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(jì)的快速發(fā)展，加強(qiáng)高電壓與絕緣技術(shù)的結(jié)合，對(duì)我國(guó)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(wèn)題、高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究探討主要特點(diǎn)、高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、及有機(jī)外絕緣的應(yīng)用等幾個(gè)方面進(jìn)行分析?！娟P(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(wèn)題得到了管理者的廣泛關(guān)注。雖然我國(guó)在此技術(shù)上有所完善和進(jìn)步，但是仍然存在一些問(wèn)題和不足需要改進(jìn)。在建設(shè)社會(huì)主義和諧社會(huì)的新時(shí)期，進(jìn)一步加強(qiáng)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(gè)重要環(huán)節(jié)。二、高電壓外絕緣的范圍與主要問(wèn)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(yùn)行條件比戶內(nèi)外絕緣復(fù)雜得多，所面對(duì)的問(wèn)題解決起來(lái)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(wèn)題為：雷擊造成的雷電過(guò)電壓?jiǎn)栴}；電力系統(tǒng)正?；蚬收喜僮饕鸬牟僮鬟^(guò)電壓?jiǎn)栴}；雨中設(shè)備在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問(wèn)題；設(shè)備表面凝露時(shí)在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問(wèn)題；表面積污的設(shè)備在潮濕的氣象條件時(shí)在工作電壓下閃絡(luò)的污閃問(wèn)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(duì)瞬間電動(dòng)力下的機(jī)械

3、負(fù)荷問(wèn)題；絕緣材料在長(zhǎng)期運(yùn)行條件下性能逐漸下降的劣化問(wèn)題或老化問(wèn)題戶內(nèi)外絕緣面臨的主要問(wèn)題為：表面凝露時(shí)在工作電壓下閃絡(luò)的露閃問(wèn)題；表面積污后在潮濕的條件下的污閃問(wèn)題；操作過(guò)電壓的問(wèn)題；以及設(shè)備本身結(jié)構(gòu)力與電動(dòng)力的問(wèn)題。三、高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究探討主要特點(diǎn)1、實(shí)驗(yàn)性強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果中抽取出反映本質(zhì)的因素。缺少這個(gè)由淺入深，由表及里的研究過(guò)程,基礎(chǔ)理論的水平難以提高。從這個(gè)意義上說(shuō),實(shí)驗(yàn)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(qiáng)。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(wú)法從“路”的觀點(diǎn)來(lái)描述，只能從易受多種因素制約的“場(chǎng)”的理論出發(fā)，由于過(guò)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(zhǎng)期以來(lái)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(chǎng)理論、氣體動(dòng)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(jì)物理等具有十分密切的聯(lián)系。3、交叉性強(qiáng)。在吸收其他新興學(xué)科的最新成就促進(jìn)自身不斷發(fā)展的同時(shí)，高電壓技術(shù)也在不斷地向其他學(xué)科滲透并成為開(kāi)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(gè)突出的實(shí)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(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(duì)電力供應(yīng)嚴(yán)重不足的局面， 我國(guó)正大力發(fā)展電力工業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國(guó)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(zhǎng)迅速，2002年我國(guó)的年發(fā)電量已達(dá)16000億kw·h。按照裝機(jī)容量，1996年底我國(guó)發(fā)電設(shè)備的裝機(jī)容量已達(dá)2.3億kw， 居世界第二位。2002年更是達(dá)到了3.53億kw。隨著國(guó)家電力工業(yè)的戰(zhàn)略布局，西電東送工程正在蓬勃展開(kāi)。隨著電力需求日益增長(zhǎng)，為解決

6、高電壓、大容量、長(zhǎng)距離送電和異步聯(lián)網(wǎng)等交流輸電難以實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)況，直流輸電由于其傳輸功率大、線路造價(jià)低、控制性能好等特點(diǎn)，作為重點(diǎn)輸電工程在國(guó)內(nèi)大力開(kāi)展。在電氣化鐵路事業(yè)中，目前高速鐵路是國(guó)家的發(fā)展重點(diǎn)，隨著京滬高速鐵路的論證，中國(guó)已經(jīng)開(kāi)始新一輪高速電氣化鐵路的建設(shè)。同時(shí)，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(jī)遇和挑戰(zhàn)。一方面，在高電壓輸電領(lǐng)域的推動(dòng)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(kāi)發(fā)熱點(diǎn)；另一方面，功能電介質(zhì)(包括鐵電、壓電材料)開(kāi)始嶄露頭角，無(wú)線電技術(shù)為其主要應(yīng)用背景。到世紀(jì)末，計(jì)算機(jī)及光電子信

7、息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，又推動(dòng)電介質(zhì)的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)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(jìn)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(diǎn)；而包括從極低頻至光頻波段的電介質(zhì)理論和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展成就，將會(huì)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(jìn)行有效的防雷接地工程等一系列的新課題。隨著我國(guó)國(guó)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(yùn)行、評(píng)估等問(wèn)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(wèn)題。中國(guó)得天獨(dú)厚的地理資源以及國(guó)家經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，為當(dāng)今科研工作者提供了前所未有的機(jī)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(cè)與評(píng)估。該學(xué)科綜合性很強(qiáng)，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(shí)，對(duì)學(xué)術(shù)研究與工程開(kāi)發(fā)都有較好的適應(yīng)性與可造就性。五、有機(jī)外絕緣的應(yīng)用1、有機(jī)絕緣材料在高電壓外絕緣中的應(yīng)用有機(jī)絕緣材料在高電壓外絕緣領(lǐng)域的應(yīng)用幾乎擴(kuò)展到了所有方面，凡是電工陶瓷有的產(chǎn)品，有機(jī)材料都有，甚至還制造出了一些電工陶瓷及鋼化玻璃所沒(méi)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(jī)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(wàn)支棒形懸式合成絕緣子與線路支柱合成絕緣子運(yùn)

9、行在世界各國(guó)的輸電線路上。70年代末80年代初，在總結(jié)以前運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，合成絕緣子在技術(shù)上得到了較大的改進(jìn)，出現(xiàn)了所謂的第二代合成絕緣子。電力系統(tǒng)對(duì)合成絕緣子的態(tài)度也有了較大的變化，對(duì)合成絕緣子的諸多優(yōu)點(diǎn)也有了更深切的認(rèn)識(shí)，合成絕緣子的用量得到較大增長(zhǎng)。進(jìn)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(shí)及以后，其它品種的有機(jī)外絕緣產(chǎn)品也逐步發(fā)展起來(lái)。2、有機(jī)外絕緣產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)從第一代棒形懸式合成絕緣子開(kāi)始，有機(jī)外絕緣產(chǎn)品就顯示出其明顯的優(yōu)點(diǎn)隨著性能的改進(jìn)及有機(jī)外絕緣產(chǎn)品的大量應(yīng)用，有機(jī)外絕緣產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)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(jí)瓷或玻璃絕緣子串重量的10%15%，后來(lái)發(fā)展起來(lái)的硅橡膠合成套簡(jiǎn)與瓷套筒相比重量輕的優(yōu)點(diǎn)仍然十分突出。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)輸安裝都很有意義，對(duì)于野外線路施工其優(yōu)點(diǎn)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(dú)特的憎水性遷移性能，在這一點(diǎn)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(yùn)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(shí)處理，在雷擊過(guò)電壓，操作過(guò)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(huì)殃及臨近的其它設(shè)備與運(yùn)行人員，從而擴(kuò)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(wèn)題，也就避免了呼吸受潮問(wèn)題。而且，即使有高能量的大電流流過(guò)其內(nèi)部，玻璃鋼筒也有很強(qiáng)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(huì)殃及其它設(shè)備。六、高電壓有機(jī)外絕緣需要研究解決的主要問(wèn)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(duì)氣體放電基本理論方面新見(jiàn)解的探討外，主要是強(qiáng)電負(fù)性氣體及其混合介質(zhì)，重點(diǎn)是研究這類氣體的放電過(guò)程和影響因素并作全面的評(píng)價(jià)。另外是電弧放電及滅弧理論的研究，為提高我國(guó)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(zhǎng)間隙(雷電)放電的研究,重點(diǎn)是

12、與國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，因?yàn)楸绕鹣冗M(jìn)國(guó)家來(lái)我國(guó)的研究基礎(chǔ)還較薄弱。要特別加強(qiáng)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(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)擊穿過(guò)程影響的研究也具有十分重要的意義。為了在不太長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)達(dá)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(jìn)展，在我因目前的條件下應(yīng)十分注意加強(qiáng)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(kuò)大，同時(shí)還要提倡開(kāi)拓和創(chuàng)新。其次是關(guān)于過(guò)電壓及其限制方法和措施的研究。重點(diǎn)是金屬氧化物（以zn o)為主)的非線性機(jī)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(bǔ)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(guò)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(shì)已表明，完全有可能和有條件在不長(zhǎng)的時(shí)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(yǔ)通過(guò)對(duì)高電壓與絕緣技術(shù)的問(wèn)題分析，進(jìn)一步