[拼音]：gaodianya jishu

[外文]：high voltage technique

以試驗(yàn)研究為基礎(chǔ)的應(yīng)用技術(shù)。主要研究在高電壓作用下各種絕緣介質(zhì)的性能和不同類型的放電現(xiàn)象，高電壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高電壓試驗(yàn)和測(cè)量的設(shè)備及方法，電力系統(tǒng)的過電壓、高電壓或大電流產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)、強(qiáng)磁場(chǎng)或電磁波對(duì)環(huán)境的影響和防護(hù)措施，以及高電壓、大電流的應(yīng)用等。高電壓技術(shù)對(duì)電力工業(yè)、電工制造業(yè)以及近代物理的發(fā)展(如X射線裝置、粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器等)都有重大影響。工程上把 1000伏及以上的交流供電電壓稱為高電壓。高電壓技術(shù)所涉及的高電壓類型有直流電壓、工頻交流電壓和持續(xù)時(shí)間為毫秒級(jí)的操作過電壓、微秒級(jí)的雷電過電壓、納秒級(jí)的核致電磁脈沖(NEMP)等。

20世紀(jì)以來，隨著電能應(yīng)用的日益廣泛，電力系統(tǒng)所覆蓋的范圍越來越大，傳輸?shù)碾娔芤苍絹碓蕉啵@就要求電力系統(tǒng)的輸電電壓等級(jí)不斷提高。就世界范圍而言，輸電線路經(jīng)歷了 110、150、230千伏的高壓，287、400、500、735～765千伏的超高壓和 1150千伏的特高壓（工業(yè)試驗(yàn)線路）的發(fā)展。直流輸電也經(jīng)歷了±100、±250、±400、±450、±500以及±750千伏的發(fā)展。這幾個(gè)階段都與高電壓技術(shù)解決了輸電線路的電暈現(xiàn)象、過電壓的防護(hù)和限制以及靜電場(chǎng)、電磁場(chǎng)對(duì)環(huán)境的影響等問題密切相關(guān)。這一發(fā)展過程以及物理學(xué)中各種高電壓裝置的研制又促進(jìn)了高電壓技術(shù)的進(jìn)步。60年代以來，為了適應(yīng)大城市電力負(fù)荷日益增長的需要，以及克服城市架空輸電線路走廊用地的困難，地下高壓電纜輸電發(fā)展迅速（由220、275 、345千伏發(fā)展到70年代的400、500千伏電纜線路）；同時(shí)，為減少變電所占地面積和保護(hù)城市環(huán)境，全封閉氣體絕緣組合電器(GIS)得到越來越廣泛的應(yīng)用。這些都提出許多高電壓技術(shù)的新問題。

高電壓技術(shù)的內(nèi)容很廣，大致分為電力系統(tǒng)過電壓及其限制，高電壓絕緣特性研究，高電壓試驗(yàn)設(shè)備、方法和測(cè)量技術(shù)幾方面。

電力系統(tǒng)過電壓及其限制

研究電力系統(tǒng)中各種過電壓，以便合理確定其絕緣水平是高電壓技術(shù)的重要內(nèi)容。電力系統(tǒng)的過電壓包括雷電過電壓（又稱大氣過電壓、外部過電壓）和內(nèi)部過電壓。其中雷電過電壓由雷云直接或間接對(duì)變電所或輸電線路 (避雷線、桿塔或?qū)Ь€)放電造成。一般雷電過電壓幅值較高，超過系統(tǒng)的額定工作電壓，但作用時(shí)間較短，波頭時(shí)間大多數(shù)為1.5～2微秒，平均波長時(shí)間為30微秒，大于50微秒的很少。雷擊除了會(huì)威脅輸電線路和電工設(shè)備的絕緣外，還會(huì)危害高建筑物、通信線路、天線、飛機(jī)、船舶、油庫等設(shè)備的安全。因此，這些方面的防雷也屬于高電壓技術(shù)的研究對(duì)象。

電力系統(tǒng)內(nèi)部過電壓是因正常操作或故障等原因使電磁狀態(tài)發(fā)生變化，引起電磁能量振蕩而產(chǎn)生的。其中衰減較快、持續(xù)時(shí)間較短的稱為操作過電壓；無阻尼或弱阻尼、持續(xù)時(shí)間長的稱為暫態(tài)過電壓。對(duì)110～220千伏電力系統(tǒng)，內(nèi)部過電壓水平一般取 3倍最大工作電壓；對(duì)330～500千伏電力系統(tǒng)，需要采取一些限制措施，取2～2.5倍。對(duì)特高壓電力系統(tǒng)，進(jìn)一步限制內(nèi)部過電壓具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，從前景來看限制到1.5～1.8倍最大工作電壓是完全可能的。

高電壓絕緣特性研究

高壓電工設(shè)備的絕緣應(yīng)能承受各種高電壓的作用，包括交流和直流工作電壓、雷電過電壓和內(nèi)部過電壓。研究電介質(zhì)在各種作用電壓下的絕緣特性、介電強(qiáng)度和放電機(jī)理，以便合理解決電工設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)問題是高電壓技術(shù)的重要內(nèi)容。

雷電過電壓和內(nèi)部過電壓對(duì)輸電線路和電工設(shè)備的絕緣是個(gè)嚴(yán)重的威脅。因此，研究各種氣體、液體和固體絕緣材料在不同電壓下的放電特性是高電壓技術(shù)的重要課題。其中氣體包括大氣條件下的空氣、壓縮空氣、六氟化硫氣體及高真空等常用作輸電線路和電工設(shè)備絕緣及其他用途的材料。因此，研究如何提高氣體絕緣的放電電壓，研究影響氣體放電的各種因素，如間隙大小、電極形狀、作用電壓的極性和類型、氣體的壓力、溫度、濕度和雜質(zhì)等，對(duì)確保電工設(shè)備的經(jīng)濟(jì)合理和安全運(yùn)行有重要意義。

在采取措施限制雷電過電壓和內(nèi)部過電壓的情況下，隨著電壓等級(jí)的提高，工作電壓對(duì)絕緣特性的影響越來越重要。在工作電壓作用下超高壓輸電線路和電工設(shè)備的電暈放電、局部放電、絕緣老化、靜電感應(yīng)、無線電干擾、噪聲等現(xiàn)象都是高電壓技術(shù)研究的課題。

在工程上經(jīng)常利用一些氣體放電的特性來解決許多高電壓技術(shù)領(lǐng)域中所遇到的科學(xué)技術(shù)問題，如利用球隙放電測(cè)量高電壓；用各種間隙放電來限制過電壓；利用電暈放電時(shí)產(chǎn)生穩(wěn)定的電暈層以改善電場(chǎng)分布，從而提高間隙的放電電壓等。

高電壓試驗(yàn)設(shè)備、方法和測(cè)量技術(shù)

高電壓領(lǐng)域的各種實(shí)際問題一般都需要經(jīng)過試驗(yàn)來解決。因此，高電壓試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法以及測(cè)量技術(shù)在高電壓技術(shù)中占有格外重要的地位。

為了在試驗(yàn)室(見圖)或現(xiàn)場(chǎng)研究電介質(zhì)或電工設(shè)備的絕緣特性以及適應(yīng)于不同科技領(lǐng)域的高電壓技術(shù)的應(yīng)用，需要有各種類型的高電壓發(fā)生裝置。常見的高電壓發(fā)生裝置有：由工頻試驗(yàn)變壓器（見圖）及其調(diào)壓設(shè)備等組成的工頻試驗(yàn)設(shè)備；模擬雷電過電壓或操作過電壓的沖擊電壓發(fā)生裝置（見圖）；利用高壓硅堆等作為整流閥的高壓直流發(fā)生裝置（見圖）。

以上這些高電壓試驗(yàn)裝置的共同特點(diǎn)是：輸出電壓高；對(duì)輸出電壓的波形、幅值的調(diào)節(jié)要求高；輸出電流和功率一般不大；試驗(yàn)時(shí)持續(xù)運(yùn)行的時(shí)間較短。

此外，由于近代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，各沖擊電流發(fā)生裝置得到越來越多的應(yīng)用。沖擊電流發(fā)生裝置要求在很短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的沖擊電流，如用在核物理、加速器、激光等領(lǐng)域的大型沖擊電流裝置能產(chǎn)生數(shù)百萬安培的沖擊電流。在電力部門，沖擊電流發(fā)生裝置主要用于模擬雷電流，檢驗(yàn)?zāi)承╇姽ぴO(shè)備在雷電過電壓和操作過電壓作用下的通流能力。在電工制造部門，沖擊發(fā)電機(jī)和振蕩回路（見圖）產(chǎn)生強(qiáng)電流，用以模擬電力系統(tǒng)短路電流，檢驗(yàn)開關(guān)設(shè)備以及高壓電纜等在系統(tǒng)短路工況下耐受短路電流的能力。

進(jìn)行高電壓試驗(yàn)需要有正確的試驗(yàn)方法，如耐壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)等。高壓電工設(shè)備外絕緣的介電強(qiáng)度，受氣壓、溫度、濕度、風(fēng)沙、污穢、雨水、射線等因素的影響，需要有不同條件下的換算法和等效的試驗(yàn)方法。

高電壓測(cè)量裝置和測(cè)量技術(shù)是正確進(jìn)行高電壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)。對(duì)不同類型的高電壓需采用不同的測(cè)量裝置。如測(cè)量直流電壓或低頻交流電壓的有效值用高壓靜電電壓表(見圖)；

測(cè)單次短脈沖(微秒或納秒級(jí))用高壓示波器，測(cè)高電壓下的脈沖大電流一般用羅戈夫斯基線圈。此外常用的高電壓測(cè)量裝置還有各種分壓器、分流器、局部放電儀等。60年代以來，光電測(cè)試技術(shù)引入高電壓領(lǐng)域，它將高電位端的量（如高壓回路的電流）轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，通過光纖傳送到低電位端的接受儀器，再將光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)，避免了高電壓傳到低電壓的測(cè)量系統(tǒng)而引起的危險(xiǎn)，以及電磁場(chǎng)對(duì)低電壓測(cè)量系統(tǒng)的干擾。

發(fā)展動(dòng)態(tài)

60年代后期以來，高電壓技術(shù)在電工以外的領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；同時(shí)，也不斷采用新技術(shù)以發(fā)展自身。前者主要指高電壓技術(shù)在粒子加速器、大功率脈沖發(fā)生器、受控?zé)岷朔磻?yīng)研究、航空與航天領(lǐng)域的雷電和靜電控制與防護(hù)、磁流體發(fā)電、激光技術(shù)、等離子體切割、電水錘進(jìn)行海底探油、沖擊加工成型、人體內(nèi)結(jié)石的破碎，以及靜電除塵、靜電噴涂、靜電復(fù)印等方面的應(yīng)用。高電壓領(lǐng)域中采用的新技術(shù)則包括利用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程和變電所的波過程；采用激光技術(shù)進(jìn)行高電壓下大電流的測(cè)量；采用光纖技術(shù)進(jìn)行高電壓的傳遞和測(cè)量；采用信息技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。這一切構(gòu)成了高電壓技術(shù)近年來發(fā)展的一個(gè)重要方面。

另一方面，高電壓技術(shù)對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展超高壓、特高壓輸電繼續(xù)起著重要的推動(dòng)作用。一些國家正在沿著傳統(tǒng)的“外沿發(fā)展模式”，繼續(xù)開展更高一級(jí)電壓，例如1500～1800千伏特高壓輸電的科研工作。而美國和蘇聯(lián)的一些學(xué)者，則另辟蹊徑，利用電力電子技術(shù)的新成就，對(duì)現(xiàn)有的超高壓電網(wǎng)研究技術(shù)改造、擴(kuò)大傳輸容量的技術(shù)。例如，蘇聯(lián)一些學(xué)者，研究利用靜止補(bǔ)償裝置，對(duì)500千伏輸電系統(tǒng)進(jìn)行全補(bǔ)償。這種輸電系統(tǒng)，只存在回路電阻而無感抗，因而已不存在系統(tǒng)穩(wěn)定問題，傳輸容量只決定于電阻值和導(dǎo)線載流能力，因而改造后的500千伏輸電系統(tǒng)， 其輸電能力可達(dá)到百萬伏級(jí)特高壓輸電系統(tǒng)的水平。這種“內(nèi)涵發(fā)展模式”正在引起科學(xué)界的廣泛重視。與此相似，美國也正在研究利用靜止補(bǔ)償裝置，對(duì)存在嚴(yán)重電磁兼容性問題的超高壓輸電線段施行局部的分段補(bǔ)償，以解決過去要對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行改造的問題。

參考書目

1. 陳維賢：《內(nèi)過電壓基礎(chǔ)》，電力工業(yè)出版社，北京， 1981。
2. 劉繼：《電氣裝置的過電壓防護(hù)》，水利電力出版社，北京，1986。
3. 吳維韓、張芳榴：《電力系統(tǒng)過電壓數(shù)值計(jì)算》，科學(xué)出版社，北京，1988。

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