高电压技术综合复习资料

《高电压技术》综合复习资料

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2011年05月23日

《高电压技术》综合复习资料

一、填空题（占40分）

1、汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。

2、“棒—板”电极放电时电离总是从棒电极开始的。

3、正极性棒的电晕起始电压比负极性棒的电晕起始电压高，原因是正极性棒的空间电荷削弱了附近的场强，而加强了电荷的外部空间的电场，负极性棒正好相反。。

4、电力系统中电压类型包括工频电压、直流电压、雷电冲击电压和操作冲击电压等4种类型。

5、在等于 0.33 时同轴圆筒的绝缘水平最高，击穿电压出现最大值。

6、沿面放电包括沿面滑闪和沿面闪络两种类型。

7、电介质的电导包括离子电导和电子电导两种类型，当出现电子电导时电介质已经被击穿。

8、弱极性液体介质包括变压器油和硅有机液体等，强极性液体介质包括水和乙醇（至少写出两种）。

9、影响液体介质击穿电压的因素有_电压形式的影响、温度、含水量、含气量的影响、杂质的影响油量的影响（至少写出四种）。

10、三次冲击法冲击高电压实验是指分别施加三次正极性和三次负极性冲击电压的实验。

11、变压器油的作用包括绝缘和冷却。

12、绝缘预防性实验包括绝缘电阻、介质损耗角正切、泄露电流的测量、局部放电测试和绝缘油的电气试验等。

高电压试验包括工频高压试验、直流高压试验和冲击高电压试验等。

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13、雷电波冲击电压的三个参数分别是波前时间、半波时间和波幅值。

14、设备维修的三种方式分别为故障维修、预防维修和状态维修。

15、介质截至损耗角正切的测量方法主要包括西林电桥法和不平衡电桥法两种。

16、影响金属氧化物避雷器性能劣化的主要是阻性泄露电流。

17、发电厂和变电所的进线段保护的作用是降低入侵波陡度和降低入侵波幅值。

18、小波分析同时具有在时域范围和频率范围内对信号进行局部分析的优点，因此被广泛用于电力系统局部放电的检测中。

电源的概念：电源是提供电压的装置，把其他形式的能转换成电能的装置叫做电源

19、电力系统的接地按其功用可为工作接地、保护接地和防雷接地三类。

20、线路末端短路时电压反射波为与入射波电压相同，电流反射波为与入射波电流相反。

21、反向行波电压和反向行波电流的关系是。

22、“云—地”雷电放电过程包括先导放电、主放电和余辉放电三个阶段。

23、气体放电通常可分为非自持放电和自持放电两种。

24、防雷保护装置包括避雷针、避雷线、避雷器和防雷接地装置四种。

25、避雷器动作起始电压为泄漏电流为1 时的电压。

27、自动重合闸的工作原理是当线路故障跳闸后0.6s重新合闸1次，如果故障仍然存在，则永久跳闸不再进行重合。

28、电力系统合闸时同时满足电压幅值相等、电压相角相等和电压频率相等三个条件合闸产生的过电压最小。

29、我国规定的雷电流的波前和波长时间分别为12 和 50 。

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30、电力系统中小电感负荷包括空载变压器、并联电抗器和消弧线圈等。

31、电力系统中小电容负荷包括空载长线、电缆和电容器组等。

32、影响空载线路合闸的因素包括合闸相角、残余电荷和回路损耗、断路器合闸的不同期、电容效应等。

二、名词解释

1、自持放电：当外施电压达到某一临界值U0后，不依靠外界电离因素，依靠外施电压就能维持气体放电，称为自持放电

2、汤逊理论：汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。汤逊理论主要用于解释短气隙、低气压的气体放电。

3、流注理论：流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。

4、液体中被掩盖的气体放电：当液体两端加外电压时，液体掩盖的气泡周围就会形成电场，随着电压的升高，气泡周围场强也随之大，当达到某一临界值时，气泡周围的气体、液体发生电离。

5、液体桥接纤维击穿：液体中存在纤维桥等杂质，纤维极易受潮，介电常数增大，在外电场作用下，发生极化并游到电场强度最高的地方，纤维首尾连接，在电极间形成导电桥，纤维桥电导率大，电流密度大，引起的焦耳热大，会使得纤维附近的潮气和个别低沸点的液体蒸发成气泡，并击穿，此种击穿称为纤维桥击穿。

6、进线段保护：在变电所进线长度为1~2范围内装设避雷线和避雷针后，为了防止入侵波引起的过电压超过变压器设备的绝缘水平而损坏设备，通过在进线段并联电容和串联电抗器等措施，以降低入侵波的陡度和幅值，从而达到降低入侵波引起的过电压水平。这叫做变电所、发电厂的进线段保护。

7、彼德逊法则：沿线路传来的电压波加倍作为等值电压源；

线路波阻抗用数值相等的电阻来代替作为等值电压源内阻；

为负载，负载可以是波阻抗，也可以是电阻、电感、电容等集中参数。

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求等值回路中A点的电压，即电压折射波，该等值电路法则称为彼德逊法则

8、耐雷水平：耐雷水平是指雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值

9、电弧间歇接地：单相接地故障时，由于接地电容电流的增大，故障消失后，电弧难以自动熄灭，但又不会形成稳定的电弧，当电流过零时电弧熄灭，之后又重燃，引起电路的震荡，这种“熄灭——重燃”称为电弧间歇接地

三、问答题

1、请问汤逊理论的实质是什么，汤逊理论与流注理论在解释气体放电方面有什么区别？

答：1）汤逊理论认为电子碰撞电离是气体放电的主要原因。二次电子主要来源于正离子碰撞阴极，而阴极逸出电子。二次电子的出现是气体自持放电的必要条件。二次电子能否接替起始电子的作用是气体放电的判据。

流注理论认为气体放电的必要条件是电子崩达到某一程度后，电子崩产生的空间电荷使原有电场发生畸变，大大加强崩头和崩尾处的电场。另一方面气隙间正负电荷密度大，复合作用频繁，复合后的光子在如此强的电场中很容易形成产生新的光电离的辐射源，二次电子主要来源于光电离。

2）汤逊理论主要解释低气压、短气隙的气体放电现象。

流注理论主要解释高气压、长气隙的气体放电现象

2、提高气体介质电气强度的方法有哪些措施？其原理是什么？

答：一）改善均匀电场

1) 改进电极形状以改善均匀电场

2) 利用空间电荷以改善均匀电场

3) 极不均匀电场用屏蔽改善均匀电场

原理：均匀电场的平均击穿电压较不均匀场的平均击穿电压高

二）削弱或抑制电离过程

1）高气压

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2）采用强电负性气体

3）高真空

原理：1）高气压时电子的自由平均行程短，从而削弱或抑制电离过程

2）采用强电负性气体，利用电子的强附着效应抑制电离过程

3）高真空可以使电子的自由平均行程远大于极间距离，使电离过程几乎成为不可能

3、提高液体介质电气强度的方法有哪些措施？其原理是什么？

答：提高液体介质电气强度的措施包括加干燥剂去除液体介质中的水分、加祛气剂除去液体介质中的气体和采用“油－屏障”式绝缘以减少液体介质中的杂质含量等措施。其原理是降低液体介质中的杂质（包括水、气体和固体杂质），提高液体介质的品质，从而达到提高液体介质电气强度的目的。 4、请问提高固体绝缘介质局部放电电压的措施有哪些？

答：1尽量消除气隙或设法减小气隙的尺寸，因为气隙的击穿场强随气隙厚度的减小而明显提高

2设法提高空穴的击穿场强

6、绝缘子污闪放电是如何形成的？如何预防？

答：具体形成过程：绝缘子上经长期或短期沉积而形成的污垢，在小雨或下雾时，受潮，当出现了局部干区后，干区两端有电压，在干区处形成强电场，强电场使周围空气中气体电离，且易形成电弧，电弧在电流过零时熄灭，随后又可能复燃，如此熄灭——复燃，扩展——收缩。就形成了爬电，即污闪放电的形成过程

预防：1）清扫表面积污

2）采用防污闪涂料处理表面

3）采用半导体釉绝缘子

4）加强绝缘和采用污绝缘子

8、请说明线路防雷的四道防线，并举例说明这四道防线所采取的具体措施？

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答：1沿线假设避雷线，改用电缆电路 2 降低杆塔的接地电阻，增大耦合系数 3 适当增加绝缘子片数，电网采用不接地经淌弧线圈接地。 4采用自动重合闸，或双回路，环网供电等

9、防雷保护装置有哪些？它们的作用是什么？

答：避雷针、避雷线、避雷器、防雷接地装置

作用：避雷针（线）主要防止雷电直击被保护设备

避雷器防止输电线路上的侵入波进入变电所

防雷接地装置主要是降低避雷针、避雷线、避雷器与地之间的电阻，从而减小过电压的值

10、为什么要在发电厂和变电站装设进线段保护？其具体措施有哪些？

答：防止雷直击发电厂和变电站及防止雷直击输电线路产生的雷电波沿线路侵入发电厂和变电站

措施：在进线段装避雷线或避雷针，在保护前方装阀式避雷器

11、切除小电感负载产生过电压的原因是什么？限制措施是什么？

答：切除小电感负载产生过电压的原因是由于断路器的“截流”现象引起的。限制切除小电感负载过电压的措施包括降低变压器的特性阻抗、在断路器上并联高值分闸电阻和装设避雷器。

12、切除小电容负载时产生过电压的原因是什么？限制措施是什么？

答：切除小电容负载时负载产生过电压的原因是由于电弧的多次“重燃”引起的。限制切除小电容负载过电压的措施包括采用不重燃的断路器、并联分闸电阻R （1000—3000欧）以及在线路首末端装设避雷器

13、绝缘子污闪放电是如何形成的？如何预防？

答：绝缘子污闪放电经历四个阶段:积污、受潮、干区形成、电弧的出现和发展等阶段。具体形成过程如下：

绝缘子上经长期或短期沉积而形成的污垢，在小雨或下雾时，容易受潮。受潮部分电导较大，电流密度大，容易形成干区。当出现了局部干区后，干区两端有高电压，在干区处形成强电场，强电场使周围空气中气体电离，且易形成电弧。电弧

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在电流过零时熄灭，随后又可能复燃，如此熄灭——复燃，扩展——收缩，形成了爬电，即形成污闪放电。

污闪的预防措施主要包括：清扫表面积污、采用防污闪涂料处理表面、采用半导体釉绝缘子、和增大爬电比距。

14、电介质的极化形式有几种？各种极化形式发生场合和特点是什么？

答：类型：发生场合：特点：

电子式任何电介质不耗能

离子式离子式结构电介质不耗能

偶极子式极性电介质耗能

夹层介质界面多层介质的交界面耗能

空间电荷电极附近

15、空载线路合闸产生过电压原因是什么？最严重情况是什么？此时过电压倍数是多少？

答：原因：空载线路中存在电感和电容，合闸时电感和电容组成的电磁振荡形成过电压。

一般情况下过电压倍数是1.5~2倍

三项重合闸时过电压最严重

此时过电压倍数是3

16、绝缘配合的根本任务、基本原则和核心问题是什么？

答：根本任务：正确处理过电压和绝缘这一对矛盾

原则：综合考虑电气设备在电力系统中可能受到的作用电压、保护装置的特性、设备绝缘在各种作用电压下的特性，确定电气设备必要的绝缘水平，使设备造价、维护费用和绝缘故障引起的事故损失达到综合效益最高

核心问题：确定各种电气设备的绝缘水平。

四、计算题

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1.在330变电所中，变电所有3条出线。变压器的冲击耐压水平为1000，的冲击放电电压为700。设侵入波陡度为300，试确定避雷器到变压器的最大允许电气距离。 A 设三条出线的波阻抗均为Z，某一条线路上的雷电侵入波为u1’，则根据彼得逊法则，A点的电压为

即在A点的侵入波产生的电压幅值是线路上的侵入波电压的2/3，则A点的侵入波陡度为相当于线路上侵入波陡度的2/3，即

又因为在A点安装避雷器后，距离A点电气距离为l点处的过电压为

所以，避雷器到变压器的最大允许电气距离为

1．试分析波阻抗的物理意义极其与电阻的不同。

波阻抗Z是电压波与电流波之间的一个比例常数，即’’。和电阻一样，与电源频率或波形无关，呈阻性。不同：（1）波阻抗只是一个比例常数，完全没有长度的古、概念，线路长度的大小并不影响波阻抗Z的数值；而一条长线的电阻是与线路长度成正比的；（2）波阻抗从电源吸收的功率和能量是以电磁能的形式储存在导线周围的媒质中，并未消耗掉；而电阻从电源吸收的功率和能量均转化为热能而散失掉了。

2．在何种情况下应使用串联电感降低入侵波的陡度？在何种情况下应使用并联电容？试举例说明。

电压入射波不是无限长直角波，而是波长很短的矩形波，应使用串联电感，不但能拉平波前和波尾，而且还能在一定程度上降低其峰值。如冲击截波。在无限长直角波的情况下应使用并联电容，此时电容充满电后相当于开路。如电容式电压互感器。

3．试述冲击电晕对防雷保护的有利和不利方面。

有利：○1偶合系数增大；○2引起的衰减，导线波阻抗减小；○3波速减小。

4．试分析在冲击电压作用下，发电机绕组内部波过程和变压器绕组内部波过程的不同点。

发电机绕组内部波过程与输电线行波运动过程相同，由一系列行波变压器绕组内部波过程是一系列振荡驻波。

5．试述雷电流幅值的定义。

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雷电流幅值是表示强度的指标，也是产生雷电过电压的根源，是最重要的雷电参数。

6．试分析管型避雷器与保护间歇的异同点。

相同点：二者采用的火花间隙亦属极不均匀电场，其伏秒特性很陡，难以与被保护绝缘的伏秒特性取得良好的配合。会产生大幅值截波，对变压器类设备的绝缘很不利。不同点：保护间隙没有专门的灭弧装置，因而其灭弧能力很有限的。而管型避雷器虽然有较强能力的保护间隙，但所能灭弧的续有一定的上下限。

7．某电厂的原油罐，直径10m，高出地面10m，用独立避雷针保护，针距罐壁至少5m，试设计避雷针的高度。

解：≥2,即有1。由( )P 解得15,若≤2,解的h与假设不一致。即15m

8.试从物理概念上解释避雷针对降低导线上感应过电压的作用。

避雷针理解为“导闪针”或“引雷针”。它是通过使雷击向自身来发挥其保护作用。由于避雷针一般高于被保护对象，它们的切面先导往往开始得最早，发展得最快，从而最先影响下行先导的发展方向使之击向避雷针，并顺利进入地下，从而使处于它们周围的较低物体受到屏蔽保护，免遭雷击。

9.试分析雷击杆塔的影响耐雷水平的各种因素的作用，工厂中常采用哪些措施来提高耐雷水平？

作用：（1）线路绝缘，提高线路绝缘即提高绝缘子串的50%冲击闪络电压。（2）杆塔接地电阻,降低杆塔接地电阻，提高线路耐雷水平和减少反击概率的主要措施。（3）偶合地线，具有一定的分流作用和增大导地线之间的偶合系数，因而提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。措施：（1）提高线路绝缘；（2降低杆塔接地电阻；（3）增大偶合系数。

10.雷电放电可分为哪几个主要阶段？

（1）先导放电阶段；（2）主放电阶段；（3）余焊放电

11.为什么绕击时的耐雷水平远低于雷击杆塔的耐雷水平？

因为绕击时雷闪过避雷线而直接击中了导线产生的影响较大，而在雷击杆塔时，由于杆塔一般不高，其接地电阻较小。

12.雷电的破坏性是由哪几种效应造成的？各种效应与雷电的哪些参数相关？

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雷电的破坏性是由电磁效应，机械效应，热效应等多种效应造成。电磁效应与雷电流幅值，雷电流的计算波形。机械效应与雷电流的计算波形，雷电流的波前时间，陡度及波长。

13.试述电力系统产生短时过电压的原因极其采用的主要限制措施。

原因：电力系统内部储存的磁能量发生交换和振荡。措施：（1）装置联合闸电阻（2）同电位合闸（3）利用避雷器来保护

14.为什么在超高压电网中很重视工频电压升高？引起工频电压升高的主要原因有哪些？

（1）工频电压升高大都在空载或超载条件下发生，它们有可以同时出现相互叠加。（2）工频电压升高是决定某些过电压保护装置工作条件的重要依据。（3）由于工频电压升高是不衰减或衰减现象持续的时间很长，对设备绝缘及其运行条件也有很大的影响。措施：（1）采用并联电抗器来补偿线路的电容电流以削弱电容效应。（2）在330-500超高压电压中，应采用并联电抗器或静止补偿装置。

15.切除空载线路和切除空载变压器为什么会产生过电压？断路器中电弧的重燃对两种过电压有什么影响？

切除空载线路和切除空载变压器是由于电力系统内部储存的电磁能量发生互换和振荡产生过电压，影响：（1）中性点非有效接地电网的中性点电位有可能发生位移。（2）重放次数对这种过电压的最大值有次侧生的影响。（3）当母线同时接有几条出线，只切除其中的一条，这种过电压较小。（4）断路器外侧有电磁式电压电感器将使线路上的剩余电荷有了附加的泄放路径。

三、简答题

3、气体击穿：气体由绝缘状态变为导电状态的现象称为击穿。

4、沿面闪络：若气体间隙存在固体或液体电介质，由于固体和液体的交界面处是绝缘薄弱环节，击穿常常发生在固体和液体的交界面上，这种现象称为沿面闪络。

5、辉光放电：当气体电压较低，放电回路电源功率较小，外施电压增到一定值时，气体间隙突然放电并使整个间隙发亮，这种放电形式称为辉光放电。

6、火花放电：放电间隙反复击穿时，在气体间隙中形成贯通两极的断断续续的不稳定的明亮细线状火花，这种放电形式称为火花放电。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/y1fe.html