因素；交流、直流高电压和冲击高电压的产生方法、原理、基本装置以及它们的测量手段，相关绝缘的试验技术；电力系统过电压产生的物理过程及其防护措施和电力系统绝缘配合的基本概念；同时反映近年来高电压领域的新技术，以适应电力工业发展的需要。本书作者具有多年的教学经验，精选内容，删繁就简：既加强基础部分，又使其具有适用性，并兼顾不同水平读者的需求。

本书除可作为电气类专业课教材外，也可供大专、成人自学和电力、电工部门职工培训、电力管理工作者及有关技术人员参考。

本书介绍与高电压有关的电介质--气体、液体、固体的放电过程、发展机理及绝缘特性，分析影响这些特性的因素；交流、直流高电压和冲击高电压的产生方法、原理、基本装置以及它们的测量手段，相关绝缘的试验技术；电力系统过电压产生的物理过程及其防护措施与电力系统绝缘配合的基本概念；同时反映近年来高电压领域的新技术，第2版除对原来内容进行完善修改外，还增加了“直流系统过电压”和“电力系统电磁环境”两章，以适应电力工业发展的需要。本书籍作者具有多年的教学经验，精选内容，删繁就简，既体现加强基础，又使其具有适用性，并兼顾不同水平读者的要求。

前言

第1版前言

第1章绪论1

1.1高压输电的必要性1

1.2我国电力工业的发展3

1.3电力工业对高电压技术

发展的促进作用6

1.4新材料和新技术在高电压

技术中的应用7

1.5高电压技术在其他领域的应用9

第2章气体放电的基本物理过程11

2.1带电质点的产生与消失11

2.1.1气体中电子与正离子的产生11

2.1.2电极表面的电子逸出13

2.1.3气体中负离子的形成14

2.1.4带电质点的消失15

2.2放电的电子崩阶段15

2.2.1非自持放电和自持

放电的不同特点15

2.2.2电子崩的形成16

2.2.3影响碰撞电离系数的因素17

2.3自持放电条件18

2.3.1pd值较小时的情况18

2.3.2pd值较大时的情况19

2.3.3电负性气体的情况21

2.4不均匀电场中气体放电的特点21

2.4.1稍不均匀电场和极不均匀

电场的不同特点21

2.4.2极不均匀电场中的电晕放电22

2.4.3不均匀电场中放电的极性效应24

2.5放电等离子体26

2.5.1等离子体的分类与术语26

2.5.2平衡等离子体27

2.5.3非平衡等离子体29

习题30

第3章气体间隙的击穿强度31

3.1稳态电压下的击穿31

3.1.1均匀电场中的击穿31

3.1.2稍不均匀电场中的击穿32

3.1.3极不均匀电场中的击穿33

3.2雷电冲击电压下的击穿34

3.2.1冲击电压的标准波形34

3.2.2放电时延35

3.2.350%击穿电压及冲击系数35

3.2.4伏秒特性36

3.3操作冲击电压下的击穿38

3.3.1操作冲击电压下

击穿的U形曲线38

3.3.2操作冲击电压的推荐波形38

3.3.3长空气间隙在操作冲击电压下

的击穿强度39

3.4大气密度和湿度对击穿的影响39

3.4.1大气校正因数40

3.4.2海拔的影响41

3.5SF6气体间隙中的击穿41

3.5.1均匀和稍不均匀

电场中的击穿41

3.5.2极不均匀电场中的击穿43

3.5.3影响击穿场强的因素44

3.5.4快前沿脉冲电压下的击穿46

3.6提高气体间隙击穿电压的措施47

3.6.1改善电场分布的措施47

3.6.2削弱电离过程的措施48

习题50

第4章气体中沿固体绝缘

表面的放电51

4.1界面电场分布的典型情况51

4.2均匀电场中的沿面放电51

4.3极不均匀电场中的沿面放电53

4.3.1具有强垂直分量时

的沿面放电53

4.3.2具有弱垂直分量时

的沿面放电54

4.4受潮表面的沿面放电56

4.4.1表面凝露对沿面放电的影响57

4.4.2表面淋雨对沿面放电的影响57

4.5脏污绝缘表面的沿面放电58

4.5.1污闪的发展过程59

4.5.2影响污闪电压的因素59

4.5.3污秽等级的划分60

4.5.4防止污闪的措施61

习题62

〖1〗Ⅵ高电压工程基础第2版

第5章液体和固体介质的电气特性63

5.1电介质的极化、电导与损耗63

5.1.1电介质的极化63

5.1.2电介质的电导65

5.1.3电介质的能量损耗66

5.2液体介质的击穿67

5.2.1影响液体介质击穿的因素68

5.2.2减小杂质影响的措施69

5.3固体介质的击穿70

5.3.1电击穿70

5.3.2热击穿71

5.3.3电化学击穿72

5.4组合绝缘的特性75

5.4.1油屏障绝缘和油纸

绝缘的特点75

5.4.2多介质系统中的电场75

5.4.3电场调整的方法76

5.5绝缘的老化77

5.5.1电介质的热老化78

5.5.2介质的电老化78

5.5.3机械力的影响78

5.5.4环境的影响79

习题79

第6章电气设备绝缘的预防性试验80

6.1绝缘电阻的测试80

6.1.1多层介质的吸收现象80

6.1.2绝缘电阻和吸收比的测量82

6.2泄漏电流的测量83

6.3介质损耗角正切值的测量85

6.3.1西林电桥的基本原理85

6.3.2外界电磁场对电桥的干扰87

6.3.3影响tanδ测量结果的因素88

6.3.4数字化测量方法88

6.4局部放电的测试89

6.4.1局部放电的检测回路89

6.4.2局部放电的测量

阻抗和测量仪器90

6.4.3用超声波探测器

测量局部放电91

6.5电压分布的测量91

6.6绝缘油的电气试验

和气相色谱分析92

6.7绝缘状态的在线监测94

6.7.1tanδ的在线监测94

6.7.2局部放电的在线监测95

6.7.3油中气体含量的在线监测96

习题96

第7章电气设备绝缘的高电压试验98

7.1交流高电压试验98

7.1.1工频高电压的产生98

7.1.2串联谐振交流高电压的产生101

7.1.3交流高电压试验102

7.2直流高电压试验103

7.2.1直流高电压的产生103

7.2.2直流高电压的试验106

7.3冲击电压试验107

7.3.1冲击电压发生器与参数计算107

7.3.2截断波的产生方法110

7.3.3操作冲击电压的获得111

7.3.4陡波前冲击电压的产生111

7.4脉冲功率技术112

7.4.1脉冲功率技术的内涵与特点112

7.4.2脉冲功率装置的基本构成112

7.4.3脉冲功率技术的应用114

7.5稳态高电压的测量116

7.5.1气体放电间隙117

7.5.2静电电压表118

7.5.3利用高压电容器的测量方法119

7.5.4高压分压器120

7.6冲击电压的测量121

7.6.1球间隙测量冲击电压的幅值122

7.6.2冲击电压分压器122

7.6.3纳秒脉冲测量技术127

〖1〗目录Ⅶ7.7光电与数字化测量技术130

7.7.1光电测量技术130

7.7.2数字化测量技术132

习题133

第8章集中参数的过渡过程及线路和

绕组中的波过程134

8.1线性集中参数电路的过渡过程134

8.1.1直流电压作用在LC串联回路上

的过渡过程134

8.1.2交流电压作用在RLC串联回路上

的过渡过程135

8.2波在单根均匀无损导线上的传播137

8.2.1单根输电线路的等效电路137

8.2.2波阻抗与波速137

8.2.3波动方程及其解139

8.2.4前行波和反行波140

8.3行波的折射与反射141

8.3.1折射系数和反射系数141

8.3.2彼德逊法则143

8.3.3等效波法则144

8.4行波通过串联电感与旁过并联电容145

8.4.1直角波通过串联电感145

8.4.2直角波旁过并联电容146

8.5行波的多次折、反射148

8.6行波在无损平行多

导线系统中的传播151

8.7冲击电晕对线路上波过程的影响154

8.8变压器绕组中的波过程155

8.8.1单绕组中的波过程155

8.8.2三相绕组中的振荡过程159

8.8.3绕组间波的传递160

8.8.4变压器的内部保护160

8.9旋转电机绕组中的波过程161

习题162

第9章雷电及防雷装置163

9.1雷电放电的发展过程163

9.2雷电参数164

9.3避雷针和避雷线167

9.4避雷器169

9.4.1保护间隙170

9.4.2管式避雷器170

9.4.3阀式避雷器170

9.5防雷接地176

习题179

第10章输电线路的防雷保护180

10.1输电线路防雷的原则和措施180

10.2线路感应雷过电压181

10.2.1无避雷线时的感应

雷过电压182

10.2.2有避雷线时的感应

雷过电压183

10.3输电线路的直击雷过电压183

10.3.1无避雷线时的直击雷过电压183

10.3.2有避雷线时的直击雷过电压185

10.4输电线路雷击跳闸率的计算188

习题191

第11章发电厂和变电所的

防雷保护192

11.1发电厂和变电所的直击雷保护192

11.1.1装设避雷针（线）的原则192

11.1.2避雷针（线）的设计计算192

11.1.3几个具体问题193

11.2发电厂和变电所的行波保护194

11.2.1避雷器的保护作用194

11.2.2变电所的进线保护197

11.3变电所防雷的几个具体问题200

11.3.1三绕组变压器和自耦变压器

的防雷保护200

11.3.2变压器的中性点保护201

11.3.3配电变压器的防雷保护202

11.4气体绝缘变电所的防雷保护202

11.4.1GIS变电所雷电过电压

保护的特点203

11.4.2GIS变电所常用的

雷电保护接线203

11.5旋转电机的防雷203

11.5.1旋转电机防雷保护的特点204

11.5.2直配电机的防雷保护204

11.5.3非直配电机的防雷保护206

习题206

〖1〗Ⅷ高电压工程基础第2版〖1〗目录Ⅸ第12章暂时过电压207

12.1工频电压升高207

12.1.1超高压系统中工频

电压升高的重要性208

12.1.2工频电压升高的原因208

12.1.3工频电压升高的限制措施211

12.2谐振过电压213

12.2.1谐振的类型213

12.2.2铁磁谐振过电压214

习题216

第13章操作过电压217

13.1中性点不接地系统电弧

接地引起的过电压217

13.1.1过电压发展的物理过程217

13.1.2限制过电压的措施219

13.2合闸空载线路引起的过电压221

13.2.1产生过电压的物理过程221

13.2.2影响过电压的因素222

13.2.3限制过电压的措施222

13.3切除空载线路引起的过电压223

13.3.1产生过电压的物理过程223

13.3.2影响过电压的因素224

13.3.3限制过电压的措施225

13.4切除空载变压器产生的过电压225

13.4.1产生过电压的物理过程225

13.4.2影响过电压的因素226

13.4.3限制过电压的措施226

13.5GIS中快速暂态过电压(VFTO)227

13.5.1VFTO产生的机理227

13.5.2VFTO的特性227

13.5.3VFTO的影响因素228

13.5.4VFTO的危害229

13.5.5VFTO的防护230

13.5.6GIS的VFTO计算实例230

习题232

第14章直流系统过电压233

14.1来自换流站交流侧的过电压233

14.1.1暂时过电压233

14.1.2操作过电压233

14.1.3雷击过电压234

14.2来自换流站直流侧的过电压234

14.2.1暂时过电压234

14.2.2操作过电压234

14.2.3雷电过电压237

14.3陡波过电压238

14.4换流站的过电压防护238

14.4.1换流站直流线路的防护238

14.4.2换流站直流侧的防护238

14.4.3换流站交流侧设备的防护240

14.4.4交流电网的防护240

习题240

第15章电力系统的电磁环境241

15.1交流输电线路的电磁环境241

15.1.1交流输电线路的工频电磁环境

15.1.2交流输电线路的高频电磁环境

15.2变电站的电磁环境245

15.3直流输电线路的电磁环境247

15.4换流站的电磁环境250

15.5电力系统外部的电磁骚扰源252

15.6电力系统电磁环境的一般性防护

方法253

习题253

第16章电力系统过电压计算254

16.1概述254

16.2单相电磁暂态过程的元件模型256

16.2.1集中参数电路模型256

16.2.2分布参数电力模型——单相无损

线的Bergeron等效计算电路258

16.2.3线路损耗近似的处理方法262

16.2.4电源支路的模拟262

16.2.5单相暂态等效计算

网络的形成及求解263

16.3多相电磁暂态过程的数学模型266

16.4开关元件与非线性元件模型267

16.5初始值的确定268

习题268

第17章电力系统的绝缘配合269

17.1绝缘配合的基本概念与方法269

17.1.1绝缘配合的原则269

17.1.2绝缘配合的方法270

17.2输变电设备绝缘水平的确定271

17.3输电线路绝缘水平的确定276

17.3.1绝缘子片数的确定276

17.3.2输电线路空气间隙的确定278

习题279