淺析高電壓與絕緣技術(shù)的新發(fā)展

1、    淺析高電壓與絕緣技術(shù)的新發(fā)展    張鵬遠(yuǎn) 王宇 王歡【摘要】隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，加強高電壓與絕緣技術(shù)的結(jié)合，對我國高電壓工程的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。本文將從高電壓外絕緣的范圍與主要問題、高電壓技術(shù)實驗研究探討主要特點、高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、及有機外絕緣的應(yīng)用等幾個方面進行分析。【關(guān)鍵詞】高電壓；絕緣技術(shù)；發(fā)展：tm8： a前言目前由于高電壓工程的不斷壯大，高電壓工程中絕緣技術(shù)的問題得到了管理者的廣泛關(guān)注。雖然我國在此技術(shù)上有所完善和進步，但是仍然存在一些問題和不足需要改進。在建設(shè)社會主義和諧社會的新時期，進一步加強高電壓與絕緣技術(shù)結(jié)

2、合的新發(fā)展，是高電壓工程發(fā)展的一個重要環(huán)節(jié)。二、高電壓外絕緣的范圍與主要問題電氣設(shè)備上所有暴露在大氣中需要絕緣的部分都屬于外絕緣的范疇，高電壓設(shè)備的外絕緣包括室內(nèi)絕緣與戶外絕緣。戶外絕緣的運行條件比戶內(nèi)外絕緣復(fù)雜得多，所面對的問題解決起來也困難得多，因而戶外絕緣成為外絕緣研究的主要部分戶外絕緣所面臨的主要問題為：雷擊造成的雷電過電壓問題；電力系統(tǒng)正?；蚬收喜僮饕鸬牟僮鬟^電壓問題；雨中設(shè)備在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問題；設(shè)備表面凝露時在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問題；表面積污的設(shè)備在潮濕的氣象條件時在工作電壓下閃絡(luò)的污閃問題；在設(shè)備本身結(jié)構(gòu)力，在大風(fēng)覆冰地震下的拉壓彎扭，以及系統(tǒng)故障對瞬間電動力下的機械

3、負(fù)荷問題；絕緣材料在長期運行條件下性能逐漸下降的劣化問題或老化問題戶內(nèi)外絕緣面臨的主要問題為：表面凝露時在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問題；表面積污后在潮濕的條件下的污閃問題；操作過電壓的問題；以及設(shè)備本身結(jié)構(gòu)力與電動力的問題。三、高電壓技術(shù)實驗研究探討主要特點1、實驗性強。實驗和分析表明,影響電介質(zhì)在高電壓下行為的因素甚多。因此,根據(jù)特定條件所得出的理論,通常具有較大的局限性。為了獲得具有普遍意義 的結(jié)果,需要從大量的實驗結(jié)果中抽取出反映本質(zhì)的因素。缺少這個由淺入深，由表及里的研究過程,基礎(chǔ)理論的水平難以提高。從這個意義上說,實驗的重要性在本學(xué)科的發(fā)展中是至關(guān)重要的。2、理論性強。由于放電和擊穿是發(fā)

4、生在非限定空間的一種導(dǎo)電現(xiàn)象，其內(nèi)在規(guī)律無法從“路”的觀點來描述，只能從易受多種因素制約的“場”的理論出發(fā)，由于過程復(fù)雜，致使表征其內(nèi)在規(guī)律的理論基礎(chǔ)至今尚不成熟，而且?guī)щ娏?子的行為與物質(zhì)性質(zhì)和狀態(tài)關(guān)系密切，這就更增加了理論探討的難度。所以，長期以來理論研究一直沿著從宏觀、半微觀、微觀的方向逐步深化。因此，不可避免地和電磁場理論、氣體動力學(xué)、基礎(chǔ)熱力學(xué)、電介質(zhì)物理、等離子體物理、電堿流體力學(xué)、統(tǒng)計物理等具有十分密切的聯(lián)系。3、交叉性強。在吸收其他新興學(xué)科的最新成就促進自身不斷發(fā)展的同時，高電壓技術(shù)也在不斷地向其他學(xué)科滲透并成為開拓新興科學(xué)技術(shù)不可缺少的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，高功率脈沖技術(shù)的出現(xiàn)就是

5、個突出的實例。四、高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀1、隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，國民經(jīng)濟建設(shè)中涉及電氣工程尤其是高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)的重大工程被提上議事日程。當(dāng)前，面對電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的局面， 我國正大力發(fā)展電力工業(yè)。據(jù)統(tǒng)計, 我國的發(fā)電容量1980年為3006億kw·h；19951996年，年發(fā)電量躍居到世界第二位，而且增長迅速，2002年我國的年發(fā)電量已達16000億kw·h。按照裝機容量，1996年底我國發(fā)電設(shè)備的裝機容量已達2.3億kw， 居世界第二位。2002年更是達到了3.53億kw。隨著國家電力工業(yè)的戰(zhàn)略布局，西電東送工程正在蓬勃展開。隨著電力需求日益增長，為解決

6、高電壓、大容量、長距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)等交流輸電難以實現(xiàn)的現(xiàn)況，直流輸電由于其傳輸功率大、線路造價低、控制性能好等特點，作為重點輸電工程在國內(nèi)大力開展。在電氣化鐵路事業(yè)中，目前高速鐵路是國家的發(fā)展重點，隨著京滬高速鐵路的論證，中國已經(jīng)開始新一輪高速電氣化鐵路的建設(shè)。同時，城市軌道交通的建設(shè)，包括地鐵和城市輕軌，這些都為高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)的研究生從事科研工作提供了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。一方面，在高電壓輸電領(lǐng)域的推動下，合成高分子材料迅速代替天然材料，這也成為電氣設(shè)備的主要研究與開發(fā)熱點；另一方面，功能電介質(zhì)(包括鐵電、壓電材料)開始嶄露頭角，無線電技術(shù)為其主要應(yīng)用背景。到世紀(jì)末，計算機及光電子信

7、息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，又推動電介質(zhì)的研究開發(fā)進入到微波與光頻波段。在新的世紀(jì)中，納米材料技術(shù)將大大促進功能電介質(zhì)的發(fā)展，將給傳統(tǒng)絕緣介質(zhì)學(xué)科找到新的突破點；而包括從極低頻至光頻波段的電介質(zhì)理論和測試技術(shù)的發(fā)展成就，將會在生物學(xué)科與技術(shù)領(lǐng)域起到舉足輕重的作用。青藏鐵路(格拉段) 的建設(shè)，也提出了在高海拔、永凍土地區(qū)如何進行有效的防雷接地工程等一系列的新課題。隨著我國國防事業(yè)的發(fā)展，脈沖功率技術(shù)也得到了迅猛發(fā)展， 這其中涉及到的有關(guān)材料、運行、評估等問題,也是高電壓與絕緣技術(shù)專業(yè)科研工作者及研究生面臨的新問題。中國得天獨厚的地理資源以及國家經(jīng)濟的迅速發(fā)展，為當(dāng)今科研工作者提供了前所未有的機遇和挑戰(zhàn)。高

8、電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科跨度廣闊，涉及物理、化學(xué)、材料、電氣等，理論研究深至凝聚態(tài)物理，工程應(yīng)用廣到電氣設(shè)備的監(jiān)測與評估。該學(xué)科綜合性很強，既有多學(xué)科的交疊與成果積累，又有科研與工程的結(jié)合，因此要求博士生的基礎(chǔ)扎實，對學(xué)術(shù)研究與工程開發(fā)都有較好的適應(yīng)性與可造就性。五、有機外絕緣的應(yīng)用1、有機絕緣材料在高電壓外絕緣中的應(yīng)用有機絕緣材料在高電壓外絕緣領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎擴展到了所有方面，凡是電工陶瓷有的產(chǎn)品，有機材料都有，甚至還制造出了一些電工陶瓷及鋼化玻璃所沒有的產(chǎn)品。棒形懸式合成絕緣子與線路支柱合成絕緣子是有機材料在高電壓外絕緣領(lǐng)域應(yīng)用最成功的代表，迄今已有數(shù)百萬支棒形懸式合成絕緣子與線路支柱合成絕緣子運

9、行在世界各國的輸電線路上。70年代末80年代初，在總結(jié)以前運行經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，合成絕緣子在技術(shù)上得到了較大的改進，出現(xiàn)了所謂的第二代合成絕緣子。電力系統(tǒng)對合成絕緣子的態(tài)度也有了較大的變化，對合成絕緣子的諸多優(yōu)點也有了更深切的認(rèn)識，合成絕緣子的用量得到較大增長。進入90年代，合成絕緣子的應(yīng)用得到了更大的發(fā)展。在線路合成絕緣子蓬勃發(fā)展的同時及以后，其它品種的有機外絕緣產(chǎn)品也逐步發(fā)展起來。2、有機外絕緣產(chǎn)品的主要優(yōu)點從第一代棒形懸式合成絕緣子開始，有機外絕緣產(chǎn)品就顯示出其明顯的優(yōu)點隨著性能的改進及有機外絕緣產(chǎn)品的大量應(yīng)用，有機外絕緣產(chǎn)品的優(yōu)點得到了更為廣泛的認(rèn)同。如重量輕體積小。棒形懸式合成絕緣子的重

10、量只有同電壓等級瓷或玻璃絕緣子串重量的10%15%，后來發(fā)展起來的硅橡膠合成套簡與瓷套筒相比重量輕的優(yōu)點仍然十分突出。這一優(yōu)點對生產(chǎn)運輸安裝都很有意義，對于野外線路施工其優(yōu)點尤其明顯如不易碎破損率低防破壞性能好硅橡膠產(chǎn)品由于硅橡膠獨特的憎水性遷移性能，在這一點上表現(xiàn)尤其突出如防潮。防爆性能好瓷套式避雷器互感器因內(nèi)部留有較大的空隙，在運行中容易因空隙的呼吸作用而使內(nèi)部組件受潮，并且若內(nèi)部受潮后未得到及時處理，在雷擊過電壓，操作過電壓等情況下就有可能發(fā)生爆炸，而且瓷套的爆炸不僅毀掉了自己，還會殃及臨近的其它設(shè)備與運行人員，從而擴大事故。采用了硅橡膠傘裙與玻璃鋼筒的合成套筒設(shè)備由于內(nèi)部為全固體結(jié)構(gòu)，

11、不存在空隙的呼吸問題，也就避免了呼吸受潮問題。而且，即使有高能量的大電流流過其內(nèi)部，玻璃鋼筒也有很強的防爆性能，與玻璃鋼筒粘接成一體的硅橡膠傘裙也很難飛出，并且，即使有傘裙飛出，也不會殃及其它設(shè)備。六、高電壓有機外絕緣需要研究解決的主要問題首先是關(guān)于介質(zhì)放電和擊穿理論及其特性的研究。在氣體方面，除了重視對氣體放電基本理論方面新見解的探討外，主要是強電負(fù)性氣體及其混合介質(zhì)，重點是研究這類氣體的放電過程和影響因素并作全面的評價。另外是電弧放電及滅弧理論的研究，為提高我國斷路器的水平提供可靠的理論依據(jù)。界面放電理論特別是在污穢條件下界面放電理論的研究是至關(guān)重要的。至于長間隙(雷電)放電的研究,重點是

12、與國民經(jīng)濟密切相關(guān)的防雷新原理和新方法的研究。在固體介質(zhì)方面，應(yīng)加強基礎(chǔ)理論研究，因為比起先進國家來我國的研究基礎(chǔ)還較薄弱。要特別加強組合絕緣介質(zhì)擊穿理論和劣化理論的研究。另外，空間電荷分布和運動規(guī)律對擊穿過程影響的研究也具有十分重要的意義。為了在不太長的時間內(nèi)達到在放電和擊穿理論以及介質(zhì)放電特性的研究方面有較大的進展，在我因目前的條件下應(yīng)十分注意加強聯(lián)合研究。這樣，可以充分發(fā)揮儀器設(shè)備的作用尤其有利于學(xué)術(shù)視野的擴大，同時還要提倡開拓和創(chuàng)新。其次是關(guān)于過電壓及其限制方法和措施的研究。重點是金屬氧化物（以zn o)為主)的非線性機理的研究，包括影響非線性系數(shù)和非線性寬度的因素。在zn o避雷器方面，主要是散熱理論,非線性特性的研究。含有非線補償器等的系統(tǒng)穩(wěn) 定性判據(jù)的研究以及復(fù)雜系統(tǒng)過電壓的產(chǎn)生和限制的研究等都是十分重要的。最后，應(yīng)特別重視發(fā)展交叉學(xué)科方面的研究。在電工學(xué)科中,高電壓和絕緣技術(shù)是與新興學(xué)科如技術(shù)物理、光學(xué)、材料科學(xué)等結(jié)合比較密切的分支。發(fā)展的趨勢已表明，完全有可能和有條件在不長的時間內(nèi)，使高電壓技術(shù)在其他學(xué)科中獲得廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。七、結(jié)束語通過對高電壓與絕緣技術(shù)的問題分析，進一步