內容簡介
高電壓試驗技術是高電壓工程領域的重要組成部分,此外它還與脈衝功率技術、激光技術、高壓加速器和高能物理等技術密切相關。在《高電壓試驗技術(第4版)/清華大學電氣工程係列教材》的編寫中,作者盡量做到取材豐富,內容翔實。陳昌漁、王昌長、高勝友編著的《高電壓試驗技術(第4版清華大學電氣工程係列教材北京高等教育精品教材)》前8章講述高電壓試驗設備及相應的測量裝置,內容包括交流高壓、直流高壓、雷電衝擊電壓、操作衝擊電壓和衝擊電流的測試。第9、10兩章分彆敘述介質損耗因數和介質內部局部放電的測量。第11章專門討論高電壓實驗室設計中的一些技術問題。《高電壓試驗技術(第4版)/清華大學電氣工程係列教材》著重講清試驗設備和測量裝置的工作原理,並提供設計和選擇這些設備與裝置的方法,同時還介紹瞭新的國傢標準和IEC的有關規定。
《高電壓試驗技術(第4版)/清華大學電氣工程係列教材》可作為高電壓及絕緣技術專業研究生的選修課教材以及高校強電專業的參考教材,也適閤電力係統和電工製浩部門的工程技術人員和研究人員用作自學和培訓教材。
內頁插圖
目錄
第1章 交流高電壓試驗裝置
1.1 概述
1.2 高電壓試驗變壓器的結構型式及主要參數
1.2.1 高電壓試驗變壓器的結構型式
1.2.2 試驗變壓器的主要參數
1.3 串級高壓試驗變壓器
1.3.1 串級變壓器的基本原理
1.3.2 降低試驗變壓器短路電抗的內部結構措施
1.3.3 自耦式串級變壓器的短路電抗計算
1.3.4 幾種自耦式串級試驗變壓器的外形及結構
1.3.5 串級試驗變壓器的優缺點
1.4 高電壓試驗變壓器的調壓裝置
1.4.1 自耦調壓器
1.4.2 移圈式調壓器
1.4.3 電動發電機組
1.5 試驗變壓器輸齣電壓的升高及波形畸變
1.5.1 容性試品上的電壓升高及引起的測量誤差
1.5.2 試品擊穿引起的恢復過電壓及防止方法
1.5.3 試驗變壓器輸齣電壓的波形失真及改善措施
1.6 交流高壓串聯諧振試驗裝置
1.7 用高壓試驗變壓器産生操作衝擊電壓
1.7.1 電容器對變壓器一次側放電産生操作衝擊電壓
1.7.2 用閘流管使變壓器一次側瞬間接通工頻電源産生操作衝擊電壓
思考題
習顥
參考文獻
第2章 交流高電壓的測量
2.1 概述
2.2 測量球隙
2.3 靜電電壓錶
2.4 高壓交流分壓器及充氣標準電容器
2.4.1 交流分壓器的測量誤差分析
2.4.2 交流電容分壓器的組成
2.4.3 電容分壓器等效電容的測量
2.5 峰值電壓錶
2.5.1 利用電容電流整流測量峰值電壓
2.5.2 利用電容器上的整流充電電壓測量峰值電壓
2.5.3 有源數字式峰值電壓錶
思考題
習題
參考文獻
第3章 直流高電壓試驗裝置
3.1 概述
3.2 高壓矽堆
3.3 矽堆的電壓分布和均壓措施
3.4 倍壓電路
3.5 直流高壓串級發生器
3.6 小型化的直流高壓串級發生器
思考題
習題
參考文獻
第4章 直流高電壓的測量
4.1 概述
4.2 測量間隙
4.2.1 棒-棒空氣間隙
4.2.2 用棒間隙校核直流高電壓測量裝置
4.2.3 球球空氣間隙
4.3 靜電電壓錶
4.4 電阻分壓器
4.4.1 高歐姆電阻器
4.4.2 降低電阻分壓器測量誤差的措施
……
第5章 衝擊電壓的産生
第6章 衝擊高電壓的測量
第7章 衝擊電流發生器
第8章 衝擊電流的測量
第9章 介質耗損因數和電容的測量
第10章 局部放電測量
第11章 高電壓實驗室
附錄A 附錶
附錄B 衝擊電壓發生器(3~5階電路)輸齣電壓象函數的錶達式
附錄C 衝擊電壓發生器的放電迴路計算程序
附錄D 振蕩型操作衝擊電壓發生迴路的計算程序
附錄E 衝擊電流發生器的放電迴路計算程序
附錄F 衝擊電流發生器(包含非綫性電阻)放電迴路的計算程序
前言/序言
我國在2009年建成交流1000kV特高壓輸電係統和直流士800kV輸電係統,標誌著中國電力工業和高電壓技術的迅猛發展。高電壓技術的快速發展是超高電壓和特高電壓輸電技術發展的一個重要基礎。高電壓技術的研究對象是各種形態的高電壓和各種性能的電介質。盡管一百多年來高電壓技術已有瞭很大的發展,但關於電介質擊穿的一些機理還不是很清楚,許多實際問題需要依靠試驗來解決。由於試驗技術對高電壓技術如此重要,以及它所使用的一些手段的特殊、內容的豐富和技術的復雜,使它成為高電壓技術領域的一個重要分支。
本書內容包括高電壓試驗設備和測量技術兩大方麵,還涉及高電壓試驗室的建設。書中還介紹瞭有關高電壓試驗技術的新版中國國傢標準和國際電工委員會IEC的推薦標準。對於某些産品試驗的特殊要求,可查閱相關的試驗規程。本書內容還涉及電力係統中預防性試驗所用到的重要設備、儀器和試驗方法,而對預防性試驗的具體要求和結果分析,請參見《高電壓絕緣技術》教材。
本書在編寫過程中,一方麵力求深入闡述高電壓試驗設備和測量裝置的工作原理,另一方麵也提供許多實際應用知識,如測試設備的設計和選擇方法。學完本書後,應能掌握高電壓試驗技術的基本原理和一般的試驗方法,還應能掌握組建高電壓試驗室的一些必要知識。書後的附錄中提供瞭主要高電壓設備、元件或有關材料的性能數據及計算程序,以便於查閱和應用。本書可以作為高校強電專業的參考教材,高電壓與絕緣技術專業研究生的選修課教材,同時也可以作為電力係統或電氣設備製造部門的工程技術人員的培訓及自學教材。
本書第1版於1982年齣版,被清華大學、西安交通大學等高校作為教材使用,並於1986年獲得清華大學教材一等奬。
隨著科學技術的快速發展、高電壓試驗技術的國傢標準及有關IEC標準和行業標準的更新,有必要對本書內容進行較大幅度的修訂。2003年,修訂後的本書第2版齣版。在第2版中,更注意瞭在內容上講清物理概念,精簡瞭一些數學推導過程;在衝擊電壓發生器電路計算中,引入瞭4階迴路的計算程序;結閤編著者的科研成果,增補和更新瞭本書內容,例如在衝擊電壓的測量中新增瞭微分積分測量係統和加強瞭阻容分壓器的理論分析;在精簡高電壓示波器內容的同時,新增瞭數字存儲示波器的內容;在對絕緣tan8的測量中,新增瞭在綫監測和全數字測量;在絕緣的局部放電測量中,新增瞭局部放電的定位和其他檢測方法,以及局部放電的現場測試等內容。此外還新增瞭練習題和思考題。
本書的第3版於2009年9月問世。第3版中進一步根據最新的IEC標準、國傢標準及行業標準(DL/T992-2006),對內容進行瞭修改;刪除瞭一些原參考蘇聯和日本著作所寫的內容;根據清華大學肖達川教授的建議,在電路分析中改用捲積定理取代杜阿美爾積分,以便與電路課程更好地銜接;在第2章的交流分壓器的理論分析中,改用拉普拉斯變換法,使它能與後麵衝擊分壓器部分的理論分析相呼應;在衝擊電流發生器的內容中,增加瞭非綫性電路計算程序;書後增添瞭習題的答案。本書第3版還被評為“北京高等教育精品教材”。
在本書第4版中,全部采用最新頒布的高電壓技術方麵的1EC及國傢標準的內容;在第5章衝擊電壓的産生中,增加瞭高壓變壓器進行操作衝擊試驗的內容,根據國傢標準GB/T16927.3-2010《高電壓現場試驗的定義及要求》,對用變壓器進行高頻振蕩型操作衝擊電壓試驗的電路進行瞭理論分析;在對絕緣的tan8測量中,新增瞭變頻抗乾擾法;對全書的插圖和計算式中的符號,全部改用國傢標準規定的符號。
在第4版的修訂工作中,陳昌漁修訂瞭第1、2、5~8和11章;王昌長與高勝友修訂瞭第3、4章;高勝友修訂瞭第9、10章及第5章的5.11.4節;陳昌漁與王昌長修訂瞭附錄A;談剋雄與陳昌漁修訂瞭附錄B、C、D、F;陳昌漁與王昌長校訂瞭習題答案。全書經由談剋雄教授仔細主審,修改瞭一些原書中的文字、計算式、計算程序及插圖中的差錯或不閤適的錶達,他不僅做瞭全書的審閱工作,而且參與改寫瞭書中多處的文字和插圖的內容[如計算式(2-18)及附錄F等],使得本書的質量有大幅度的提高。
本書所列的計算程序全部采用FORTRAN語言編寫。譚浩強教授嚮筆者指齣,FORTRAN語言仍然是用於科學計算的優秀高級語言,並不因齣現其他語言而使之地位下降。
清華大學戚慶成、楊學昌教授對本書提齣瞭修改意見,西安交通大學邱毓昌教授為本書書寫瞭評語,我們對此深錶感謝。
在本書第4版齣版時,編著者對已故的張仁豫教授緻以敬意!深深感謝和紀念他首先在清華大學講授“高電壓試驗技術”課程以及他為編寫教材所付齣的勞動。
在我國處於超高電壓和特高電壓輸電大力發展的大好形勢下,希望本書的齣版能為廣大讀者在技術上提供幫助。
限於編著者水平,本書內容中錯誤和不當之處在所難免,請讀者給予指正。
編著者
2017年8月於清華園
高電壓試驗技術(第四版) 清華大學電氣工程係列教材 簡介 《高電壓試驗技術(第四版)》作為清華大學電氣工程係列教材的重要組成部分,是一部係統、深入闡述高電壓試驗基本理論、技術、方法和應用的高等教育教材。本書旨在為電氣工程及相關專業的學生、研究人員和工程技術人員提供一個全麵、嚴謹的學習平颱,幫助他們掌握在高電壓設備研發、生産、運行和維護過程中進行可靠性、安全性和性能評估所必需的關鍵知識和實踐技能。 背景與意義 隨著電力係統電壓等級的不斷提升,對電氣設備在高電壓下的絕緣性能、放電特性、熱穩定性等方麵提齣瞭更為嚴苛的要求。高電壓試驗是驗證和評估這些性能最直接、最有效的方式。它不僅是新産品研發和設計優化的重要依據,也是保障電力設備安全可靠運行、預防電氣事故、提高供電可靠性的關鍵環節。因此,掌握先進的高電壓試驗技術,理解其背後深刻的物理原理,對於培養高素質的電氣工程師至關重要。 本教材的第四版是在前幾版成功經驗的基礎上,結閤近年來高電壓技術和試驗領域的最新發展,進行瞭全麵修訂和更新。它緊密追蹤國際前沿研究成果,並融入瞭大量國內實際工程應用中的典型案例,力求內容的時效性、前沿性和實用性。 內容梗概 本書內容涵蓋瞭高電壓試驗的各個重要方麵,以下將詳細闡述其主要構成: 第一部分:高電壓技術基礎理論 在深入探討試驗技術之前,本書首先迴顧和鞏固瞭高電壓技術的基礎理論。這部分內容為理解後續的試驗原理和方法打下堅實的理論基礎。 電氣絕緣基礎: 詳細介紹瞭固體、液體和氣體絕緣材料的基本介電性能,包括絕緣電阻、介電常數、介電損耗、擊穿強度等。重點闡述瞭絕緣老化機理,如熱老化、電老化、濕氣老化、機械老化等,以及影響絕緣性能的各種因素(溫度、濕度、電場分布、絕緣缺陷等)。 電暈放電與局部放電: 深入分析瞭電暈放電的産生機製、特性和危害,以及局部放電(Partial Discharge, PD)的定義、監測方法和診斷意義。這部分內容對於理解絕緣的早期劣化和故障預警至關重要。 閃絡與擊穿: 詳細闡述瞭空氣、絕緣子、固體絕緣等介質的閃絡和擊穿現象,分析瞭影響閃絡電壓和擊穿強度的各種因素,包括電場分布、介質性質、錶麵狀態、環境條件等。 雷電衝擊與工頻電壓: 詳細講解瞭雷電衝擊電壓的産生、特性及其對電氣設備的衝擊作用。同時也深入闡述瞭工頻電壓下的絕緣特性,以及在高電壓係統中的應用。 電磁兼容性(EMC)初步: 簡要介紹瞭高電壓試驗過程中可能産生的電磁乾擾問題,以及基本的電磁兼容性概念,為理解試驗設備的屏蔽和乾擾抑製提供背景。 第二部分:高電壓試驗設備與裝置 本部分詳細介紹瞭實現各種高電壓試驗所需的關鍵設備和裝置,強調瞭其工作原理、結構特點、性能參數以及安全操作要求。 高電壓電源: 工頻高壓試驗變壓器: 詳細介紹其結構、工作原理、額定容量、電壓等級、調壓方式(有載調壓、無載調壓)以及對輸齣波形的要求。 直流高壓發生器: 講解瞭倍壓電路(如科特剋、溫納、移相)、串聯整流等不同類型直流高壓發生器的原理、特點、輸齣特性以及在不同試驗中的應用。 衝擊電壓發生器: 詳細介紹瞭衝擊電壓發生器的基本原理,包括火花隙、電容器、電感等組成部分,以及標準雷電衝擊電壓、標準操作衝擊電壓和震蕩衝擊電壓發生器的結構和性能。 高壓測量儀錶: 高壓分壓器: 介紹電阻分壓器、電容分壓器、串聯分壓器等不同類型高壓分壓器的原理、精度、頻率響應特性,以及在直流、交流、衝擊電壓測量中的應用。 高壓電流錶: 講解瞭高壓電流互感器(CT)及其在測量高壓大電流中的作用。 電荷測量儀錶: 詳細闡述瞭局部放電測量儀(PD meter)的工作原理,包括脈衝計數器法、電荷量法、能量法等,以及其在絕緣狀態監測中的應用。 衝擊電壓計數器、衝擊電流計數器: 介紹其工作原理和在記錄雷擊次數等方麵的應用。 高壓試驗輔助設備: 放電探測設備: 介紹超聲波探測法、紫外成像法等非接觸式放電探測技術。 溫度測量設備: 介紹用於監測試品溫度的紅外測溫儀、熱電偶等。 試驗環境控製設備: 如高壓試驗室的濕度、溫度控製係統,以及標準鹽霧試驗箱等。 屏蔽室與接地係統: 強調瞭高壓試驗室的屏蔽設計和可靠的接地係統對於減少電磁乾擾和保證人身安全的重要性。 第三部分:主要高電壓試驗項目與方法 本部分是教材的核心,詳細闡述瞭針對不同電氣設備進行高電壓性能評估的各種典型試驗項目,包括其目的、試驗接綫、操作步驟、數據處理和結果分析。 絕緣介質的介電性能試驗: 工頻介電強度試驗: 適用於氣體、液體、固體絕緣材料。 耐壓試驗(包括交流、直流): 針對變壓器、開關、絕緣子等設備進行的長期或短期耐壓測試。 介電損耗角正切(tanδ)測量: 用於評價絕緣材料的劣化程度。 局部放電測量: 診斷絕緣內部缺陷和潛在故障。 衝擊電壓下的絕緣性能試驗: 雷電衝擊耐壓試驗: 模擬雷電過電壓對設備的影響,測定其絕緣的雷擊衝擊耐受能力(BIL)。 操作衝擊耐壓試驗: 模擬開關操作過電壓對設備的影響,測定其操作衝擊耐受能力(SIL)。 震蕩衝擊耐壓試驗: 模擬某些特定過電壓條件下的絕緣響應。 電暈放電試驗: 電暈放電起始電壓和電暈放電電荷的測定: 評估高壓導綫、導體連接等部件的電暈放電特性。 電氣設備特定試驗: 變壓器高壓試驗: 包括空載試驗、負載試驗、短路試驗、感應耐壓試驗、直流電阻測量等,以及針對其絕緣係統的雷電衝擊、操作衝擊耐壓試驗。 高壓開關設備試驗: 包括絕緣試驗(工頻、衝擊)、開斷試驗、關閤試驗、動熱穩定性試驗等。 高壓套管試驗: 包括局部放電試驗、介電性能試驗、雷電衝擊試驗等。 高壓電纜試驗: 包括絕緣電阻測試、介電常數測試、耐壓試驗(直流、交流)、局部放電測試、雷電衝擊試驗等。 絕緣子試驗: 包括閃絡電壓試驗、介電強度試驗、汙穢鹽霧試驗等。 GIS/GIB(氣體絕緣開關設備/氣體絕緣金屬封閉開關設備)試驗: 重點關注氣體絕緣的性能、局部放電特性以及部件的耐壓水平。 外來因素對絕緣性能的影響試驗: 汙穢鹽霧試驗: 模擬高汙染地區對絕緣子的影響,評估其汙閃特性。 濕度試驗: 評估濕氣對絕緣性能的影響。 加速老化試驗: 模擬設備在長期運行中可能遇到的各種老化因素,預測其壽命。 第四部分:高電壓試驗的安全性與規範 高電壓試驗伴隨著顯著的危險性,因此本書對試驗安全給予瞭高度重視。 高壓試驗安全規程: 詳細闡述瞭高壓試驗的安全基本原則、操作人員的安全防護措施(包括個人防護裝備、安全距離、屏蔽、接地等)、試驗場所的安全管理規定以及緊急事故處理預案。 試驗標準與規範: 介紹瞭國際(IEC)、國傢(GB)等相關高電壓試驗標準,包括試驗的條件、程序、方法和判定標準,強調瞭遵守標準的重要性。 試驗數據分析與可靠性評估: 指導讀者如何正確地分析試驗數據,識彆異常情況,並基於試驗結果對電氣設備的絕緣性能和可靠性進行評估。 第五部分:新發展與前沿技術 本書的第四版充分體現瞭該領域的研究前沿和技術發展。 局部放電在綫監測技術: 介紹瞭PD在綫監測係統的組成、原理和在設備狀態評估中的應用,如基於信號處理、模式識彆等方法。 數字高壓測量技術: 討論瞭數字技術在高壓測量中的應用,如數字示波器、數字信號處理(DSP)等,以及其帶來的優勢。 智能化高壓試驗係統: 展望瞭試驗係統嚮自動化、智能化方嚮發展,包括自動控製、數據采集與分析、故障診斷等。 新材料在高電壓絕緣中的應用: 簡要介紹瞭納米材料、聚閤物復閤材料等在提升高壓絕緣性能方麵的研究進展。 特種高電壓試驗: 提及瞭超高壓、特高壓領域的一些特殊試驗需求和技術挑戰。 特色與亮點 理論與實踐緊密結閤: 本書在講解理論知識的同時,輔以大量的典型試驗電路圖、設備結構示意圖、試驗波形圖以及工程實例,使讀者能夠更直觀地理解抽象的理論概念。 內容全麵深入: 覆蓋瞭高電壓試驗從基礎到應用、從設備到方法的各個環節,係統性強。 緊跟時代發展: 第四版內容充分吸收瞭近年來高電壓試驗技術領域的新進展和新成果,具有較強的時效性。 權威性與專業性: 作為清華大學電氣工程係列教材,本書由該領域的資深專傢編寫,內容嚴謹,學術水平高。 注重實踐指導: 提供瞭豐富的試驗方法和操作要點,有助於讀者將所學知識應用於實際工程。 適用對象 本書適用於高等院校電氣工程及其相關專業(如電力係統及其自動化、高電壓與絕緣技術、電機與電器、新能源科學與工程等)的本科生、碩士研究生和博士研究生。同時,也是從事電力設備研發、生産、試驗、運行、檢修和技術谘詢的工程師、研究人員以及相關技術管理人員的理想參考書。 總結 《高電壓試驗技術(第四版)》是一部內容豐富、結構清晰、理論與實踐並重的高電壓試驗領域權威教材。它係統地梳理瞭高電壓試驗的理論基礎、關鍵設備、標準方法,並融入瞭前沿技術和安全規範,為讀者構建瞭一個紮實的知識體係。通過學習本書,讀者將能夠深刻理解高電壓對電氣設備性能的影響,掌握進行各類高電壓試驗的方法和技能,從而為保障電力係統的安全可靠運行、推動電氣工程技術的發展貢獻力量。