高电压技术

　　本书涵盖高电压与绝缘技术的基本理论和试验技术，以及相关交叉学科的新知识，包含5部分内容：①气、液、固三类电介质的放电理论（第1～5章）；②耐压绝缘试验（第6、7章）；③输电线路和绕组中的波过程（第8章）；④雷电和过电压及其防护（第9～11章）；⑤绝缘配合与电磁环境（第12章）。其中第1部分在介绍电介质放电理论的基础上，加入了一定的工程应用实例和发展前沿技术；第2部分主要介绍高电压试验基础及规程，另外将在线监测的相关技术基础引入本书，旨在增强本书的实用性和适用性；第3部分详细介绍了输电线路和绕组中的波过程理论；第4部分在传统的防雷和防护技术基础上，增加了新型防雷技术及设备的内容，并扩展了其应用领域和范围；第5部分结合国家对能源发展的要求和电力系统的发展现状，对绝缘配合与电磁环境进行了阐述。 本书既可作为电气工程等相关专业的教材，也可作为专业技术人员从工程实际向融合创新提升的基础知识参考书。

　　张嘉伟，博士，教授。2000年9月至2004年7月，东北电力大学，学士；2005年9月至2008年3月，东北电力大学硕士；2008年8月至2012年3月，法国里昂国立应用科学院 博士；2004年7月至2019年6月，东北电力大学，讲师，副教授；2013年2月至2014年2月，意大利博洛尼亚大学，博士后研究员；2015年10月至2015年11月，日本福冈大学，访问学者；2019年1月至2019年2月，德国海德堡大学，访问教授；2019年7月至今 西安理工大学，教授。

目录


绪论 1
第1章 气体放电的基本物理过程 5
1．1 带电粒子的产生和消失 6
1．1．1 气体放电的主要形式 6
1．1．2 带电粒子的产生 7
1．1．3 带电粒子的消失 11
1．2 电子崩的形成和发展过程 12
1．2．1 非自持放电和自持放电 12
1．2．2 电子崩的形成和发展 13
1．2．3 自持放电的条件 14
1．2．4 气体击穿与帕邢定律 17
1．3 流注的发展过程 18
1．3．1 空间电荷对原有电场的影响 19
1．3．2 流注的形成 20
1．3．3 电负性气体的情况 22
1．4 不均匀电场中的放电过程 22
1．4．1 稍不均匀电场和极不均匀电场的放电特性 23
1．4．2 极不均匀电场中的电晕放电 24
1．4．3 电晕放电的起始场强 25
1．4．4 极不均匀电场中的极性效应 29
1．5 长气隙击穿过程 31
1．5．1 放电时间 31
1．5．2 冲击电压波形的标准化 32
1．5．3 冲击电压下的气隙击穿特性 34
1．6 放电等离子体 36
1．6．1 等离子体基本参数 36
1．6．2 等离子体鞘层 37
1．6．3 等离子体的应用 39
第2章 气体间隙的击穿特性 40
2．1 均匀和稍不均匀电场气隙的击穿特性 41
2．2 极不均匀电场气隙的击穿特性 45
2．2．1 直流电压 46
2．2．2 工频交流电压 47
2．2．3 雷电冲击电压 48
2．2．4 操作冲击电压 49
2．3 大气条件对气隙击穿特性的影响及其校正 52
2．3．1 对空气密度的校正 53
2．3．2 对湿度的校正 53
2．3．3 对海拔高度的校正 54
2．4 提高气体介质电气强度的方法 54
2．4．1 改进电极形状以改善电场分布 55
2．4．2 利用空间电荷改善电场分布 56
2．4．3 采用屏障 57
2．4．4 采用高气压 59
2．4．5 采用高电气强度气体 60
2．4．6 采用高真空 61
2．5 绝缘气体和气体绝缘电气设备 61
2．5．1 SF6气体的绝缘性能 62
2．5．2 SF6气体理化特性方面的若干问题 64
2．5．3 SF6混合气体 65
2．5．4 气体绝缘电气设备 67
第3章 液体电介质的电气性能 69
3．1 液体电介质的极化和损耗 70
3．1．1 液体电介质的介电常数 70
3．1．2 液体电介质的损耗 71
3．2 液体电介质的电导 72
3．2．1 液体电介质的离子电导 72
3．2．2 液体电介质的电泳电导与华尔顿定律 74
3．2．3 液体电介质在强电场下的电导 75
3．3 液体电介质的击穿 76
3．3．1 高度纯净去气液体电介质的电击穿理论 76
3．3．2 含气纯净液体电介质的气泡击穿理论 77
3．3．3 工程用液体电介质的杂质击穿 78
3．3．4 减小杂质影响的措施 81
3．4 变压器油及其特性 82
3．4．1 变压器油的主要作用 83
3．4．2 变压器油的性能要求 83
3．4．3 矿物油和植物油的对比 84
第4章 固体电介质的电气性能 86
4．1 固体电介质的极化和损耗 87
4．1．1 固体电介质的介电常数 87
4．1．2 固体电介质的损耗 89
4．2 固体电介质的电导 91
4．2．1 固体电介质的离子电导 91
4．2．2 固体电介质的电子电导 92
4．2．3 固体电介质的表面电导 92
4．3 固体电介质的击穿 95
4．3．1 电击穿的基本理论 96
4．3．2 热击穿的基本理论 97
4．3．3 电化学击穿的基本理论 98
4．4 固体电介质的老化 100
4．4．1 固体电介质的环境老化 100
4．4．2 固体电介质的电老化 101
4．4．3 固体电介质的热老化 101
4．5 常见固体电介质 103
4．5．1 电工陶瓷 103
4．5．2 硅橡胶 104
4．5．3 交联聚乙烯 105
4．5．4 环氧树脂 105
4．5．5 纤维材料 107
第5章 沿面放电和组合绝缘 108
5．1 不同电场均匀度下的沿面放电 109
5．1．1 界面电场分布的典型情况 109
5．1．2 均匀电场中的沿面放电 110
5．1．3 具有强垂直分量时的沿面放电 112
5．1．4 具有弱垂直分量时的沿面放电 114
5．2 不同电场均匀度下的沿面放电 117
5．2．1 受潮表面的沿面放电 117
5．2．2 脏污表面的沿面放电 119
5．3 绝缘子结构及其关键技术 124
5．3．1 瓷质绝缘子 124
5．3．2 玻璃绝缘子 125
5．3．3 复合绝缘子 126
5．4 组合绝缘 126
5．4．1 各组分间的相互渗透 127
5．4．2 油纸绝缘结构 129
5．4．3 组合绝缘的优化方式 130
第6章 绝缘预防性试验 133
6．1 绝缘电阻、吸收比和泄漏电流的测量 134
6．1．1 绝缘电阻和吸收比的测量 134
6．1．2 泄漏电流的测量 137
6．2 介质损耗角正切值测量 139
6．2．1 谢林电桥测量原理 139
6．2．2 可发现的缺陷及其局限性 142
6．2．3 谢林电桥测量的影响因素 142
6．3 局部放电的测量 144
6．3．1 局部放电测量基础 144
6．3．2 局部放电电气测量方法 146
6．4 绝缘油性能测量 147
第7章 电气设备绝缘的高电压试验 151
7．1 工频高电压试验 152
7．1．1 工频高电压的产生 152
7．1．2 工频高电压的测量 154
7．1．3 绝缘的工频耐压试验 160
7．2 直流高电压试验 161
7．2．1 直流高电压的产生 162
7．2．2 直流高电压的测量 165
7．2．3 绝缘的直流耐压试验 170
7．3 冲击电压试验 173
7．3．1 冲击电压的产生 173
7．3．2 冲击电压的测量 177
7．3．3 绝缘的冲击耐压试验 186
7．4 高电压的光电与数字化测量技术 188
7．4．1 光电测量技术 188
7．4．2 数字化测量技术 189
7．5 电气设备的在线检测和故障诊断 191
7．5．1 传统的在线检测和故障诊断技术 191
7．5．2 典型电气设备的在线检测和故障诊断 194
7．5．3 新技术在电气设备在线检测和故障诊断中的应用 199
第8章 输电线路和绕组中的波过程 205
8．1 波沿均匀无损耗单导线的传播 206
8．1．1 线路方程及解 206
8．1．2 波速和波阻抗 208
8．1．3 均匀无损耗单导线波过程的基本概念 212
8．2 行波的折射和反射 213
8．2．1 折射系数和反射系数 213
8．2．2 几种特殊端接情况下的波过程 215
8．2．3 集中参数等值电路（彼得逊法则） 216
8．3 行波的多次折射、反射 221
8．4 波在多导线系统中的传播 223
8．5 波在有损耗线路上的传播 227
8．5．1 线路电阻和绝缘电导的影响 228
8．5．2 冲击电晕的影响 228
8．6 变压器绕组中的波过程 230
8．6．1 单相绕组中的波过程 230
8．6．2 变压器对过电压的内部保护 234
8．6．3 三相绕组中的波过程 235
8．6．4 波在变压器绕组间的传递 236
8．7 旋转电机绕组中的波过程 237
8．8 传输线理论及其应用 238
8．8．1 传输线的基本类型和参数 239
8．8．2 传输线组合 243
8．8．3 传输线的实例与发展 243
第9章 雷电及防雷装置 247
9．1 雷电放电过程 248
9．1．1 雷电参数 249
9．1．2 雷电过电压的形成 254
9．1．3 雷电过电压的危害 255
9．2 避雷针、避雷线、避雷器 256
9．2．1 避雷针的保护范围 256
9．2．2 避雷线的保护范围 258
9．2．3 避雷器 259
9．3 接地装置 265
9．3．1 接地和接地装置 265
9．3．2 接地电阻的测量 266
9．3．3 降低接地电阻的措施 269
9．4 接地装置防腐 271
9．4．1 接地装置腐蚀的危害 271
9．4．2 接地装置腐蚀的产生 272
9．4．3 腐蚀诊断 273
9．4．4 接地装置的防腐措施 274
第10章 雷电过电压及其防护 277
10．1 输电线路的防雷保护 278
10．1．1 输电线路防雷的原则和措施 278
10．1．2 线路感应过电压 280
10．1．3 线路直击雷电过电压 282
10．1．4 输电线路雷击跳闸率 287
10．1．5 架空绝缘线路防雷技术措施 289
10．2 发电厂和变电所的防雷保护 290
10．2．1 发电厂和变电所的直击雷保护 291
10．2．2 发电厂和变电所的行波保护 293
10．2．3 主要设备的防雷保护 299
10．2．4 智能变电站的防雷保护 301
10．2．5 气体绝缘变电所的防雷保护 303
10．2．6 旋转电机的防雷保护 305
10．3 特殊建筑及设施的防雷保护 308
10．3．1 古建筑的防雷保护 308
10．3．2 飞机的防雷保护 311
第11章 内部过电压 314
11．1 暂时过电压 315
11．1．1 工频电压升高 315
11．1．2 谐振过电压 322
11．2 操作过电压 325
11．2．1 中性点不接地系统电弧接地引起的过电压 326
11．2．2 空载线路合闸引起的过电压 329
11．2．3 切除空载线路引起的过电压 332
11．2．4 切除空载变压器产生的过电压 335
11．3 快速瞬态过电压 336
11．3．1 VFTO产生的机理及特性 337
11．3．2 VFTO的危害及防护 339
11．3．3 VFTO的测量与抑制 341
第12章 绝缘配合与电磁环境 360
12．1 绝缘配合 361
12．1．1 绝缘配合的概述 361
12．1．2 中性点接地方式对绝缘水平的影响 365
12．1．3 绝缘配合惯用法 365
12．2 电磁环境 369
12．2．1 交流输电线路的电磁环境 369
12．2．2 变电站的电磁环境 373
12．2．3 直流输电线路的电磁环境 376
12．2．4 换流站的电磁环境 379
12．2．5 电力系统电磁环境的一般性防护方法 380
参考文献 382