由电磁感应现象总结提出的一系列电磁定律为电动机、发电机、变压器等电机电器的制造和发电厂、电力网及电力系统的构建和生产奠定了理论基础，并逐步形成了一系列有关电气设备和系统的新理论及新技术，从而构成了电气工程学科。

? 电气工程学科是研究电磁现象、规律及应用的一门学科，它分为：

1.高电压与绝缘技术学科的形成和发展

国外输配电发展(交流 )： ：

* 1890年，英国伦敦首先建成第一条10kV的交流输电线路，全长28英里。
* 1898年，美国建成33kV输电线路120km。
* 1906年，美国建成110kV输电线路。
* 1912年，美国建成150kV交流输电线路。
* 1923年，美国建成了230kV交流输电线路。
* 1937年，美国建成了287kV输电线路，全长455km。
* 1952年，瑞典建成380kV输电线路。
* 1956年，前苏联建成400kV线路，1959年升压为500kV线路。
* 1965年，加拿大建成735kV线路。
* 1967年，前苏联建成750kV线路。
* 1969年，美国建成765kV线路。
* 1985年，前苏联建成特高压1150kV线路。

* 1889年，法国建成125kV直流输电线路。
* 1954年，瑞典建成±100kV直流输电线路。
* 1970年，美国建成±400kV直流输电线路。
* 1972年，加拿大建成±450kV直流输电线路。
* 1978年，南非建成±533kV直流输电线路。
* 1986年，巴西建成±600kV直流输电线路。

我国输配电发展(交流)：

* 1908年，建成22kV石龙坝水电厂至昆明的线路。
* 1921年，建成33kV石景山发电厂至北京的线路。
* 1933年，建成44kV线路(抚顺电厂出线)。
* 1934年，建成66kV线路(延边至老头沟)。
* 1943年，建成110kV镜泊湖水电厂至延边线路。
* 1943年，建成220kV水丰电厂至大连线路。
* 1972年，建成中国第一条超高压输电线路，330kV刘家峡－关中输电线路，全534km(中国自行设计、自行制造)。
* 1981年，建成500kV平顶山－武昌输电线路，全长595km。
* 2005年，中国在西北地区（青海官厅—兰州东）建成了一条750kV输电线路，长度为140.7km。
* 2007年，中国第一条1000kV高压输电线路晋东南—南阳—荆门特高压交流试验示范工程线路工程开工建设。

我国输配电发展(直流)：

* 1987年，我国建成全国产化设备的±100kV舟山直流输电工程。
* 1989年，建成±500kV葛洲坝-上海高压直流输电线，全长1045km，单极容量600MW，双极1200MW(1989年投运单极，1990年双极投运)。
* 2006年，我国开工建设世界上第一个±800kV直流输电工程，西起云南禄丰，东至广东增城，线路全长1446公里,设计输送容量8000MW。
* 2007年，向家坝—上海±800kV特高压直流输电示范工程开工建设。额定输送功率640万千瓦，途经八省市，全长约2000公里。
* 2008年，锦屏-苏南±800kV特高压直流输电工程开工建设。线路长度2095千米，输送容量达720万千瓦。

100多年来，输电电压等级提高了近100倍。

促使输电电压等级提高的直接动力就是：电力需求的激增及远距离输电。交流线路的输送容量P与交流输送电压U的二次方成正比。

(1) 输电线路电压等级不断提高，促进了高电压技术学科的发展

高电压技术的发展始于20世纪初，它是随着输电电压的提高而发展的一门学科。
输电线路电压等级的不断提高、长度的增加、高压电气设备安全可靠运行的要求等促进了高电压技术学科的不断发展。（欢迎关注VX公众 号：电气小青年）

高电压 是针对某种极端条件下电磁现象的相对物理概念，在电压数值上尚无确定的划分限界，工程上通常将电压在1kV及以上作为高电压的范畴。
对于输电线路，国际上一般认为：
交流：
高压(HV)：35kV～220kV
超高压(EHV)：330kV及以上1000kV以下
特高压(UHV)：1000kV及以上
直流：
高压直流(HVDC)：±600kV及以下
特高压直流(UHVDC)：±600kV以上

(2) 高电压强电场下电力系统出现了一系列特殊问题，为高压专业的形成创造了条件

?  输电线路外绝缘污闪、雨闪。
?  输变电设备和线路经常遭受雷击。
?  随电压等级提高，电气设备的绝缘结构和绝缘材料需要解决。
?  由于气、液、固介质中的放电理论发展缓慢，社会发展又需要不断提高输电的电压等级，必将用真型试验来选择外绝缘和内绝缘，同时随电压等级的提高又带来了电磁环境和生态问题。
?  核武器、航天器的发展出现了一系列高电压强电场下的一系列特殊的问题。

(3)  高电压与绝缘技术学科顺应工程需要而形成

? 20世纪50年代前，高电压与绝缘技术问题属电力系统专业的一部分：发电厂、电力网、继电保护、高电压技术。
? 20世纪50年代初，苏联、美国、英国和欧洲一些国家相继办起了高电压与设备专业和电气绝缘专业。
? 我国20世纪50年代初，在苏联专家帮助下， 哈尔滨工业大学创办了第一个高电压技术与设备专业，西安交通大学创办了第一个电气绝缘与电缆专业 。随后，清华大学、上海交通大学、西安交通大学创办了高电压技术与设备专业。

（4） 我国电力工业发展规划对高电压与绝缘技术学科的促进

?  能源资源——煤、水资源丰富，油气资源较少：已探明煤炭储量：10077亿吨；技术可开发量：493GW；石油可采储量：24.3亿吨； 天然气可采储量：2.2万亿立方米。
?  电力工业发展方针： 提高能源效率，保护生态环境，加强电网建设，大力发展水电，优化发展煤电，推进核电建设，稳定发展天然气发电，加快新能源发电，促进装备工业发展，深化体制改革。

（5）我国电力工业发展规划

? 积极扩大“西电东送”规模
– 北通道：山西、蒙西向京津冀鲁送电，2010年约20GW，2020年约40GW；
– 中通道：三峡及四川水电向华东、华中电网送电，2010年约21GW，2020年45～50GW；
– 南通道：云南、贵州水电及火电向广东、广西送电，2010年约20.8GW，2020年约40GW 。

（6）发展和建设特高压输电的必要性和紧急性

? 从现在起到2020年我国需新装机约5亿千瓦，年均超过3000万千瓦，但我国75%以上可开发水能资源（3.95亿千瓦）分布在川、云、藏；探明的煤炭资源保有储量6以上分布在晋、陕、蒙；而全国电力负荷2/3分布在京广线以东地区，能源分布与经济发展极不平衡；
? 虽然全国“西电东送” 500kV超高压骨干网架已经形成，但500kV跨区互联电网联系薄弱，输电能力有限，难以满足西部和北部能源基地大规模、远距离电力外送需求，必须采用更高一级电压等级的输电技术。

前苏联900km1150kV输电线路

日本1000kV输电线路

河南南阳1000kV特高压交流输电线路

2、高电压与绝缘技术的主要研究内容

2. 1 高电压绝缘

? 绝缘将电位不等的导体分隔开，使导体没有电气连接，从而保持不同的电位，绝缘是电气设备结构中的重要组成部分。
? 绝缘和按照一定要求组成的绝缘系统（绝缘结构）是支撑高电压的基础，其可靠性在很大程度上决定了电力系统的经济性，绝缘是高电压技术中的核心研究内容

?  具有绝缘作用的材料称为绝缘材料（电介质）
– 电介质按其形态分为：气体、液体、固体。
– 如：空气、SF6气体、矿物油、木材、纸板、陶瓷、玻璃、聚乙烯等。

?  研究高电压绝缘的原因
– 电压等级→设备绝缘费用→开发新型绝缘材料/绝缘结构
–  绝缘是电气设备安全运行的薄弱环节，绝缘故障是导致设备失效的主要原因。

?  高电压绝缘研究的主要内容
– 绝缘材料：首先研究各种绝缘材料在高电压强电场下的各种性能、各种现象以及相应的过程、理论，尤其是绝缘击穿破坏的过程和理论，在此基础上选择优良的绝缘材料，开发新材料，进而大幅度提高性能。

– 绝缘结构（电场结构）：绝缘材料的性能并不代表绝缘结构的性能，绝缘结构的性能才是实际设备使用的性能，同一材料在不同的绝缘结构下其性能不相同，研究绝缘结构是要更好地利用材料的性能。
– 电压形式对绝缘性能的影响：研究绝缘结构不能离开电压形式（如工频或高频交流电压、直流电压、冲击电压等），同样的材料、结构在不同电压形式下绝缘性能并不相同。

220kV电力变压器吊罩后局部照片

高压电气设备--油浸式电力变压器

高压电气设备--SF6断路器和全封闭组合电器（GIS）

2.2 电力系统过电压

?  电力系统中出现的短时的危及绝缘的电压升高，称为过电压。
– 根本原因：系统中电磁能量发生变化。

?  过电压的危害
– 过电压的作用时间很短，但其数值却大大超过正常工作电压，易造成绝缘的破坏。

?  过电压的分类
– 雷电过电压：由于设备受雷击造成的(直接雷过电压)或在设备附近发生雷击而感应产生的过电压(感应雷过电压)。
– 内部过电压：在电力系统内部，由于断路器的操作或系统故障，使系统参数发生变化，再由此引起的电力系统内部电磁能量转化或传递的过渡过程中，将在系统中出现过电压，这种过电压称为内部过电压。

?  在系统的绝缘设计中，特别重要的两个方面：确定电压作用状况，绝缘应耐受此电压；确定绝缘在承受此电压作用时的特性。绝缘上的电压和该绝缘的介质强度之间的协调配合—绝缘配合

?  主要内容：
– 过电压的机理和它发展的物理过程、影响因素
– 提出降低或限制作用在设备上过电压的措施
– 电压、绝缘、保护设备三者的绝缘配合

绝缘配合：
综合考虑电气设备在系统中可能承受的各种作用电压(工作电压及过电压)、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维护费用和设备故障引起的事故损失,达到在经济上和安全运行上总体效益最高。

绝缘水平：
是指某一设备绝缘可以承受(不发生闪络、放电或其它破坏)的试验电压值。

绝缘配合原则：
综合考虑电力系统中可能出现的各种作用电压、保护装置特性和设备的绝缘特性以确定设备的绝缘水平，从而使设备绝缘故障率或停电事故率降低到在经济上和运行上可以接受的水平。

? 正确处理电力系统过电压与绝缘这一对矛盾。 在运行条件下，电气设备和输电线路的绝缘不但长期处于工作电压下，而且会受到各种过电压作用。 绝缘不仅要能够耐受工作电压的长期作用，而且还必须能耐受可能出现的各种过电压。

? 从两方面入手解决：保证和提高绝缘的耐受电压；设法降低和限制过电压。

高压电气设备--金属氧化物避雷器（MOA）

2.3  高电压试验技术

? 试验的意义：
– 高电压技术的研究对象是各种形态的高电压和各种性能的介质，需要有各种高电压的测试设备来研究各种介质在各种高电压下的物理现象。
– 关于介质击穿的机理不是很清楚，许多实际问题需要依靠试验来解决。
– 为检验绝缘是否具有应有的耐受电压水平，还必须按照试验标准对绝缘进行试验。

? 试验技术的内容
– 如何产生各种高电压（试验设备）需要研究各种经济、灵活的高电压发生装置。
– 如何进行高电压试验（试验方法）需要研究对电气设备进行高电压试验的方法。
– 如何测量各种高电压（测量方法）高强量、微弱量、快速量。

? 试验分类（两大类）
– 非破坏性试验（绝缘特性试验）：在较低电压下或用不损伤绝缘的方法来测定设备绝缘特性，判断是否存在绝缘缺陷，包括：绝缘电阻及泄漏电流试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、气相色谱分析等、超声波探测绝缘缺陷。

– 破坏性试验（耐压试验）：模拟设备在运行过程中实际可能碰到的危险的过电压状况，对绝缘加上与之等价的高电压来进行试验，从而考核绝缘的耐电强度，包括：交流耐压试验、直流耐压试验、冲击（雷电以及操作）耐压试验。

绝缘试验的基本原则： 为避免在试验中损坏设备，破坏性试验是在非破坏性试验之后进行，如果在非破坏性试验时发现绝缘已不正常，则必须查明原因并消除以后，方可进行耐压试验。

3、高电压技术的应用

HT-7超导托卡马克装置

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