高电压技术----课后答案

第一章 电力系统绝缘配合

1、解释电气设备的绝缘配合和绝缘水平的定义

答：电气设备的绝缘配合是指综合考虑系统中可能出现的各种作用过电压、保护装置特性及设备的绝缘特性，最终确定电气设备的绝缘水平。

电气设备的绝缘水平是指电气设备能承受的各种试验电压值，如短时工频试验电压，长时工频试验电压，雷电冲击试验电压及各种操作冲击电压

2、电力系统绝缘配合的原则是什么？

答：电力系统绝缘配合的原则是根据电气设备在系统应该承受的各种电压，并考虑过电压的限压措施和设备的绝缘性能后，确定电气设备的绝缘水平。

3、输电线路绝缘子串中绝缘子片数是如何确定的？

答：根据机械负荷确定绝缘子的型式后绝缘子片数的确定应满足：在工作电压下不发生雾闪；在操作电压下不发生湿闪；具有一定的雷电冲击耐受强度，保证一定的耐雷水平。

具体做法：按工作电压下所需的泄露距离初步确定绝缘子串的片数，然后按照操作过电压和耐雷水平进行验算和调整。

4、变电站内电气设备的绝缘水平是否应该与输电线路的绝缘水平相配合？为什么？

答：输电线路绝缘与变电站中电气设备之间不存在绝缘水平相配合问题。通常，线路绝缘水平远高于变电站内电气设备的绝缘水平，以保证线路的安全运行。从输电线路传入变电站的过电压由变电站母线上的避雷器限制，而电气设备的绝缘水平是以避雷器的保护水平为基础确定的。

第二章 内部过电压

1、有哪几种形式的工频过电压？

答：主要有空载长线路的电感-电容效应引起的工频过电压，单相接地致使健全相电压升高引起的工频过电压以及发电机突然甩负荷引起的工频过电压等。

2、电源的等值电抗对空长线路的电容效应有什么影响？

答：电源的等值电抗X S 可以加剧电容效应，相当于把线路拉长。电源容量愈小，电源的等值电抗X S 愈大，空载线路末端电压升高也愈大。

3、线路末端加装并联电抗器对空长线路的电容效应有什么影响？

答：在超高压电网中，常用并联电抗器限制工频过电压，并联电抗器接于线路末端，使末端电压下降。这是因为并联电抗器的电感补偿了线路对地电容，减小流经线路的电容电流，从而削弱了电容效应的缘故。

4、试写出估算操作过电压幅值的计算公式。

答：（1）空载变压器分闸过电压：U m I = （2）空载线路合闸过电压：2()3m m m m U E E E =-=；

（3）空载线路分闸过电压：1(1)(21)n m m U n E +=-+；

（4）电弧接地过电压：

5、产生切空载变压器过电压的根本原因是什么？

答：空载变压器相当于等效一个励磁电感，切空载变压器相当于切电感，所以在切消弧线圈、电动机、并联电抗器等电感元件时也会产生同类过电压。

6、影响合空载线路过电压的因素有哪些？

答：影响合空载线路过电压的因素有合闸相位角θ、线路上残余电压的极性和大小、母线的出线数及断路器合闸时三相的同期性等都会影响合闸过电压的大小。

7、为什么断路器带并联电抗器电阻能限制合空载线路过电压？

答：在超高压电网中，常用电抗器限制工频电压升高。在并联电抗器接于线路末端，使末端电压下降。这是因为并联电抗器的电感补偿了对地电容，减小流经线路的电容电流，从而削弱了电容效应的缘故。

8、产生切空载线路过电压的根本原因是什么？

答：产生切空载线路过电压的根本原因是断路器重燃，每次重燃都由电源供给其能量，所以随着重燃次数的增加，过电压将逐渐增大。

9、限制合空载线路过电压的主要措施有哪些？

答：限制合空载线路过电压的主要措施有（1）在断路器中并联电阻；（2）选用性能良好的限制操作过电压的专用避雷器（氧化锌避雷器）作为其后备保护。

10、为什么消弧线圈一般都设置在过补偿状态？

答：（1）如果选用全补偿，当系统正常运行时，如果出现三相对地电容不对称，会在中性点出现较大的位移电压；

（2）如果选用欠补偿方式运行，则当系统容量增大、线路增长时，由于线路对地电容的增加，会使补偿电流更加偏离系统电容电流；另一方面，当系统有某一线路跳闸或中性点位移电压偶然升高使消弧线圈饱和时，产生严重的中性点位移；

所以消弧线圈一般调谐在过补偿状态，调谐度在5%－１0％范围内。

11、试述铁磁谐振的主要特点。

答：铁磁谐振的主要特点有：

（1）铁磁谐振的条件：01>L WC ω（L 0为未饱和时的电感）可见，铁磁谐振只发生在参数21>L

C ω的范围内； （2）一般情况下，铁磁谐振需要外界激发；

（3）谐振状态可能“自保持”；

（4）出现“翻相”的现象；

（5）过电压幅值会受电感非线性的限制；

（6）在工频电压作用下，回路中可能出现谐波谐振。

12、中性点不接地系统中的有功负载，相间电容等，对电磁式电压互感器饱和过电压有什么影响？为什么？ 答：凡是中性点不接地系统中的电磁式电压互感器饱和过电压是零序性质的，而导线的相间电容、改善功率因数用的电容器组、电网负载变压器及其有功和无功负载，不是零序回路的参数，所以它们对这种过电压均不起任何作用。

第三章 发电厂和变电站的防雷保护

1、在什么情况下可装设构架避雷针？

答：避雷针有独立和构架之分。直接设立在构架上，利用变电站的接地网接地的避雷针称为构架避雷针。 110KV 及以上变电站，由于其绝缘较强，不易反击，在1000m ρ≤Ω?时可装设构架避雷针。

2、安装避雷针时要注意哪些问题？

答：安装避雷针时要注意：

（1）110KV 及以上变电站，由于其绝缘较强，不易反击，在1000m ρ≤Ω?时可装设构架避雷针，但在土壤电阻率1000m ρ≥Ω?时的地区，应装设集中接地装置。其他情况装设独立避雷针；

（2）独立避雷针距道路3m 以上，否则应铺碎石或沥青路面（厚5—8cm ），以保证人身不受跨步电压的危害；

（3）严禁架空照明线、电话线、广播线及天线装在避雷针上或其构架上；

（4）发电厂主厂房上一般不装设避雷针，以免发生感应或反击，使继电保护误动作或造成绝缘损坏；

（5）列车电站的电气设备装在金属车厢内，受到车厢一定程度的屏蔽作用，但因发电机的绝缘较弱，雷击车

厢可能发生反击事故。因此，在多雷区，宜用独立避雷针保护，对年平均为40雷暴日以下的地区，可不设直击雷保护；

（6）照明灯，机力通风冷却塔上电动机的电源线和烟筒下引风机的电源线的合理处理。

3、什么是进线段？什么是进线段保护？

答：靠近变电站1---2Km 的一段进线即为进线段。

靠近变电站1---2Km 的一段进线的防雷保护，即进线段保护。

4、进线段有什么作用？

答：变电站进线段保护的作用有两个：其一限制雷电侵入波电压作用下流过避雷器的电流；其二是降低最终进入变电站雷电侵入波的波头陡度。

5、变压器距避雷器的最大允许电气距离与哪些因素有关？ 答：避雷器与变电站之间的最大允许距离'552a 2a U U v

U U l j j m -=-=，因此可见 避雷器与变电站之间的最大允许距离与来波陡度a ／(a ／=v

a )和变压器的冲击耐压强度U j 与避雷器的残压U 5有关。 6、110－220KV 中性点直接接地系统中，在什么情况下，应在变压器中性点装设避雷器？

答：在110－220KV 中性点直接接地系统中，为了限制单相接地电流和满足继电保护的需要，一部分变压器的中性点是不接地的，但中性点是不接地的分级变压器，应在中性点装设变压器中性点用的金属氧化物避雷器。

7、配电变压器的防雷保护中应哪些“三点共地”？为什么？

答：配电变压器的防雷保护中的“三点共地”是指高压侧避雷器的接地端，变压器的铁壳以及低压侧的中性点。 这是因为高压侧避雷器的接地端与变压器的铁壳连接后共同接地，避免将接地电阻R 的压降加到变压器主绝缘上；为了避免变压器低压侧绕组的损坏，应将低压侧的中性点与变压器的铁壳相连。这样，铁壳上的高电位就会经低压线路传到用户，因此必须加强用户防雷保护，避免对用户产生危害。

8、画出直配电机的防雷保护接线，并叙述各保护元件的作用？

答：F 1，配电阀式避雷器：装设在电缆首端，遇强雷时，发生动作，电缆段的限流作用既能充分发挥； F 2，旋转电机阀式避雷器：装设在发电机出线上，限制侵入波幅值；

F 3，旋转电机中性点阀式避雷器：保护发电机的中性点绝缘（可能出现单相降低故障的同时又雷电侵入波）； FE 1，FE 2排气式避雷器：当雷电流使其放电后，由于FE 无残压，使电缆芯与外皮短路，由于高频趋肤效应，使雷电流经芯线转移到外皮，从而大大降低流过F2的冲击电流和母线冲击电压；

G ，发电机：系统的电源；

L ，电抗器：限制短路电流；

C ，电容器：限制侵入波陡度和降低感应过电压。

9、气体绝缘变电站在过电压保护方面有哪些特点？

答：GIS 变电站在过电压保护方面与常规的敞开式变电站相比具有以下一些新的特点：

（1）GIS 具有较小的导线波阻抗；

（2）GIS 具有比较平坦的伏秒特性曲线；

（3）GIS 变电站结构紧凑，各电气设备之间的距离较小，避雷器离被保护设备较近，因此可使雷电过电压的限制作用更大;

（4）由于GIS 变电站的封闭性，所以电气设备不会因受大气污秽、降水等因素的影响而降低绝缘强度；

（5）GIS 变电站中的绝缘绝对不允许产生电晕，一旦产生，会立即击穿。

第四章 输电线路防雷

1、感应过电压的大小与哪些因素有关？

答：导线上感应雷过电压幅值s Ih U c c 25

i =?（S>25时） 对于有避雷线的线路i i c g c i u k u h h k u )1()1(00/-≈-=?

一般的线路 c c i ah u =?

对于有避雷线的线路c c c g c i ah k ah h h k u )1()1(00/-≈-=?

2、为什么导线上方架设有避雷线时导线上的感应雷过电压会降低？

答：对于有避雷线的线路，因为避雷线位于导线上方，当雷击在有避雷线的导线附近大地时，在避雷线的屏蔽作用下，导线上的感应电荷会减少，致使导线上的感应雷过电压会降低。

3、雷击杆塔塔顶时，导线上的电位由哪几部分组成？

答：雷击杆塔塔顶时，由于避雷线与导线上的耦合作用，导线将具有电位top kU ；导线上还有极性与雷电流相

反的感应过电压c h a k 1）（--

。所以，实际作用于绝缘子串的电压j U ]6

.2)6.2()[1(U )1()]1([top j c t i c c top top Ih L R I k ah k k ah kU U U ++-=+-=---=β）（ 4、线路上架设的避雷线有什么作用？

答：避雷线可以使导线避免遭受直击雷，同时，利用避雷器的分流作用，可以减少流经杆塔的雷电流；利用避雷线的耦合作用，可以降低绝缘子串上的电位；利用避雷线的屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压；可见线路上架设的避雷线是提高线路耐雷水平的主要措施。

5、35Kv 及以下线路为什么不沿线架设避雷线？

答：35Kv 及以下线路，因其绝缘强度相对较弱，装设避雷线提高线路的可靠性的效果不大，一般不需全线架设避雷线，只在进变电站的进线段加装避雷器，减少反击和绕击的概率。

6、试述提高线路耐雷水平的措施。

答：架设避雷线；降低杆塔接地电阻；架设耦合地线；采用不平衡绝缘方式；装设自动重合闸；采用消弧线圈接地方式；装设避雷器；加强绝缘。

第五章 变压器绕组中的波过程

1、绕组中的起始电压分布与哪些因素有关？

答：绕组中的起始电压分布与距绕组首端为x 点的电压u ，对地电容c ，匝间电容k ，绕组长度l 等因素有关。

2、行波刚传到变压器绕组时，为什么可以用入口电容来等效？

答：当行波刚传到变压器绕组时，由于电感的阻流作用，流过电感的电流可忽略。所有从绕组首端的匝间电容的dx

0K 看进去的总电容链，因为电容链震荡元件数目是无穷的，所以，行波刚传到变压器绕组时，可以用入口电容来等效。

3、什么是变压器的内保护？

答：所谓变压器的内保护即是在变压器绕组的内部结构上采取保护措施，减少暂态震荡。其关键是改善变压器绕组的起始电压分布，使绕组的始态电位分布尽量接近稳态电位分布，从而降低绕组对地过电压和最大电位梯度。

4、采用哪些措施可以改善变压器绕组的电压分布？

答：改善变压器绕组的电压分布，可以降低绕组内部振荡时产生的最大电位和最大电位梯度，通常采用以下两种方法：（1）在绕组首端部位加一些电容环和电容匝；（2）使用纠结式绕组变压器代替连续式绕组变压器。

雷击输电线路附近对面雷直击与杆塔或线路附

5、为什么电机绕组可以用波阻抗和波速来表征绕组内波过程的参数？

答：电机绕组的波过程，由于电机绕组是嵌放在各个槽内，匝间电容很小，近似计算时可以忽略纵向电容，所以电机绕组的等值电路就与长线路一样仅由对地电容和绕组电位电感组成。因此，电机绕组可以用波阻抗和波速来表征绕组内波过程的参数。

第六章 输电线路的波阻抗

1、波阻抗与集中参数电阻有什么不同？

答：波阻抗是表示参数线路（或绕组）的参数，阻抗表示集中参数电路（或元件）的参数；波阻抗表示具有同一方向的电压波与电流波大小的比值，阻抗则等于此阻抗上电压与电流之比；电磁波通过波阻抗时，能量以电磁形式存储在周围介质中，而不是被消耗，而当R 不为0时阻抗消耗能量；波阻抗的数值只与导线单位长度的电感L 0和电容C 0有关，与导线长度无关，而阻抗与导线长度有关。

另外，同样的一条线路在讨论雷电或操作过电压作用下要用分布参数的波阻抗来表征，而讨论工频稳态电压作用下则用集中参数电路（如∏型）的阻抗来表征。

2、冲击电晕对波过程有什么影响？为什么？

答：由于冲击电晕使周围空气游离，好像增大了导线的半径，将增大导线单位长度的对地电容C0，所以当考虑冲击电晕时，波速将减慢（约为光速的0.75倍）。

3、行波传到线路开路的末端时，末端电压如何变化？为什么？

答：行波传到线路开路的末端时，即电压波为全反射，使末端的电压升高为入射电压的2倍，这是很危险的。 从能量的角度解释，由于末端开路时，末端电流为零，入射波的全部能量转变为电场能量的缘故。

4、行波传到线路末端对地接有匹配电阻时，末端电压如何变化？为什么？

答：线路末端接电阻R ，且R=Z 1时，反射电压为零，折射电压等于入射电压。表明波到线路末端不发生反射，行波传到末端时全部能量都消耗在电阻R 上了，这种情况称为阻抗匹配。

在进行高压测量时，在电缆末端接一匹配电阻，其值等于电缆波阻抗，就可以消除波传到电缆末端时的折、反射情况，从而正确的测量到来波的波形和幅值。

5、使用彼德逊法则的先决条件是什么？

答：彼德逊法则是流动波沿分布参数线路传到节点后，在该节点只有一次折、反射过程的前提条件下，利用波方程推导出来的，所以在使用彼德逊法时，要满足以下两个条件：（1）波沿分布参数的线路射入；（2）波在该节点只有一次折、反射过程。

6、为什么一般采用并联电容、而不是串联电感的方法来降低来波陡度？

答：行波通过串联电感和并联电容时，波头都会被拉平，但是由于波刚传到电感时发生的正反射会使电感首端电压抬高，危及电感首端绝缘，所以一般采用并联电容、而不是串联电感的方法来降低来波陡度。

第七章 雷电过电压

1、雷电放电的主放电阶段有什么特点？

答：当雷电的迎面先导与下行先导相遇时，便产生强烈的“中和”过程，引起极大的电流，这是雷电的主放电阶段，伴随有闪电和雷鸣现象。主放电阶段的特点是：（1）主放电存在的时间极短，约为50∽s μ100；（2）电流极大，可以到达数十乃至数百千安。

2、避雷针为什么能保护其周围的物体免遭雷击？

答：避雷针和避雷线的作用是将雷电吸引到自身上来，并安全导入地中，从而使附近的建筑和设备体免遭直接雷击。

3、避雷线的保护角是否越大越好？为什么？

答：避雷线的保护角是杆塔上避雷线的铅垂线同杆塔处避雷线和导线的连线所组成的夹角。保护角越小，避雷线就越可靠地保护导线免遭雷击。为了减小保护角，可以提高避雷线悬挂高度的方法，但这样势必加重杆塔结构，增加造价，所以单根避雷线的保护角不能做的太小，一般在ο

ο3020—的范围内。

4、金属氧化物避雷器为什么可以不用串联间隙？

答：金属氧化物避雷器尤其是氧化锌避雷器的氧化锌阀片具有极好的伏安特性，在额定电压下，氧化锌阀片流过的电流小于A 5

10-,`可以近似认为其续流为零。正因为如此，金属氧化物避雷器可以不用串联间隙，使之成为无间隙、无续流的避雷器。

5、试述避雷器的各项电气参数的意义。

答：（1）阀式避雷器

?额定电压U be 。U be 是指施加到避雷器端部的最大允许的工频电压，有效值，KV ；

?残压U R 。放电电流通过避雷器时，其端子间的最大电压值称为避雷器的残压，峰值，KV ；

?冲击放电电压U bi 。U bi 是指标准冲击电压（s μ50/2.1）作用下避雷器的放电电压，峰值，KV ；

?工频放电电压U gf 。使冲击系数接近1。

（2）金属氧化物避雷器

?标称电流下的残压U R 。所谓标称电流是指冲击波形s μ20/8的、一定大小的放电电流峰值，用以区分避雷器的等级。

?额定电压U be 。U be 是指施加到避雷器端部的最大允许的工频电压，有效值，KV ；

?参考电压。参考电压包含工频参考电压和直流参考电压。在工频参考电流下测出的避雷器上的工频电压峰值除以2即为工频参考电压。在直流参考电流下测出的避雷器上的电压即为直流参考电压，峰值，KV ；

?持续运行电压。在运行中允许持续地施加在避雷器两端的工频电压有效值称为持续运行电压，有效值，KV ； ?压比。压比为阀片在标称电流下的残压与其参考电压之比；

?荷电率。持续运行电压的峰值与直流参考电压的比值称为避雷器的荷电率。

6、接地装置的接地电阻的定义是什么？冲击系数的意义是什么？其值一般为多大？

答：接地电阻是指I 经接地极电流流入大地时，接地体对地电压U 与对地电流I 之比值，即R=U/I 。 冲击系数即避雷器的冲击放电电压与工频放电电压峰值之比，其值一般接近于1。