西南交通大学高电压技术试题(2009年)A

西南交通大学2009－2010学年第(1)学期考试试卷

课程代码 3045680 课程名称 高电压技术 考试时间 120分钟

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一、填空题（每空1分，共20分）

1：在极不均匀电场中，击穿过程中的极性效应是 击穿电压与小曲率半

径的电极极性有关/不同极性的高场强电极的电晕起始电压的不同以及间隙击穿电压的不同 。

2：使气体分子电离因素有 碰撞电离、__光电离__及 热电离 。 3：提高气体间隙击穿电压的措施有 电极形状的改进（增大电极曲率半径、改善电极边缘、使电极具有最佳外形）、 空间电荷对原电场的畸变作用、 极不均匀场中屏障的采用（放入薄皮固体绝缘材料，如纸或纸板）、 提高气体压力的作用、高真空和高电气强度气体SF 6的采用 （答对任意四个均给分） 。

4：固体电介质击穿的主要形式有 热击穿 、 电击穿 、 电化学/电老化击穿 。

5：直流电压下电介质仅有 漏导 所引起的损耗；交流电压下电介质既有 漏导 损耗，又有 极化 损耗。

6：输电线路雷击跳闸率是指 在雷暴日数Td=40的情况下，100km 的线路每年因雷击而引起的跳闸次数。 输电线路耐雷水平表示 雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大

班 级 学 号 姓 名

密封装订线 密封装订线 密封装订线

雷电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值，单位kA。

7：变电站进线保护段的作用是限制流经避雷器的雷电流和限制入侵波的陡度。

8：局部放电的在线检测分为电测法和非电测法两大类。

9：液体电介质的极化形式有电子位移极化和偶极子位移极化两种。

二：请选出下面各题中的正确答案（将所选择的答案号填在括号内。每题2分，共28分）

1. 电晕放电是局部范围内的（ a ）

a.自持放电

b.非自持放电

c.沿面放电

d.滑闪放电

2. 变电所中变压器到避雷器的最大允许电气距离与( d )

a.侵入波的幅值成反比

b.避雷器残压成正比

c.变压器的冲击耐压值成反比

d.侵入波陡度成反比

3. 自持放电是指（ b ）

a、间隙依靠外界电离因素维持的放电过程。

b、间隙依靠自身的电离过程，便可维持间隙放电过程，去掉外界电离因

素，间隙放电仍能持续。

c、间隙放电时，无需外加电压。

4. 绝缘子的污闪是指污秽绝缘子在（ b ）下的沿面闪络

a.过电压

b.工作电压

c.雷电冲击电压

d.操作冲击电压

5. 棒-板气体间隙，保持极间距不变，改变电极上所施加的直流电压极性，

棒为正极时，击穿电压为u棒+；棒为负极时，击穿电压为u棒-，则（b ）。

a、u棒+ >u棒-

b、u棒+＜u棒-

c、u棒+＝u棒-

6. u50%表示（a ）

a、绝缘在该冲击电压（幅值）作用下，放电的概率为50%

它反映绝缘耐受冲击电压的能力。

ｂ．绝缘可能耐受的最大冲击电压。

ｃ．绝缘冲击放电电压的最大值。

7．在大气条件下，空气间隙的击穿电压随空气相对密度的增大而（c）：ａ．下降ｂ. 不变ｃ. 升高

8．选择合理的绝缘配合（b）

9．平行板电极间充有两层电介质（沿电场方向叠放），已知两电介质的相对介电系数εｒ1>εｒ2，在外加电压作用下，它们的场强分别为E1和E2则（ c ）：

a．E1= E2 b. E1> E2 c. E1< E2

10. 在一般杆塔高度线路防雷设计时采用的雷电流计算波形是（ d ）

a.斜角波

b.标准冲击波

c.半余弦波

d.斜角平顶波

11. 一入射波电压从架空线进入电缆时，节点处的（ d ）

a.电压折射系数>1

b.电压折射系数<0

c.电压反射系数>1

d.电压反射系数<0

12. 切除空载线路出现操作过电压的原因是（ b ） a ．断路器不是在电流过零开断

b ．断路器开断空载线路过程中触头间多次燃弧

c ．系统出现谐振过电压

13. 测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷是( d )。

a.绝缘整体受潮

b.存在贯穿性的导电通道

c.绝缘局部严重受潮

d.绝缘中的局部缺陷

14. 无穷长直角波作用于末端开路的单相变压器绕组时,若不考虑绕组内的

损耗, 绕组上最大电位出现在（ c ） a ．绕组首端 b. 绕组中部 c. 绕组末端 三. 简答题（每题4分，共12分） 1：叙述气体放电过程。

答：在外施电场作用下，电子崩由阴极向阳极发展，由于气体原子（或分子）的激励、电离、

复合等过程产生光电离，在电子崩附近由光电子引起新的子电子崩,电子崩接近阳极时，电离最强,光辐射也强。光电子产生的子电子崩汇集到由阳极生长的放电通道，并帮助它的发展，形成由阳极向阴极前进的流注（正流注），流注的速度比碰撞电离快。同时，光辐射是指向各个方向的，光电子产生的地点也是随机的，这说明放电通道可能是曲折进行的。正流注达到阴极时,正负电极之间形成一导电的通道，可以通过大的电流，使间隙击穿。如果所加电压超过临界击穿电压（过电压），电子崩电离加强，虽然电子崩还没有发展到阳极附近，但在间隙中部就可能产生许多光电子及子电子崩,它们汇集到主电子崩,加速放电的发展，增加放电通道的电导率，形成由阴极发展的流注（负流注）。当电子崩头部的电场比外加电压在间隙中形成的均匀电场更强时，电子崩附近电场严重畸变，电离剧烈，放电可以自行发展成流注，从而导致间隙击穿。

2：试写出单根避雷针的保护范围计算公式。

答：单支避雷针 单支避雷针的保护范围如图8-6所示，在被保护物高度h x 水平面上的保护半径r x

应按下列公式计算：

当2h h x ≥

时 p h p h h r a x x )(=-= 当2

h

h <时 p h h r )25.1(x x -=

式中： r x ——避雷针在hx 水平面上的保护半径，m ； h x ——被保护物的高度，m ；

h ——避雷针的高度，m ；

h a ——避雷针的有效高度，m ；

P ——高度影响系数，h ≤30m ，P ＝1；30m ＜h ≤120m ，h p /5.5=；当h ＞120m 时，取其等于120m 。

可计算出避雷针在地面上的保护半径：hp r 5.1x =。

3：对架空线路绝缘子串，如何确定工作电压其所需绝缘子片数？如何确定操作过电压下其所需绝缘子片数？

答：在根据杆塔机械载荷选定绝缘子型式之后，需要确定每串绝缘子的片数，以满足下列要求： a. 在工作电压下不发生污闪；

b. 雨天时在操作过电压作用下不发生闪络(湿闪)。

c. 具有一定的雷电冲击耐压强度，保证一定的线路耐雷水平。 确定绝缘子串的片数的具体做法简介如下：

（1）按工作电压下所要求的泄漏距离（爬电比距）S 决定所需绝缘子片数n 绝缘子串应有足够的沿面爬电比距以防止在工作电压下发生污闪。具体的作法是：按工作电压下所需求的泄漏距离决定所需绝缘子片数，然后按操作过电压及耐雷水平的要求进行验算。爬电比距定义如下：

kV cm U

n s /λ

=

式中 n ——每串绝缘子的片数

λ——每片绝缘子的爬电距离，cm 。 U ——线路的额定电压（有效值），kV 。

对于不同的污秽地区要求一定的爬电比距S 0，必须满足0S S ≥，否则污闪事故将比较严重，会造成很大损失。《高压电力设备外绝缘污秽等级》中把外绝缘按污染程度划分为0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级，其中0级相应于无明显污秽地区。各级要求的最小爬电比距值如表9-8所示。

由此可得出根据最高工作线电压确定每串绝缘子的片数为

λ

U

S n 01≥

（2）按内部过电压进行验算 绝缘子串除应在长期工作电压下不发生闪络外，还应耐受操作过电压的作用。即绝缘子串的湿闪电压在考虑大气状态等影响因素并保持一定的裕度后，应大于可能出现的操作过电压。通常取10％的裕度．则绝缘于的工频或操作湿闪电压U sh 为

U sh =1.1k 0U xg

式中k 0为操作过电压的计算倍数；U xg 为最高运行相电压。

四：计算题（共40分）

1：一固体电介质，其电容量C=2000pF ；tanδ=1%；绝缘电阻R=2000M Ω，求：①施加工频电压U=100kV （有效值），介质损耗为多少？②施加直流电压U=100kV ，介质损耗为多少？（10分）

解：1 交流情况下

22612cos tan 100102502000121%2062.8p ui u wcp w

?δ

ππ-===??????== （5分） 2

直流情况下

23210

69

(1010)105200010210u p w R ?====?? （5分） 2：某变电所母线接线图如下，各路出线波阻抗Z=400Ω，现有一幅值U=500kV 的无穷长直角波由其中一路出线侵入变电所，求变电所母线上电压幅值。（10分）

解：

母线上电压

/4

22/5200/4

B z U u u kV z z =?==+

3: 下图所示平原地区110kV 单避雷线线路，已知避雷线弧垂=g f 2.8m ，导线弧垂=c f 5.3m ，几何耦合系数为0.114，修正后的电晕下的耦合系数为0.143，杆塔电感16.4μH ，雷击杆塔时分流系数为0.9，线路绝缘子U 50%＝700kV ，杆塔冲击接地电阻为7欧，建弧率为0.85，保护角为25°，击

杆率为1/4，试求（1）雷击杆塔时耐雷水平；（2）绕击率及绕击耐雷水平；（3）线路的雷击跳闸率。（注：雷暴日按40=d T 进行计算，即：雷电流幅值概率

88

I

lgp =-

；百公里线路年落雷次数：()g h b 428.0N +=。单根避雷线，取b=0代入计算。 导线平均高度：c C c f H h 32-=；避雷线平均高度：g g g f H h 32

-=,雷击杆塔耐雷水平：

50%

10(1)(

)(1)2.6 2.6

g

a t c i t c U I h h L h k R k k h h ββ=

-+-+-

，绕击率：lg 3.9P α=

-）

（20分）

题３图 某110kV 单避雷线线路杆塔

解：22

(12.2 1.2 6.1) 2.817.633g g g h H f m m =-=++-?= （1分）

22

12.2 5.38.733

c C c h H f m m =-=-?= （1分）

雷击杆塔时耐雷水平为：

50%

10(1)()(1)2.6 2.6

70013.416.417.68.7

(10.143)0.97(0.143)0.9(10.114)19.5 2.68.7 2.6

63.27g a t c i t c U I h h L h k R k k h h kV

kA

ββ=

-+-+-=

-??+-??+-??

= （5分）

因为：雷电流幅值概率88

I lgp =-

所以：雷电流超过I 1和I 2的概率分别为：P 1=19%，P 2=83%。 （2分）

雷绕击于导线时的耐雷水平：

50%2700

7100100

U I kA ≈

≈ （3分）

因为：lg 3.9P α=

-

lg 3.9P α=

- 所以绕击率为： 2.62

10

0.00240.24%P α-=== （4分） 雷击跳闸率: 12120.28(4)()n n n h gp p p αη=+=+ =1190.2483

0.28(417.6)0.85()0.834100100100

????+?=?次/(100km a) （4分）