湖南大学2016高电压绝缘期末考试试卷与答案

湖南大学课程考试试卷 课程名称：  高电压绝缘技术  ；课程编码：      ；试卷编号：  ；考试时间：120分钟 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 总分 应得分 10 15 30 30 15           100 实得分                     评分： 评卷人                                             一、 选择题（每题1分，共计10分） 1．流注理论未考虑（  B    ）的现象 A．碰撞游离    B．表面游离      C．光游离      D．电荷畸变电场 2．电晕放电是一种（  D    ）。 A．滑闪放电                  B．非自持放电 C．沿面放电                  D．自持放电 3．沿面放电电压与同样距离下的纯空气间隙的放电电压相比总是（ B   ） A．高                        B．低 C．相等                      D．不确定 4．下列电气设备中容易产生滑闪放电的是（ B ）。 A．针式绝缘子      B．瓷套管 C．悬式绝缘子      D．支柱绝缘子 5．以下哪个不是发生污闪最危险的气象条件 （ C  ） A．大雾                    B．毛毛雨  C．大雨                    D．凝露  6．SF6气体具有较高绝缘强度的主要原因之一是 （  D ） A．无色无味性                B．不燃性 C．无腐蚀性                  D．电负性 7．下列不同类型的过电压中，不属于内过电压的是（　 D　）。 A．工频过电压    B．操作过电压 C．暂时过电压    D．大气过电压 8．液体绝缘结构中，电极表面加覆盖层的主要作用是（ D  ）。 A．分担电压             B．改善电场 C．防潮                 D．阻止小桥形成 9．极化时间最短的是 （  A   ） A．电子式极化                  B．离子式极化 C．偶极子极化                  D．空间电荷极化 10．下列不属于破坏性试验的是（ A  ） A．介质损耗角正切测量 C．交流耐压试验 B．直流耐压试验 D．冲击耐压试验 二、填空题 （每空1分，共计15分） 1． 气体放电中带电质点的消失方式主要有：（  扩散 ）和（  复合  ） 2． 不均匀电场中，放电产生的空间电荷对原电场形成畸变，同一间隙在不同电压极性下的电晕起始电压不同，击穿电压也不同，这种现象称为放电的（极性效应） 3． 气体间隙击穿，不仅需要外施电压高于临界击穿电压，还需电压维持一定时间。从施加临界电压开始至间隙击穿所需时间称为（ 放电时延  ） 4． 电力系统内部过电压分为暂时过电压和（ 操作过电压  ） 5． 标准雷电冲击电压波形中波前时间和半波峰值时间分别为（ 1.2μs）和（ 50 μs） 6． 描述电介质电气特性的四个基本参数是：电导率、击穿场强、（介损正切角）、（ 介电常数） 7． 随电压作用时间的不同，固体电介质的击穿有三种形式，即电击穿、（ 热击穿）、（ 电化学击穿） 8． 电气设备绝缘缺陷可以分为两大类：（ 集中性缺陷   ）、（ 分布性缺陷  ） 9． 电气设备的预防性试验可分为两大类：（ 破坏性试验 ）、（ 非破坏性试验） 三、简答题 （每题6分，共计30分） 1．说明为什么加装均压环后绝缘子柱电压分布可以得到改善。并在答题纸上分别近似作出两种情况下电压的实际分布曲线（6分） 答：绝缘子的金属部分与接地铁塔或带电导体间有电容存在，使得绝缘子的电压分布不均匀，同时存在对地电容和杂散电容。而对地电容的影响比杂散电容大，故绝缘子串中靠近导线的绝缘子电压降最大，距离导线越远的绝缘子电压降逐渐减小；靠近铁塔横担时，杂散电容作用明显，电压降又有所升高，即绝缘子串长度越长，串联片数越多的，电压分布越不均匀。采用均压环增加了绝缘子对导线的电容，可以改善电压分布。（3分）。 两种情况下的电压实际分布曲线如下所示（3分）。 2．什么是伏秒特性？若选用避雷器S1保护变压器S2，为达到良好的绝缘配合，请画出这两种设备的伏秒特性曲线示意图（6分） 答：(1）伏秒特性是指在同一冲击电压波形下，击穿电压值与放电时延（或电压作用时间）有关的特性（3分）。 （2） S1为避雷器、S2为被保护变压器（3分）。 3．提高气体间隙击穿电压的主要有哪些（6分） 答：主要措施有以下六种： （1）改进电极形状以改善电场分布；（2）利用空间电荷畸变电场的作用；（3）极不均匀电场中利用屏蔽的作用；（4）采用高气压；（5）采用高电气强度的气体；（6）采用高真空的环境（每项1分）。 4．简述绝缘子的种类，各种绝缘子的优缺点和应用场合（6分） 答：绝缘子是用作带电体和接地体之间的绝缘和固定连接。按材料分：瓷绝缘子、玻璃绝缘子、复合绝缘子；按结构分：悬式绝缘子、柱式绝缘子、套管绝缘子、针式绝缘子、瓷横担绝缘子等。（3分） 瓷绝缘子：工艺简单、价格便宜、使用寿命长，但是易积污，容易出现零值。 玻璃绝缘子：机械强度高，生产工艺成熟、价格较低、零值自爆。不适宜在城市等地方使用。 复合绝缘子：憎水性强、防污性能好、机械强度高、重量轻、无需检零。但是易老化，寿命较短。（3分） 5．简述绝缘配合的原则和基本方法（6分） 答：绝缘配合原则（3分）：绝缘配合就是根据设备在系统中可能承受的各种电压，并考虑限压装置的特性和设备的绝缘特性来确定必要的耐受强度，以便把作用于设备上的各种电压所引起的绝缘损坏和影响连续运行的概率，降低到在经济和运行上能接受的水平。绝缘配合要求在技术上处理好各种电压、各种限制措施和设备承受能力之间的配合关系，以及经济上协调设备投资费、运行维护费和事故损失费三者之间的关系。 绝缘配合的基本方法（3分）：（1）惯用法；（2）统计法；（3）简化统计法。 四、计算题（每题10分，共计30分） 1. 平行平板电容器电极间有两种介质，界面和电极平行。其中固体介质厚5mm, ,绝缘电阻率ρ=1016Ω?cm；液体介质厚3mm， ，ρ=5*1015Ω?cm。问极间施加工频电压（有效值）10kV和直流电压10kV时介质中场强分别为多大？（10分） 答：交流情况下（5分）： 直流情况下（5分）： 2．处于清洁区（0区、λ=1．39）的某110kV线路采用XP-10型悬式绝缘子（几何爬电距离L0=29cm），试按照架空输电线路绝缘配合中工作电压要求计算应有的绝缘子片数。（10分） 答：                      所以绝缘子片数为6片（写出公式：8分，答案正确：10分） 3．设平行平板电极间为真空时电容为0．2μF。现放入相对介电常数 的固体电介质，加上工频10kV电压后，实验测得其介质损耗有450W，试计算放入平板电极间固体电介质的损耗角正切值 。（10分） 解：        （2分） （8分） 五、综合题（15分） 变压器是电力系统最主要的供电设备，其可靠运行程度直接关系到电电网的安全。2013年6月，雷雨天气，某枢纽变电站500kV油浸式变压器由于绝缘缺陷，出现故障停电。请结合电气设备绝缘的预防性试验方法，设计相关的试验，对该变压器进行诊断分析。 答：可采用多种电气设备绝缘预防性试验对该变压器进行综合诊断分析： （1）采用兆欧表，测量变压器的绝缘电阻和吸收比。若绝缘不良或受潮时，绝缘电阻值较低，吸收过程较快；若绝缘良好，绝缘电阻值较高，吸收过程现对较慢（2分）。 （2）为判断该变压器是否出现受潮，穿透性导电通道，绝缘脏污或劣化等缺陷，可采用西林电桥法，测量变压器绝缘的介质损耗角正切值tanδ。西林电桥原理如图1所示（3分）。 图1 西林电桥原理图 （3）变压器油气相色谱试验：绝缘油是变压器绝缘的重要组成部分。当变压器内部有局部过热或局部放电等缺陷时，绝缘附近的绝缘将会分解而产生气体，并不断分解溶于绝缘油中。可取出该变压器的油样，采用气相色谱法检查油样内所含气体的组成和含量，进而判断变压器内部的绝缘缺陷（4分）。 （4）局部放电测试：变压器运行时，若发生绝缘缺陷，在工作电压的作用下，将产生局部放电，并伴随电、光、噪声、化学现象。针对该变压器，可采用平衡检测回路测量局部放电视在放电量和放电能量，检测变压器内部的绝缘状况，或采用超声波探测法，诊断变压器是否存在绝缘缺陷。局部放电的模型如下图所示（4分）。 图1 局部放电的等效电路 （5）应用在线监测技术，实时测量变压器绝缘的tanδ、局部放电、油中溶解气体含量，进行变压器绝缘诊断（2分）。