高電壓-技術(shù)課件

高電壓技術(shù)高電壓與電磁兼容技術(shù)研究所主講：王偉:51971613:一、世界電壓等級的發(fā)展與提高美國最早于1882年在珍珠街發(fā)電廠開始發(fā)電，僅用于照明從十九世紀末到二十世紀五十年代，電壓直線從二十世紀六十年代后，電壓采用750KV電壓等級的有美、蘇、日、德、英、法、加、意八個國家AEP（美國電力公司）和ASEA（瑞典通用電力公司）聯(lián)合對2000KV進行了試驗，技術(shù)上沒有問題，二十世紀七十年代就有1500~2000KV線路和變電所的初步設(shè)計二、提高電壓等級的技術(shù)依據(jù)：

三相線損△P=3I2R

其中I=;R=△P=R：導線電阻：導線電阻率：導線長度S：導線截面積P：傳輸功率U：線路電壓提高電壓等級可以實現(xiàn)大功率、遠距離的輸送電力三、提高電壓的效果

降低線路損耗提高輸送功率提高輸送距離節(jié)省線路走廊降低線路造價長距離輸電可聯(lián)接地域網(wǎng)有利于電力調(diào)度降低工作電流和系統(tǒng)短路電流，利于系統(tǒng)運行和降低設(shè)備造價不同電壓等級線損不同電壓等級傳輸能量曲線例如：輸送750萬千伏安容量的電力

345KV電壓等級需：七條雙回線走廊寬度為221.5m1200KV電壓等級需：僅用一條單回線走廊寬度為91.5m即：可提高單位走廊寬度輸送容量

我國的發(fā)電一次能源主要分布西部地區(qū)，而電力消費主要集中在中、東部和南部地區(qū)。西電東送、南北互供，發(fā)展全國聯(lián)網(wǎng)是解決我國能源分布與電力消費矛盾的重要措施。并將形成北、中、南三個輸電通道。中國電力工業(yè)分為7個跨省(區(qū))電力集團:東北、華北、華東、華中、西北、南方和川渝，5個獨立省級電網(wǎng):山東、福建、新疆、海南、西藏(未包括臺灣和港澳地區(qū))。東北電網(wǎng)華北電網(wǎng)西北電網(wǎng)川渝電網(wǎng)華中電網(wǎng)華東電網(wǎng)南方電網(wǎng)500kV220kV330kV熱電廠水電站核電站我國電網(wǎng)基本框架電力系統(tǒng)的構(gòu)成電廠輸電網(wǎng)配電網(wǎng)用戶

升壓變電站

降壓變電站

箱式變電站瞬間平衡的電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)是世界上最大的“瞬間動態(tài)平衡系統(tǒng)”。發(fā)電和用電是同時發(fā)生的，基本沒有存儲環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)的所有問題都是圍繞這個特點展開的。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題電廠電力網(wǎng)用戶系統(tǒng)瞬間改變

發(fā)電、輸電和用電過程構(gòu)成了不可分割的整體，任何環(huán)節(jié)發(fā)生故障都有可能引起鏈式反應，導致整個系統(tǒng)的崩潰。

變壓器GIS···電力電纜發(fā)電機電容性設(shè)備電氣設(shè)備歸類停電原因城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)

管理不善設(shè)備故障

檢修

電源不足

外部因素氣象影響

上海0.06

2.12

45.31

39.17

0.00

10.78

2.56

太原1.63

3.04

16.76

64.710.53

10.31

3.02

長春0.40

1.82

14.66

69.26

0.00

8.02

5.84杭州2.97

4.82

18.44

67.18

0.00

5.34

1.25

廣州0.00

19.4528.6950.96

0.00

0.00

0.90

西寧0.04

3.78

49.50

29.19

0.00

17.490.00(%)1981～1990年間，我國主要電網(wǎng)有近1/3的電網(wǎng)事故的直接起因是設(shè)備故障損壞所造成的，而在“八五”期間，由設(shè)備故障直接引發(fā)的電網(wǎng)事故占事故總量的26.3%，可見提高設(shè)備的運行可靠性是保證電力系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵。

現(xiàn)代電力設(shè)備的可靠性在很大程度上取決于其絕緣的可靠性。美加大停電美國東北部和加拿大東部大部分地區(qū)2003年8月14日下午4時20分，因紐約北部一座電廠設(shè)備遭雷擊起火，造成大面積停電，波及到美國東部的紐約、底特律、克利夫蘭、托萊多和加拿大的多倫多、渥太華等大城市，美國關(guān)閉了紐約和俄亥俄等4個州的9個核電站，紐約和多倫多的地鐵全部癱瘓，通訊中斷，地面交通擁堵嚴重，許多人回不了家，只好露宿街頭。由于正值夏季天氣炎熱用電高峰，造成極大不便和巨大損失，恢復供電用了幾天的時間，比“9.11”帶來的損失和影響的面積大了許多。美國舊金山1998年2月8日，太平洋天然氣電力公司(PGE)變電站發(fā)生停電事故，所有從圣馬特歐變電站至舊金山的5條115kV輸電線全部跳開，舊金山地區(qū)2個發(fā)電廠解列，456000多個用戶停電。2003年12月20日又發(fā)生了一次大停電，是PGE的一個變電站發(fā)生火災造成的。美國西部1996年曾經(jīng)9個州全部停電，400多萬人生活受到影響。舊金山大停電巴西大停電巴西圣保羅

1999年，由于閃電擊中圣保羅的一個變電站，變壓器跳閘導致電網(wǎng)解列，引起巴西南部地區(qū)停電長達4小時之久。停電波及巴西27個州的11個州，停電地區(qū)是巴西人口和工商業(yè)最密集的地區(qū)，直接影響1.7億人的正常工作與生活，經(jīng)濟損失非常嚴重。由于停電發(fā)生在午間交通高峰時間，交通燈熄滅，引起嚴重交通堵塞。

美國紐約2002年3月位于曼哈頓東區(qū)的愛迪生聯(lián)合電廠突然失火，并引燃了用于發(fā)電的燃油。這起事故造成紐約第14大街以南的6.3萬戶居民住宅停電，附近的格林尼治和索霍等地區(qū)也受到影響。居住在世貿(mào)中心遺址附近的居民又一次感受到了“９·１１”時的恐怖氣氛。駕車者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行駛，高大建筑內(nèi)的人們在漆黑的樓道里摸索著前行，耳邊不時傳來陣陣警笛聲。紐約大停電菲律賓主島呂宋島2002年5月21日由于海底電纜損壞，引發(fā)大面積停電事故，全國人口一半以上受到影響。首都馬尼拉和廣泛地區(qū)四千多萬人沒有電力供應。

這次停電對菲律賓的商業(yè)運作造成重大打擊。受停電影響，鐵路系統(tǒng)停頓，數(shù)以千計的乘客被困車廂內(nèi)；菲律賓股票市場也被迫中斷交易。

菲律賓大停電加州大停電

美國加州2002年1月以及3月連續(xù)兩次發(fā)生全州停電事故。為防止整個系統(tǒng)癱瘓，加州實行了二戰(zhàn)后的首次燈火管制，以避免對電力設(shè)備造成損害，引發(fā)更大面積的不能控制的斷電事故。電力官員稱用電高峰再次對該州設(shè)備嚴重老化的電力系統(tǒng)帶來完全癱瘓的威脅，加州已宣布進入3級緊急狀態(tài)。

Cisco、IBM和Intel等公司擔心加州能源危機惡化，正考慮撤離硅谷。加州議會正擬定一項4億美元的電力拯救計劃。

希臘北部地區(qū)2002年6月12日下午由于氣溫過高，希臘北部最大城市薩洛尼卡附近一座變電站內(nèi)的變壓器突然發(fā)生爆炸，造成包括該市在內(nèi)的希臘大部分北部地區(qū)供電中斷。發(fā)生長達一個多小時的嚴重停電事故，造成許多城市交通癱瘓，通訊系統(tǒng)無法正常工作。

瑞典首都斯德哥爾摩于2002年3月11日開始，由于地下隧道的輸電電纜被燒毀，連續(xù)兩天發(fā)生大面積停電事件，造成許多工廠停產(chǎn)，嚴重影響了當?shù)鼐用竦恼Ｉ睢?/p>

英國南部萊斯特郡5月11日發(fā)生大面積停電。2萬多戶家庭連續(xù)幾天生活在黑暗中。附近的肯特郡、薩塞克斯郡和薩里郡的3.1萬戶家庭的斷電現(xiàn)象則持續(xù)了更長一段時間。

在我國，近20年來各大電網(wǎng)中規(guī)模較大的停電事故約有140余起，每次損失數(shù)以億計。近幾年事故次數(shù)雖有所下降。但其規(guī)模和造成的損失卻大幅度擴大和上升。隨著全國電網(wǎng)的形成，電力系統(tǒng)重大事故也更將危及到我國國家安全。臺灣1999年7月29日全島發(fā)生五十年來最大的一起停電事故，南北兩條超高壓輸電線路損壞，進而引發(fā)連鎖反應，造成臺中電廠、通霄電廠、林口電廠、協(xié)和電廠、深澳電廠以及核能一、二、三廠全部跳閘，總跳機電量高達1000萬千瓦，全臺灣停電用戶高達900萬戶。包括機場、醫(yī)院、科學園等敏感地區(qū)，都一度陷入停電狀態(tài)。直接經(jīng)濟損失在150億新臺幣以上。新竹科學園的26座晶片廠生產(chǎn)線因此停頓1至2天，每座晶片廠的損失估計超過5000萬元，由于適逢月底出貨高峰，總計這次大停電造成新竹科園區(qū)的損失約新臺幣100億元以上。臺灣大停電

遼沈地區(qū)2001年2月22日遭遇最嚴重大面積停電事故，沈陽市區(qū)停電面積已經(jīng)超過70%。遼沈停電事故是從高壓輸電線路污閃開始的。遼沈為我國重工業(yè)區(qū)，含鹽的空氣污染物附著在絕緣瓷瓶上，大霧濕氣使瓷瓶絕緣能力降低，電弧沿著瓷瓶表面爬升，出現(xiàn)閃烙放電現(xiàn)象。遼沈停電事故中，幾乎所有的高壓輸電線路都出現(xiàn)污閃，停電事故最厲害的就是工業(yè)集中、污染嚴重的鐵西區(qū)，該區(qū)全部停止了電力供應，損失巨大。遼沈大停電安全第一“不求有功，但求無過”是電力運行單位的宗旨。但要確保電力系統(tǒng)的安全運行，需要非常積極的態(tài)度。保證設(shè)備安全的基本途徑

制造100%可靠的設(shè)備建立完善的維修計劃雖然設(shè)備的質(zhì)量和可靠性主要取決于設(shè)計和制造階段，但為了保證設(shè)備的正常運行，在很大程度上也需要借助于投運后的維護工作，即在運行過程中通過對設(shè)備進行必要的巡視檢查、監(jiān)測和試驗，建立完善的維修計劃，以減少事故的發(fā)生，提高運行可靠性。但隨著設(shè)備運行年限的增長，設(shè)備的性能會逐年下降。需要不斷的保養(yǎng)和維修。電力系統(tǒng)維修方式的演變過程1.事后修理BM（BreakdownMaintenance）或故障維修；2.定期檢修TBM（TimeBasedMaintenance）或預防性維修PM（PreventiveMaintenance）；3.狀態(tài)維修CBM（ConditionBasedMaintenance）或預知性維修（PredictiveMaintenance）。事后維修體制

早期技術(shù)及管理水平都很低，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無計劃性，供電可靠性很低。簡單方便，對消耗性產(chǎn)品是有效的。隨著電力系統(tǒng)的不斷擴大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來越大，事后維修無法滿足系統(tǒng)對運行穩(wěn)定性的需求。現(xiàn)行維修體制—計劃維修

預防性試驗是電力設(shè)備運行和維護工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運行的有效手段之一。在我國已有40年的使用經(jīng)驗。預防性試驗、大修和小修構(gòu)成了計劃維修制的基本內(nèi)容。

1.維修周期頻繁設(shè)備發(fā)電機變壓器電力電纜GIS小修周期（年）1111大修周期（年）35~10552.預防性試驗項目過多電力變壓器32項發(fā)電機25項互感器11項

GIS達20項計劃維修制的種種弊端大修一臺30萬kVA的發(fā)電機需要大約3個月的時間，耗費資金近百萬元。大修一臺12萬kVA的變壓器需投入300多個工作人日，資金10萬元。大修一臺220kV開關(guān)需投入100多個工作人日，資金2萬元。長時間停電檢修，將造成大量的電量損失。300MW機組停運一天，少發(fā)電720萬度，直接損失150萬元。3.經(jīng)濟性差4.增大不安全因素易發(fā)生人身和設(shè)備安全事故。發(fā)生在檢修、試驗人員身上的傷亡事故占全部供電傷亡事故的77.8%。停送電過程易造成誤操作。5.過度維修對110臺高壓變壓器進行的162臺次定期吊檢大修結(jié)果進行統(tǒng)計。共發(fā)現(xiàn)缺陷24項，其中一般性缺陷23項，危及安全運行的僅1項。對110kV及以上油開關(guān)大修統(tǒng)計表明，95%以上未發(fā)現(xiàn)部件損壞。定期檢修雖有成效，但過于保守。實踐證明，頻繁檢修非但不能改善設(shè)備性能，反而常常會因拆卸、組裝等頻繁而出現(xiàn)過早損壞及意外故障。

6.維修不足

由于采用周期性定期檢查，很難預防由于隨機因素引起的偶發(fā)事故和發(fā)展迅速的故障。設(shè)備仍可能在試驗間隔期間內(nèi)由于微小缺陷的迅速發(fā)展導致發(fā)生故障。

預防性試驗是在停電情況下，進行的非破壞性試驗，試驗電壓一般不超過10kV。而大部分變電設(shè)備工作電壓為110~500kV。很難正確反映高壓電氣設(shè)備在運行中存在的潛伏性缺陷。同時不能顧及絕緣劣化、潛伏性缺陷的發(fā)生和發(fā)展時間，不能及時準確地發(fā)現(xiàn)故障。7.預防性試驗條件與實際運行工況不同

設(shè)備的現(xiàn)代化對設(shè)備的維修體制提出了變革的要求，設(shè)備運行的高可靠性和維修方式的經(jīng)濟性已成為電力系統(tǒng)降低運行成本的關(guān)鍵。發(fā)展中的維修體制—狀態(tài)維修狀態(tài)維修方式的基本思想“治于未病”

采用狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)后，可使預防性維修過渡到預知性維修—

狀態(tài)維修，從到期維修過渡到該修則修，為變電站無人化提供了技術(shù)支持。

狀態(tài)維修即根據(jù)具體設(shè)備的實際情況來確定檢修周期和檢修內(nèi)容的維修體制。通過對設(shè)備運行情況的實時監(jiān)測，隨時查明設(shè)備可能“存在著什么樣的隱患，什么時候會發(fā)生故障”，預先得知將要發(fā)生事故的部位和時間，設(shè)備管理人員因此可以從容地安排停電計劃和組織維修人力，采購必須的備件，以便在短時間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修工作。實現(xiàn)“無病不修、有病才修、修必修好”的目的。

狀態(tài)維修的必要性

雖然設(shè)備內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)和發(fā)展具有很強隨機性，但大多都具有一個的較為緩慢的發(fā)展過程，在這期間，會產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學等特性發(fā)生漸進的量變。根據(jù)這些特征量值的大小及變化趨勢，即可對設(shè)備的可靠性隨時做出判斷，從而發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。

狀態(tài)維修的技術(shù)可行性設(shè)備狀態(tài)狀態(tài)監(jiān)測故障診斷維修決策狀態(tài)維修的基礎(chǔ)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的作用是1、準確判斷運行設(shè)備當前處于正常狀態(tài)還是處于異常狀態(tài)；2、若有故障，則判斷故障的性質(zhì)、類型和原因；3、根據(jù)故障信息和信息處理結(jié)果，預測故障的可能發(fā)展，對故障的嚴重程度、發(fā)展趨勢作出診斷；4、提出控制故障的措施，防止和消除故障；5、提出設(shè)備維修的合理方法和相應的反事故措施；6、對設(shè)備的設(shè)計、制造、裝配等提出改進意見，為設(shè)備全壽命現(xiàn)代化管理提供科學依據(jù)和建議。運行現(xiàn)場的兩種檢測方法帶電檢測(On-sitedetection):對在運行電壓下的設(shè)備，采用專用儀器，由人員參與進行的檢測。在線監(jiān)測(On-linemonitoring):在不影響設(shè)備運行的條件下，對設(shè)備狀況連續(xù)或定時進行的監(jiān)測，通常是自動進行的。

設(shè)備狀態(tài)維修管理系統(tǒng)

四、高電壓技術(shù)的主要內(nèi)容解決電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一對矛盾。老化（在高電壓與長期工作運行的環(huán)境中絕緣性能的下降）電力系統(tǒng)絕緣所面臨的危害過電壓（受到雷電過電壓、操作過電壓和諧振過電壓的作用）研究的出發(fā)點：如何將電力系統(tǒng)絕緣確定在既經(jīng)濟又可靠的水平

確保電力設(shè)備安全可靠地運行，包括：如何將電力系統(tǒng)絕緣所受各種過電壓限制在最低水平掌握各種絕緣材料（氣體、液體、固體）特性掌握各種絕緣結(jié)構(gòu)在各種電壓作用下的特性掌握電氣設(shè)備絕緣老化和缺陷的特性和發(fā)展過程及規(guī)律高電壓技術(shù)的研究課題是：1-高壓套管；2-分接開關(guān)；3-低壓套管；4-氣體繼電器；5-安全

氣道；6-儲油柜；