本書介紹了高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域的氣體、固體及液體電介質(zhì)的放電過程、絕緣特性，以及影響放電的多種因素；高電壓、高場強下的絕緣特點，電氣設(shè)備內(nèi)絕緣與外絕緣的基本特性；多種高電壓的產(chǎn)生方法、產(chǎn)生裝置、測量方法和抗干擾措施；雷電與操作沖擊過電壓發(fā)生的原理、特點、防護措施，以及絕緣配合。
前言（第2版）
《高電壓工程》(第1版)教材出版使用至今已經(jīng)超過10年，這10年正是我國電力工業(yè)發(fā)展最快的階段，裝機容量、發(fā)電量躍居世界首位，發(fā)電量、用電量等指標(biāo)的增長率甚至可以用空前絕后來形容。十年來我國的電壓等級連續(xù)邁上新臺階，交流1000 kV和直流±800 kV特高壓分別成為世界上目前投入商業(yè)運行的最高交、直流電壓等級。電力工業(yè)的大發(fā)展，有力地支撐了國民經(jīng)濟的快速前行。
我國的電力工業(yè)正在快速走向世界前列，必然要求高校的人才培養(yǎng)能夠適應(yīng)這一變化； 在超高壓、特高壓輸變電工程中大量采用的新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該及時在教學(xué)中有所體現(xiàn)。在大學(xué)的教學(xué)中，學(xué)科與行業(yè)的結(jié)合是各國面臨的共同課題。近年來，每次國際大電網(wǎng)委員會(CIGRE)都安排有電氣工程教育(electrical power engineering education,EPEE)的專題會議。在2012年8月CIGRE的EPEE專題會議上，筆者以清華大學(xué)電機系電氣工程教育的課程體系為例，交流了我們的探索和體會； 2014年8月CIGRE EPEE的主題更加明確表述為“How to Bridge the Gap Between Industry and Universities”。
這一問題可以從不同的角度進行思考、在不同的課程中進行嘗試，需要在教學(xué)過程中結(jié)合不同的內(nèi)容進行探索。大學(xué)的課程可劃分為公共基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課四個層次，大體上對應(yīng)著大學(xué)一年級到四年級的主要學(xué)習(xí)特點，反映著學(xué)生接受高等教育、掌握專業(yè)知識的層層遞進的過程�！案唠妷汗こ獭笔潜究粕半姎夤こ碳捌渥詣踊贝髮I(yè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課之一，我們對該課程的要求可以歸納為打下基礎(chǔ)、掌握特點和了解行業(yè)三個方面。希望學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)，能夠?qū)Ω唠妷号c絕緣技術(shù)二級學(xué)科有全面的認識，大體掌握其學(xué)科基礎(chǔ)、學(xué)科特點與主要內(nèi)容，并對相關(guān)行業(yè)的技術(shù)發(fā)展、技術(shù)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有所認識、有所了解。
這10年來，融入行業(yè)前沿的高電壓工程專業(yè)基礎(chǔ)課課程改革先后獲得清華大學(xué)和北京市教學(xué)成果一等獎，“高電壓工程”課程先后榮獲清華大學(xué)、北京市和國家精品課稱號，教學(xué)效果連續(xù)多年受到同學(xué)們的廣泛好評，這一點可以說是同學(xué)們對我們在教學(xué)上進行持續(xù)探索所給予的最大的鼓勵。
本次修訂，將原先高電壓產(chǎn)生與測量的4章進行了適當(dāng)?shù)木�，修改、合并為�?章和第7章，將一部分更詳細的內(nèi)容留待后續(xù)課程講解； 根據(jù)電力系統(tǒng)日益增多的新需求，以及多年來我們在教學(xué)中感到需要增強的內(nèi)容，加強了電場分布與調(diào)控、電介質(zhì)材料、直流高電壓、SF6絕緣、接地、絕緣配合，改寫了污穢絕緣放電、電介質(zhì)的性能，新增了空間電荷、電場測量、色譜分析、斷路器的開斷與關(guān)合、特快速瞬態(tài)過電壓等相關(guān)內(nèi)容； 為便于讀者了解各國高電壓實驗室的基本情況，重寫了附錄B； 為便于讀者復(fù)習(xí)和整理，本次修訂大大增加了習(xí)題，并在每章開頭梳理了核心概念。由于十年來相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都經(jīng)歷了較大幅度的修訂，本教材按照最新的標(biāo)準(zhǔn)對相關(guān)內(nèi)容進行了必要的修改，電路圖和符號也采用了最新國家標(biāo)準(zhǔn)的表述方式。
本教材有幸承蒙談克雄教授和陳昌漁教授進行了認真的審閱。兩位老教授不僅提出了很多寶貴的、有建設(shè)性的修改意見，并且提供了許多有價值的參考資料。博士后王家福、助理研究員莊池杰，以及研究生閻志鵬、仵超、高巖峰、黃建文、黃猛進行了大量的數(shù)據(jù)、圖片、曲線的查證、編輯、校對工作，在此一并致以衷心的感謝。
本次改版，梁曦東負責(zé)修訂了第0~3章、附錄，編寫了10.1節(jié)； 周遠翔負責(zé)修訂了第4~7章； 曾嶸負責(zé)修訂了第8~10章，并與周遠翔共同編寫了7.12節(jié)。限于編者的水平，書中難免仍有不當(dāng)之處，敬請廣大讀者批評指正。
梁曦東
2014年12月于清華園
第0章緒論
0.1高壓輸電的發(fā)展
0.1.1高壓輸電的出現(xiàn)與電壓等級的提高
0.1.2交流特高壓輸電
0.1.3遠距離大容量直流輸電
0.1.4節(jié)約輸電走廊與環(huán)境友好的輸電方式
0.1.5基于大容量電力電子技術(shù)的交直流輸電
0.2中國電力工業(yè)的現(xiàn)狀與展望
0.2.1發(fā)電量與裝機容量
0.2.2電壓等級、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與輸電線路
0.2.3電源結(jié)構(gòu)與可再生能源發(fā)電
0.2.4輸變電裝備
0.2.5電網(wǎng)建設(shè)與長期缺電
0.2.6中國電力工業(yè)的展望
0.3高電壓、高場強下的特殊問題
0.4高電壓下的特殊現(xiàn)象及其應(yīng)用
第1章氣體放電過程的分析
1.1帶電質(zhì)點與氣體放電
1.1.1氣體放電的主要形式
1.1.2帶電質(zhì)點的產(chǎn)生
1.1.3帶電質(zhì)點的消失
1.2低氣壓下均勻電場自持放電的湯遜理論和巴申定律
1.2.1湯遜理論
1.2.2巴申定律與均勻電場擊穿電壓
1.2.3湯遜放電理論的適用范圍
1.3高氣壓下均勻電場自持放電的流注理論
1.3.1空間電荷對電場的畸變
1.3.2流注的形成
1.3.3均勻電場中的自持放電條件
1.3.4流注理論對放電現(xiàn)象的解釋
1.4高氣壓下不均勻電場氣體擊穿的發(fā)展過程
1.4.1電場不均勻程度的劃分
1.4.2極不均勻電場氣體的電暈放電
1.4.3極不均勻電場的極性效應(yīng)
1.4.4長間隙擊穿過程
1.4.5稍不均勻電場的自持放電條件與極性效應(yīng)
練習(xí)題
第2章不同電壓形式下空氣的絕緣特性
2.1電場分布的分析與電場調(diào)整
2.1.1電場的分布與典型電極結(jié)構(gòu)
2.1.2電場分布的數(shù)值計算
2.1.3電極表面局部電場的調(diào)整
2.2持續(xù)作用電壓下空氣的絕緣特性
2.2.1均勻電場中空氣間隙的絕緣特性
2.2.2稍不均勻電場中空氣間隙的絕緣特性
2.2.3極不均勻電場中空氣間隙的絕緣特性
2.3雷電沖擊電壓下空氣的絕緣特性
2.3.1雷電沖擊電壓的形成與標(biāo)準(zhǔn)波形
2.3.2放電時延
2.3.350%放電電壓
2.3.4沖擊系數(shù)與伏秒特性
2.4操作沖擊電壓下空氣的絕緣特性
2.4.1操作沖擊電壓的形成與波形
2.4.2操作沖擊放電電壓的特點
2.5提高氣體間隙擊穿電壓的措施
2.5.1改進電極形狀
2.5.2利用空間電荷
2.5.3極不均勻場中屏障的采用
2.5.4固體絕緣覆蓋層
2.5.5高氣壓的采用
2.5.6高真空的采用
2.5.7高電氣強度氣體SF6的采用
練習(xí)題
第3章高壓外絕緣及沿面放電
3.1大氣條件對空氣間隙放電的影響
3.1.1大氣狀態(tài)對放電電壓的影響
3.1.2海拔高度對放電電壓的影響
3.2高壓外絕緣及高壓絕緣子
3.2.1外絕緣及其工作條件
3.2.2絕緣子的分類及基本要求
3.3絕緣子的沿面放電
3.3.1均勻電場中氣體沿固體電介質(zhì)表面的放電
3.3.2極不均勻電場具有弱垂直分量時的沿面放電
3.3.3極不均勻電場具有強垂直分量時的沿面放電
3.3.4沿面閃絡(luò)電壓的影響因素與提高措施
3.4絕緣子的雨中放電
3.4.1絕緣子的淋雨閃絡(luò)
3.4.2絕緣子的人工淋雨試驗方法
3.4.3提高絕緣子濕閃電壓的措施
3.5絕緣子的污穢放電
3.5.1絕緣子污穢閃絡(luò)的特點
3.5.2從積污到污閃
3.5.3絕緣子的污穢試驗與污閃特性
3.5.4污穢地區(qū)絕緣子的配置
3.5.5絕緣子的覆冰閃絡(luò)
3.5.6提高瓷和玻璃絕緣子污閃電壓的方法
3.5.7硅橡膠復(fù)合絕緣子及有機外絕緣
練習(xí)題
第4章液體、固體電介質(zhì)的電氣性能
4.1電介質(zhì)電氣性能的基本概念
4.1.1電介質(zhì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本知識
4.1.2電介質(zhì)電氣性能的劃分
4.1.3常見液體和固體電介質(zhì)的電氣性能參數(shù)
4.2液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗
4.2.1電介質(zhì)的極化及相對介電常數(shù)
4.2.2電介質(zhì)的電導(dǎo)、電阻及電導(dǎo)率、電阻率
4.2.3電介質(zhì)中的能量損耗及電介質(zhì)損耗角正切
4.3液體電介質(zhì)的擊穿
4.3.1液體電介質(zhì)的擊穿理論
4.3.2影響液體電介質(zhì)擊穿電壓的因素
4.3.3提高液體電介質(zhì)擊穿電壓的方法
4.4固體電介質(zhì)的擊穿
4.4.1固體電介質(zhì)的擊穿過程
4.4.2影響固體電介質(zhì)擊穿電壓的主要因素
4.5電介質(zhì)中的空間電荷
4.6組合絕緣
4.6.1組合絕緣中的電場分布與調(diào)整
4.6.2組合絕緣的電氣性能
4.7電介質(zhì)的其他性能
練習(xí)題
第5章絕緣檢測和診斷
5.1基本概念
5.2絕緣電阻與泄漏電流的測量
5.2.1工作原理
5.2.2測量絕緣電阻與吸收比的方法
5.2.3泄漏電流的測量
5.3電介質(zhì)損耗角正切的測量
5.3.1西林電橋基本原理
5.3.2反接法的西林電橋
5.3.3存在外界電磁場干擾時的測量
5.4局部放電的測量
5.4.1測量局部放電的幾種方法
5.4.2測量局部放電的脈沖電流法
5.4.3脈沖電流法的基本回路和檢測阻抗
5.4.4脈沖電流法的測量儀器及其校訂
5.4.5實施PD測量的其他技術(shù)問題
5.5絕緣油中溶解氣體的色譜分析
5.6耐壓試驗
5.6.1交流耐壓試驗
5.6.2直流耐壓試驗
5.6.3雷電沖擊耐壓試驗
5.6.4操作沖擊耐壓試驗
5.7各種預(yù)防性試驗方法的特點總結(jié)
5.8絕緣的在線監(jiān)測
5.8.1tanδ的在線監(jiān)測
5.8.2局部放電的在線監(jiān)測
練習(xí)題
第6章高電壓和沖擊大電流的產(chǎn)生
6.1交流高電壓的產(chǎn)生
6.1.1概述
6.1.2試驗變壓器的電壓與容量
6.1.3串級高壓試驗變壓器
6.1.4試驗變壓器容性試品上的電壓升高
6.1.5高壓串聯(lián)諧振試驗設(shè)備
6.2直流高電壓的產(chǎn)生
6.2.1半波整流直流裝置
6.2.2直流輸出電壓和紋波因數(shù)
6.2.3限流電阻與硅堆選擇
6.2.4倍壓直流與串級直流裝置
6.3沖擊高電壓的產(chǎn)生
6.3.1沖擊電壓發(fā)生器基本原理
6.3.2放電回路的近似計算
6.3.3考慮回路電感的近似計算
6.3.4沖擊電壓發(fā)生器放電回路計算舉例
6.3.5用高壓變壓器產(chǎn)生操作沖擊電壓
6.4沖擊大電流的產(chǎn)生
6.4.1沖擊電流發(fā)生器的功用與電流波形的規(guī)定
6.4.2沖擊電流發(fā)生器的基本原理
6.4.3沖擊電流發(fā)生器的結(jié)構(gòu)
練習(xí)題
第7章高電壓的測量
7.1高電壓測量基本概念
7.1.1概論
7.1.2高電壓測量系統(tǒng)
7.1.3交直流高電壓的測量
7.1.4沖擊高電壓的測量
7.2球隙放電法測量高電壓
7.2.1測量球隙
7.2.2球隙法測量交直流高電壓
7.2.3球隙法測量沖擊高電壓
7.2.4球隙法測量高電壓的優(yōu)缺點
7.3高壓靜電電壓表
7.4分壓器
7.4.1分壓器的作用和要求
7.4.2分壓器原理與分類
7.5電阻分壓器
7.5.1高壓直流電阻分壓器
7.5.2高壓交流電阻分壓器
7.5.3測量沖擊電壓的電阻分壓器
7.6高壓電容分壓器
7.6.1電容分壓器的構(gòu)成
7.6.2高壓交流電容分壓器
7.6.3測量沖擊電壓的電容分壓器
7.7阻尼式電容分壓器
7.8微分積分測量系統(tǒng)
7.9對沖擊電壓測量系統(tǒng)響應(yīng)特性的要求
7.10測量沖擊高電壓的示波器
7.11利用光電技術(shù)測量高電壓
7.12高電壓電場測量
7.13高電壓測量系統(tǒng)中弱電儀器的抗干擾措施
7.13.1電磁干擾來源
7.13.2干擾抑制措施
練習(xí)題
第8章傳輸線的波過程
8.1波阻抗
8.2波的折射、反射與衰減、變形
8.2.1末端開路時的折反射
8.2.2末端短路時的折反射
8.2.3末端接集中負載時的折反射
8.2.4波的衰減與變形
8.3通過并聯(lián)電容與串聯(lián)電感的波過程
8.3.1彼德遜法則
8.3.2通過并聯(lián)電容的波過程
8.3.3通過串聯(lián)電感的波過程
練習(xí)題
第9章雷電過電壓及其防護
9.1雷電參數(shù)
9.1.1雷電流的波形和極性
9.1.2雷電流的幅值、陡度、波前、波長
9.1.3雷暴日、雷電小時及落雷密度
9.1.4雷電定位系統(tǒng)對雷電的測量
9.2防雷保護的基本措施
9.2.1避雷針
9.2.2避雷線
9.2.3避雷器
9.2.4接地裝置
9.3架空輸電線路的雷電過電壓
9.3.1概述
9.3.2感應(yīng)過電壓
9.3.3雷擊導(dǎo)線過電壓
9.3.4雷擊塔頂過電壓
9.3.5雷擊跳閘率
9.4發(fā)電廠、變電站的雷電過電壓及其防護
9.4.1直擊雷過電壓防護
9.4.2侵入波過電壓防護
9.4.3氣體絕緣變電站的過電壓防護
練習(xí)題
第10章操作過電壓與絕緣配合
10.1高壓斷路器的分合閘
10.1.1高壓開關(guān)的功能與分類
10.1.2斷路器的開斷與熄滅電弧
10.1.3斷路器的關(guān)合與預(yù)擊穿
10.1.4高壓斷路器的重合閘
10.2空載線路合閘過電壓
10.2.1正�？蛰d線路合閘過電壓
10.2.2重合閘過電壓
10.2.3空載線路合閘過電壓的影響因素及限制措施
10.3切除空載線路過電壓
10.4特快速瞬態(tài)過電壓
10.5操作過電壓的限制措施
10.5.1利用斷路器并聯(lián)電阻限制分合閘過電壓
10.5.2利用避雷器限制操作過電壓
10.6絕緣配合的基本概念與基本方法
10.6.1工頻過電壓對絕緣配合的影響
10.6.2絕緣配合的原則
10.6.3絕緣配合的基本方法
10.6.4架空輸電線路絕緣水平的確定
10.6.5直流系統(tǒng)的絕緣配合
練習(xí)題
附錄A電力設(shè)備的耐受電壓值
附錄B國內(nèi)外部分高電壓實驗室參數(shù)表
主要參考文獻
書單推薦
