内容简介
高电压试验技术是高电压工程领域的重要组成部分,此外它还与脉冲功率技术、激光技术、高压加速器和高能物理等技术密切相关。在《高电压试验技术(第4版)/清华大学电气工程系列教材》的编写中,作者尽量做到取材丰富,内容翔实。陈昌渔、王昌长、高胜友编著的《高电压试验技术(第4版清华大学电气工程系列教材北京高等教育精品教材)》前8章讲述高电压试验设备及相应的测量装置,内容包括交流高压、直流高压、雷电冲击电压、操作冲击电压和冲击电流的测试。第9、10两章分别叙述介质损耗因数和介质内部局部放电的测量。第11章专门讨论高电压实验室设计中的一些技术问题。《高电压试验技术(第4版)/清华大学电气工程系列教材》着重讲清试验设备和测量装置的工作原理,并提供设计和选择这些设备与装置的方法,同时还介绍了新的国家标准和IEC的有关规定。
《高电压试验技术(第4版)/清华大学电气工程系列教材》可作为高电压及绝缘技术专业研究生的选修课教材以及高校强电专业的参考教材,也适合电力系统和电工制浩部门的工程技术人员和研究人员用作自学和培训教材。
内页插图
目录
第1章 交流高电压试验装置
1.1 概述
1.2 高电压试验变压器的结构型式及主要参数
1.2.1 高电压试验变压器的结构型式
1.2.2 试验变压器的主要参数
1.3 串级高压试验变压器
1.3.1 串级变压器的基本原理
1.3.2 降低试验变压器短路电抗的内部结构措施
1.3.3 自耦式串级变压器的短路电抗计算
1.3.4 几种自耦式串级试验变压器的外形及结构
1.3.5 串级试验变压器的优缺点
1.4 高电压试验变压器的调压装置
1.4.1 自耦调压器
1.4.2 移圈式调压器
1.4.3 电动发电机组
1.5 试验变压器输出电压的升高及波形畸变
1.5.1 容性试品上的电压升高及引起的测量误差
1.5.2 试品击穿引起的恢复过电压及防止方法
1.5.3 试验变压器输出电压的波形失真及改善措施
1.6 交流高压串联谐振试验装置
1.7 用高压试验变压器产生操作冲击电压
1.7.1 电容器对变压器一次侧放电产生操作冲击电压
1.7.2 用闸流管使变压器一次侧瞬间接通工频电源产生操作冲击电压
思考题
习颢
参考文献
第2章 交流高电压的测量
2.1 概述
2.2 测量球隙
2.3 静电电压表
2.4 高压交流分压器及充气标准电容器
2.4.1 交流分压器的测量误差分析
2.4.2 交流电容分压器的组成
2.4.3 电容分压器等效电容的测量
2.5 峰值电压表
2.5.1 利用电容电流整流测量峰值电压
2.5.2 利用电容器上的整流充电电压测量峰值电压
2.5.3 有源数字式峰值电压表
思考题
习题
参考文献
第3章 直流高电压试验装置
3.1 概述
3.2 高压硅堆
3.3 硅堆的电压分布和均压措施
3.4 倍压电路
3.5 直流高压串级发生器
3.6 小型化的直流高压串级发生器
思考题
习题
参考文献
第4章 直流高电压的测量
4.1 概述
4.2 测量间隙
4.2.1 棒-棒空气间隙
4.2.2 用棒间隙校核直流高电压测量装置
4.2.3 球球空气间隙
4.3 静电电压表
4.4 电阻分压器
4.4.1 高欧姆电阻器
4.4.2 降低电阻分压器测量误差的措施
……
第5章 冲击电压的产生
第6章 冲击高电压的测量
第7章 冲击电流发生器
第8章 冲击电流的测量
第9章 介质耗损因数和电容的测量
第10章 局部放电测量
第11章 高电压实验室
附录A 附表
附录B 冲击电压发生器(3~5阶电路)输出电压象函数的表达式
附录C 冲击电压发生器的放电回路计算程序
附录D 振荡型操作冲击电压发生回路的计算程序
附录E 冲击电流发生器的放电回路计算程序
附录F 冲击电流发生器(包含非线性电阻)放电回路的计算程序
前言/序言
我国在2009年建成交流1000kV特高压输电系统和直流士800kV输电系统,标志着中国电力工业和高电压技术的迅猛发展。高电压技术的快速发展是超高电压和特高电压输电技术发展的一个重要基础。高电压技术的研究对象是各种形态的高电压和各种性能的电介质。尽管一百多年来高电压技术已有了很大的发展,但关于电介质击穿的一些机理还不是很清楚,许多实际问题需要依靠试验来解决。由于试验技术对高电压技术如此重要,以及它所使用的一些手段的特殊、内容的丰富和技术的复杂,使它成为高电压技术领域的一个重要分支。
本书内容包括高电压试验设备和测量技术两大方面,还涉及高电压试验室的建设。书中还介绍了有关高电压试验技术的新版中国国家标准和国际电工委员会IEC的推荐标准。对于某些产品试验的特殊要求,可查阅相关的试验规程。本书内容还涉及电力系统中预防性试验所用到的重要设备、仪器和试验方法,而对预防性试验的具体要求和结果分析,请参见《高电压绝缘技术》教材。
本书在编写过程中,一方面力求深入阐述高电压试验设备和测量装置的工作原理,另一方面也提供许多实际应用知识,如测试设备的设计和选择方法。学完本书后,应能掌握高电压试验技术的基本原理和一般的试验方法,还应能掌握组建高电压试验室的一些必要知识。书后的附录中提供了主要高电压设备、元件或有关材料的性能数据及计算程序,以便于查阅和应用。本书可以作为高校强电专业的参考教材,高电压与绝缘技术专业研究生的选修课教材,同时也可以作为电力系统或电气设备制造部门的工程技术人员的培训及自学教材。
本书第1版于1982年出版,被清华大学、西安交通大学等高校作为教材使用,并于1986年获得清华大学教材一等奖。
随着科学技术的快速发展、高电压试验技术的国家标准及有关IEC标准和行业标准的更新,有必要对本书内容进行较大幅度的修订。2003年,修订后的本书第2版出版。在第2版中,更注意了在内容上讲清物理概念,精简了一些数学推导过程;在冲击电压发生器电路计算中,引入了4阶回路的计算程序;结合编著者的科研成果,增补和更新了本书内容,例如在冲击电压的测量中新增了微分积分测量系统和加强了阻容分压器的理论分析;在精简高电压示波器内容的同时,新增了数字存储示波器的内容;在对绝缘tan8的测量中,新增了在线监测和全数字测量;在绝缘的局部放电测量中,新增了局部放电的定位和其他检测方法,以及局部放电的现场测试等内容。此外还新增了练习题和思考题。
本书的第3版于2009年9月问世。第3版中进一步根据最新的IEC标准、国家标准及行业标准(DL/T992-2006),对内容进行了修改;删除了一些原参考苏联和日本著作所写的内容;根据清华大学肖达川教授的建议,在电路分析中改用卷积定理取代杜阿美尔积分,以便与电路课程更好地衔接;在第2章的交流分压器的理论分析中,改用拉普拉斯变换法,使它能与后面冲击分压器部分的理论分析相呼应;在冲击电流发生器的内容中,增加了非线性电路计算程序;书后增添了习题的答案。本书第3版还被评为“北京高等教育精品教材”。
在本书第4版中,全部采用最新颁布的高电压技术方面的1EC及国家标准的内容;在第5章冲击电压的产生中,增加了高压变压器进行操作冲击试验的内容,根据国家标准GB/T16927.3-2010《高电压现场试验的定义及要求》,对用变压器进行高频振荡型操作冲击电压试验的电路进行了理论分析;在对绝缘的tan8测量中,新增了变频抗干扰法;对全书的插图和计算式中的符号,全部改用国家标准规定的符号。
在第4版的修订工作中,陈昌渔修订了第1、2、5~8和11章;王昌长与高胜友修订了第3、4章;高胜友修订了第9、10章及第5章的5.11.4节;陈昌渔与王昌长修订了附录A;谈克雄与陈昌渔修订了附录B、C、D、F;陈昌渔与王昌长校订了习题答案。全书经由谈克雄教授仔细主审,修改了一些原书中的文字、计算式、计算程序及插图中的差错或不合适的表达,他不仅做了全书的审阅工作,而且参与改写了书中多处的文字和插图的内容[如计算式(2-18)及附录F等],使得本书的质量有大幅度的提高。
本书所列的计算程序全部采用FORTRAN语言编写。谭浩强教授向笔者指出,FORTRAN语言仍然是用于科学计算的优秀高级语言,并不因出现其他语言而使之地位下降。
清华大学戚庆成、杨学昌教授对本书提出了修改意见,西安交通大学邱毓昌教授为本书书写了评语,我们对此深表感谢。
在本书第4版出版时,编著者对已故的张仁豫教授致以敬意!深深感谢和纪念他首先在清华大学讲授“高电压试验技术”课程以及他为编写教材所付出的劳动。
在我国处于超高电压和特高电压输电大力发展的大好形势下,希望本书的出版能为广大读者在技术上提供帮助。
限于编著者水平,本书内容中错误和不当之处在所难免,请读者给予指正。
编著者
2017年8月于清华园
高电压试验技术(第四版) 清华大学电气工程系列教材 简介 《高电压试验技术(第四版)》作为清华大学电气工程系列教材的重要组成部分,是一部系统、深入阐述高电压试验基本理论、技术、方法和应用的高等教育教材。本书旨在为电气工程及相关专业的学生、研究人员和工程技术人员提供一个全面、严谨的学习平台,帮助他们掌握在高电压设备研发、生产、运行和维护过程中进行可靠性、安全性和性能评估所必需的关键知识和实践技能。 背景与意义 随着电力系统电压等级的不断提升,对电气设备在高电压下的绝缘性能、放电特性、热稳定性等方面提出了更为严苛的要求。高电压试验是验证和评估这些性能最直接、最有效的方式。它不仅是新产品研发和设计优化的重要依据,也是保障电力设备安全可靠运行、预防电气事故、提高供电可靠性的关键环节。因此,掌握先进的高电压试验技术,理解其背后深刻的物理原理,对于培养高素质的电气工程师至关重要。 本教材的第四版是在前几版成功经验的基础上,结合近年来高电压技术和试验领域的最新发展,进行了全面修订和更新。它紧密追踪国际前沿研究成果,并融入了大量国内实际工程应用中的典型案例,力求内容的时效性、前沿性和实用性。 内容梗概 本书内容涵盖了高电压试验的各个重要方面,以下将详细阐述其主要构成: 第一部分:高电压技术基础理论 在深入探讨试验技术之前,本书首先回顾和巩固了高电压技术的基础理论。这部分内容为理解后续的试验原理和方法打下坚实的理论基础。 电气绝缘基础: 详细介绍了固体、液体和气体绝缘材料的基本介电性能,包括绝缘电阻、介电常数、介电损耗、击穿强度等。重点阐述了绝缘老化机理,如热老化、电老化、湿气老化、机械老化等,以及影响绝缘性能的各种因素(温度、湿度、电场分布、绝缘缺陷等)。 电晕放电与局部放电: 深入分析了电晕放电的产生机制、特性和危害,以及局部放电(Partial Discharge, PD)的定义、监测方法和诊断意义。这部分内容对于理解绝缘的早期劣化和故障预警至关重要。 闪络与击穿: 详细阐述了空气、绝缘子、固体绝缘等介质的闪络和击穿现象,分析了影响闪络电压和击穿强度的各种因素,包括电场分布、介质性质、表面状态、环境条件等。 雷电冲击与工频电压: 详细讲解了雷电冲击电压的产生、特性及其对电气设备的冲击作用。同时也深入阐述了工频电压下的绝缘特性,以及在高电压系统中的应用。 电磁兼容性(EMC)初步: 简要介绍了高电压试验过程中可能产生的电磁干扰问题,以及基本的电磁兼容性概念,为理解试验设备的屏蔽和干扰抑制提供背景。 第二部分:高电压试验设备与装置 本部分详细介绍了实现各种高电压试验所需的关键设备和装置,强调了其工作原理、结构特点、性能参数以及安全操作要求。 高电压电源: 工频高压试验变压器: 详细介绍其结构、工作原理、额定容量、电压等级、调压方式(有载调压、无载调压)以及对输出波形的要求。 直流高压发生器: 讲解了倍压电路(如科特克、温纳、移相)、串联整流等不同类型直流高压发生器的原理、特点、输出特性以及在不同试验中的应用。 冲击电压发生器: 详细介绍了冲击电压发生器的基本原理,包括火花隙、电容器、电感等组成部分,以及标准雷电冲击电压、标准操作冲击电压和震荡冲击电压发生器的结构和性能。 高压测量仪表: 高压分压器: 介绍电阻分压器、电容分压器、串联分压器等不同类型高压分压器的原理、精度、频率响应特性,以及在直流、交流、冲击电压测量中的应用。 高压电流表: 讲解了高压电流互感器(CT)及其在测量高压大电流中的作用。 电荷测量仪表: 详细阐述了局部放电测量仪(PD meter)的工作原理,包括脉冲计数器法、电荷量法、能量法等,以及其在绝缘状态监测中的应用。 冲击电压计数器、冲击电流计数器: 介绍其工作原理和在记录雷击次数等方面的应用。 高压试验辅助设备: 放电探测设备: 介绍超声波探测法、紫外成像法等非接触式放电探测技术。 温度测量设备: 介绍用于监测试品温度的红外测温仪、热电偶等。 试验环境控制设备: 如高压试验室的湿度、温度控制系统,以及标准盐雾试验箱等。 屏蔽室与接地系统: 强调了高压试验室的屏蔽设计和可靠的接地系统对于减少电磁干扰和保证人身安全的重要性。 第三部分:主要高电压试验项目与方法 本部分是教材的核心,详细阐述了针对不同电气设备进行高电压性能评估的各种典型试验项目,包括其目的、试验接线、操作步骤、数据处理和结果分析。 绝缘介质的介电性能试验: 工频介电强度试验: 适用于气体、液体、固体绝缘材料。 耐压试验(包括交流、直流): 针对变压器、开关、绝缘子等设备进行的长期或短期耐压测试。 介电损耗角正切(tanδ)测量: 用于评价绝缘材料的劣化程度。 局部放电测量: 诊断绝缘内部缺陷和潜在故障。 冲击电压下的绝缘性能试验: 雷电冲击耐压试验: 模拟雷电过电压对设备的影响,测定其绝缘的雷击冲击耐受能力(BIL)。 操作冲击耐压试验: 模拟开关操作过电压对设备的影响,测定其操作冲击耐受能力(SIL)。 震荡冲击耐压试验: 模拟某些特定过电压条件下的绝缘响应。 电晕放电试验: 电晕放电起始电压和电晕放电电荷的测定: 评估高压导线、导体连接等部件的电晕放电特性。 电气设备特定试验: 变压器高压试验: 包括空载试验、负载试验、短路试验、感应耐压试验、直流电阻测量等,以及针对其绝缘系统的雷电冲击、操作冲击耐压试验。 高压开关设备试验: 包括绝缘试验(工频、冲击)、开断试验、关合试验、动热稳定性试验等。 高压套管试验: 包括局部放电试验、介电性能试验、雷电冲击试验等。 高压电缆试验: 包括绝缘电阻测试、介电常数测试、耐压试验(直流、交流)、局部放电测试、雷电冲击试验等。 绝缘子试验: 包括闪络电压试验、介电强度试验、污秽盐雾试验等。 GIS/GIB(气体绝缘开关设备/气体绝缘金属封闭开关设备)试验: 重点关注气体绝缘的性能、局部放电特性以及部件的耐压水平。 外来因素对绝缘性能的影响试验: 污秽盐雾试验: 模拟高污染地区对绝缘子的影响,评估其污闪特性。 湿度试验: 评估湿气对绝缘性能的影响。 加速老化试验: 模拟设备在长期运行中可能遇到的各种老化因素,预测其寿命。 第四部分:高电压试验的安全性与规范 高电压试验伴随着显著的危险性,因此本书对试验安全给予了高度重视。 高压试验安全规程: 详细阐述了高压试验的安全基本原则、操作人员的安全防护措施(包括个人防护装备、安全距离、屏蔽、接地等)、试验场所的安全管理规定以及紧急事故处理预案。 试验标准与规范: 介绍了国际(IEC)、国家(GB)等相关高电压试验标准,包括试验的条件、程序、方法和判定标准,强调了遵守标准的重要性。 试验数据分析与可靠性评估: 指导读者如何正确地分析试验数据,识别异常情况,并基于试验结果对电气设备的绝缘性能和可靠性进行评估。 第五部分:新发展与前沿技术 本书的第四版充分体现了该领域的研究前沿和技术发展。 局部放电在线监测技术: 介绍了PD在线监测系统的组成、原理和在设备状态评估中的应用,如基于信号处理、模式识别等方法。 数字高压测量技术: 讨论了数字技术在高压测量中的应用,如数字示波器、数字信号处理(DSP)等,以及其带来的优势。 智能化高压试验系统: 展望了试验系统向自动化、智能化方向发展,包括自动控制、数据采集与分析、故障诊断等。 新材料在高电压绝缘中的应用: 简要介绍了纳米材料、聚合物复合材料等在提升高压绝缘性能方面的研究进展。 特种高电压试验: 提及了超高压、特高压领域的一些特殊试验需求和技术挑战。 特色与亮点 理论与实践紧密结合: 本书在讲解理论知识的同时,辅以大量的典型试验电路图、设备结构示意图、试验波形图以及工程实例,使读者能够更直观地理解抽象的理论概念。 内容全面深入: 覆盖了高电压试验从基础到应用、从设备到方法的各个环节,系统性强。 紧跟时代发展: 第四版内容充分吸收了近年来高电压试验技术领域的新进展和新成果,具有较强的时效性。 权威性与专业性: 作为清华大学电气工程系列教材,本书由该领域的资深专家编写,内容严谨,学术水平高。 注重实践指导: 提供了丰富的试验方法和操作要点,有助于读者将所学知识应用于实际工程。 适用对象 本书适用于高等院校电气工程及其相关专业(如电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电机与电器、新能源科学与工程等)的本科生、硕士研究生和博士研究生。同时,也是从事电力设备研发、生产、试验、运行、检修和技术咨询的工程师、研究人员以及相关技术管理人员的理想参考书。 总结 《高电压试验技术(第四版)》是一部内容丰富、结构清晰、理论与实践并重的高电压试验领域权威教材。它系统地梳理了高电压试验的理论基础、关键设备、标准方法,并融入了前沿技术和安全规范,为读者构建了一个扎实的知识体系。通过学习本书,读者将能够深刻理解高电压对电气设备性能的影响,掌握进行各类高电压试验的方法和技能,从而为保障电力系统的安全可靠运行、推动电气工程技术的发展贡献力量。