高電壓技術(shù)論文前言(2)
高電壓技術(shù)論文前言
高電壓技術(shù)論文篇二
高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與探索
摘要 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是專業(yè)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從高電壓實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展歷程、總體設(shè)計(jì)、試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置、設(shè)備配置及今后工作展望幾方面出發(fā)，對高電壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行探索和思考。
關(guān)鍵詞 高電壓技術(shù);實(shí)驗(yàn)室建設(shè);實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號：G482文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1671-489X(2012)15-0093-03
對于電氣工程專業(yè)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí)高電壓相關(guān)課程的主要目的是學(xué)會正確處理電力系統(tǒng)中過電壓與絕緣這一矛盾。課程內(nèi)容的抽象性和相對復(fù)雜性，在客觀上增大了學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握的難度。在授課過程中，需要設(shè)置相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，才能使學(xué)生建立起一定的感性認(rèn)識，更好地理解課本上的知識[1-2]。高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)，將使學(xué)生通過現(xiàn)場觀測、測試及親自動手操作，具備一定的動手能力，鞏固課堂知識，培養(yǎng)分析和解決問題的能力，提高工程素養(yǎng)及實(shí)現(xiàn)理論知識的靈活運(yùn)用，系統(tǒng)地掌握高電壓技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的理論知識和技能。本文從高電壓實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展歷程、總體設(shè)計(jì)、試驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置、設(shè)備配置及今后工作展望幾方面對太原理工大學(xué)高電壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)行探索和思考。
1 實(shí)驗(yàn)室歷程及總體設(shè)計(jì)
太原理工大學(xué)高電壓實(shí)驗(yàn)室始建于1972年，現(xiàn)有面積636平方米，固定資產(chǎn)400多萬元。目前高電壓實(shí)驗(yàn)室擁有20米(L)×12米(W)×10米(H)的高壓試驗(yàn)大廳和16個(gè)試驗(yàn)小廳，試驗(yàn)場地滿足電力系統(tǒng)高壓設(shè)備的試驗(yàn)要求。隨著時(shí)代的進(jìn)步，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也不斷與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展，為培養(yǎng)電氣工程專業(yè)學(xué)生的高電壓試驗(yàn)?zāi)芰Πl(fā)揮了巨大的作用。
20世紀(jì)70年代末，在非常艱苦的條件下，實(shí)驗(yàn)室的教師自己動手，研發(fā)生產(chǎn)了120 kV沖擊電壓發(fā)生器及沖擊電流發(fā)生器等大型設(shè)備，于1980年建成同類高校中少有的高電壓實(shí)驗(yàn)大廳。1995年，實(shí)驗(yàn)室得到學(xué)校?？钯Y助，購置直流高壓發(fā)生器、數(shù)字波形記錄儀等大型精密測試儀器，實(shí)驗(yàn)室的測試能力大大提高。2010年，學(xué)校加大對高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的投入。根據(jù)電氣專業(yè)人才培養(yǎng)的需要，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了新的規(guī)劃和建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室的裝備水平和高壓試驗(yàn)?zāi)芰Φ玫竭M(jìn)一步提高。目前實(shí)驗(yàn)室主要設(shè)備有1 000 kV沖擊電壓發(fā)生器、100 kV無局部放電工頻試驗(yàn)變壓器、250 kV工頻試驗(yàn)變壓器、60 kV直流電壓發(fā)生器、變壓器油色譜分析儀及相應(yīng)配套的先進(jìn)測試記錄儀器，并添置一批數(shù)字化測量和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備電氣參數(shù)和測控技術(shù)在山西省高校中處于領(lǐng)先的水平。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)置
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上對該課程內(nèi)容認(rèn)識的延伸和深化。高電壓技術(shù)這門課程的課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)相互依賴的特點(diǎn)更為突出，通過實(shí)驗(yàn)，不但使學(xué)生加深對理論知識的理解，而且培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、綜合分析問題和解決問題的能力[3-7]。高電壓技術(shù)課程課堂教學(xué)內(nèi)容主要分兩大部分：高電壓絕緣與絕緣試驗(yàn)和電力系統(tǒng)的過電壓及保護(hù)。課堂教學(xué)為48學(xué)時(shí)，試驗(yàn)也相應(yīng)從絕緣和過電壓兩方面入手，試驗(yàn)學(xué)時(shí)安排為8學(xué)時(shí)。
2.1 絕緣試驗(yàn)
針對課程的高電壓絕緣部分，開設(shè)4學(xué)時(shí)試驗(yàn)，主要內(nèi)容有絕緣電阻及吸收比的測量、局部放電的測量和絕緣油中溶解氣體的色譜分析。
1)絕緣電阻及吸收比的測量。絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標(biāo)之一。絕緣良好的絕緣電阻一般很高，而劣化絕緣后的絕緣電阻則明顯下降，一般用絕緣電阻表可以檢測絕緣電阻的優(yōu)劣。對于大容量試品，規(guī)定除測量絕緣電阻之外，還要求測量吸收比K：K=R60s/R15s(60 s的絕緣電阻與15 s的絕緣電阻之比)。一般認(rèn)為K≥1.3～1.5時(shí)，絕緣是良好的[8]。
2)局部放電的測量。局部放電是導(dǎo)體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電，可發(fā)生在不同介質(zhì)，放電的能量微弱，但日積月累，將引起設(shè)備絕緣老化，最后可能導(dǎo)致整個(gè)絕緣在正常電壓下發(fā)生擊穿。開設(shè)局部放電測量實(shí)驗(yàn)的目的是使學(xué)生了解局部放電產(chǎn)生的機(jī)理，掌握依據(jù)局部放電量、放電電壓判斷電力設(shè)備絕緣質(zhì)量的方法。
3)絕緣油中溶解氣體的色譜分析。通過分析絕緣油中溶解氣體的成分、含量及其隨時(shí)間而增長的規(guī)律，可鑒別故障的性質(zhì)、程度及發(fā)展情況。通過該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)習(xí)SP-3420氣相色譜分析儀的具體使用方法，掌握氣相色譜分析法的基本檢測原理，以及依據(jù)絕緣油中溶解氣體的成分及含量來判斷充油電氣設(shè)備絕緣狀況的方法，以鞏固課堂上的內(nèi)容。
2.2 過電壓的產(chǎn)生
電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中除受工作電壓的作用外，還會受到電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過電壓的影響，這就需要通過相應(yīng)的高電壓試驗(yàn)以確定電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。因此，需要在高壓實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生出相應(yīng)的試驗(yàn)電壓。本部分開設(shè)4學(xué)時(shí)試驗(yàn)，包括工頻交流耐壓實(shí)驗(yàn)和沖擊耐壓實(shí)驗(yàn)。
1)工頻交流耐壓實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生掌握YDTW-125/250型工頻試驗(yàn)變壓器的接線及操作方法，掌握工頻高電壓的幾種測量方法。
2)沖擊耐壓實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖鞘箤W(xué)生熟悉HYJD-1000kV 25kJ沖擊電壓發(fā)生器的工作原理及結(jié)構(gòu)，掌握沖擊電壓發(fā)生器的使用方法，掌握沖擊電壓的測量方法等。
通過高電壓絕緣及過電壓的實(shí)踐環(huán)節(jié)后，學(xué)生對電力系統(tǒng)高電壓技術(shù)領(lǐng)域的相關(guān)知識都會有較深刻的認(rèn)識，并能為學(xué)生將來在電力行業(yè)從事相關(guān)的工作提供一定的技術(shù)儲備。
3 實(shí)驗(yàn)室設(shè)備
太原理工大學(xué)在高電壓實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中引進(jìn)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，豐富了實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，對于教學(xué)和科研都提供了良好的環(huán)境。依托高電壓實(shí)驗(yàn)室，可以進(jìn)行高電壓試驗(yàn)設(shè)備的開放研究，高電壓試驗(yàn)數(shù)字測量與計(jì)量研究，電力系統(tǒng)過電壓、電力設(shè)備絕緣的在線檢測技術(shù)及電氣綜合實(shí)驗(yàn)。建成的實(shí)驗(yàn)室除開設(shè)課程實(shí)驗(yàn)外，還支撐學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動，可作為本科畢業(yè)設(shè)計(jì)平臺及教師科研工作基地，以發(fā)揮更高的效能。基于上述建設(shè)目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)室整體建設(shè)規(guī)劃中引進(jìn)如下設(shè)備，以更好滿足學(xué)生及科研工作需求。
3.1 HYJD-1000KV 25KJ沖擊電壓發(fā)生器
如圖1所示，HYJD-1000kV 25kJ沖擊電壓發(fā)生器是產(chǎn)生脈沖波的高電壓發(fā)生裝置。沖擊電壓試驗(yàn)是電力設(shè)備高壓試驗(yàn)的基本項(xiàng)目之一。該試驗(yàn)既可用于研究電力設(shè)備遭受大氣過電壓(雷擊)時(shí)的絕緣性能，又可用于研究電力設(shè)備遭受操作過電壓時(shí)的絕緣性能。同時(shí)，在進(jìn)行電磁兼容研究及放電機(jī)理研究等許多方面也都需要進(jìn)行沖擊電壓試驗(yàn)。目前可開設(shè)出的實(shí)驗(yàn)有雷電沖擊全波試驗(yàn)、雷電沖擊截波實(shí)驗(yàn)、操作沖擊全波試驗(yàn)等。
3.2 SP-3420A氣相色譜分析儀
色譜分析儀是應(yīng)用色譜法對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，研究物質(zhì)的物理、化學(xué)特性的儀器[9]。SP-3420A型色譜分析儀是在引進(jìn)美國Varian公司食品制造技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室用氣相色譜儀，如圖2所示。該產(chǎn)品的技術(shù)性能和技術(shù)指標(biāo)均處于國際、國內(nèi)領(lǐng)先水平，廣泛用于化工、電力、科研和教育等眾多領(lǐng)域。目前可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)有變壓器油中溶解氣體的氣相色譜分析，依據(jù)絕緣油中溶解氣體的成分及含量判斷充油電氣設(shè)備絕緣狀況的方法等。
3.3 YDTW-125/250型工頻試驗(yàn)變壓器
電氣設(shè)備絕緣在電力系統(tǒng)中會受到各種過電壓的影響，設(shè)備絕緣能否承受過電壓而不發(fā)生損壞，就必須通過相應(yīng)的高電壓試驗(yàn)以確定電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。YDTW-125/250型工頻試驗(yàn)變壓器是一種廣泛用于電力系統(tǒng)用戶現(xiàn)場檢測各種高壓電器設(shè)備絕緣性能的設(shè)備。目前可開設(shè)的實(shí)驗(yàn)有掌握交流高壓試驗(yàn)變壓器的運(yùn)行特性，掌握試驗(yàn)變壓器短路阻抗的測量方法，試品的工頻交流耐壓實(shí)驗(yàn)，試品的過壓、過流保護(hù)實(shí)驗(yàn)等。
3.4 TPH1型電磁屏蔽室
如圖3所示，TPH1型電磁屏蔽室是利用電磁波通過金屬或?qū)﹄姶挪ㄓ兴p作用的阻擋層時(shí)，會受到一定程度的衰減的原理，有效地對電子產(chǎn)品和系統(tǒng)工程進(jìn)行寬頻范圍的精密測量及電子信息保護(hù)的一種高性能設(shè)備。使用過程中應(yīng)注意：1)嚴(yán)禁在屏蔽室的波導(dǎo)孔或波導(dǎo)窗中穿入金屬導(dǎo)線;2)開關(guān)屏蔽室時(shí)，要用力均勻，切勿撞擊;3)要定期對門扇封刀和簧片部位做清潔工作;4)定期檢查屏蔽門，以確保傳動靈活;5)屏蔽室須保證可靠接地，接地電阻≦1 Ω。
3.5 DDX9101型局部放電測試儀
電氣設(shè)備絕緣的擊穿常由局部缺陷處的放電開始，對絕緣中的局部放電強(qiáng)度進(jìn)行測量成了檢測絕緣內(nèi)部缺陷的重要方法之一。DDX9101型局部放電測試儀整合所有模擬探測器的基本功能，提供局部放電合格測試的理想方案。該設(shè)備可對試品的局部放電進(jìn)行測量。
3.6 其他設(shè)備
目前實(shí)驗(yàn)室還配備有數(shù)字絕緣電阻測試儀、接地電阻測試儀、高精度LCR測試儀、自動抗干擾精密介質(zhì)損耗測量儀、真空干燥箱等，這些設(shè)備為學(xué)生消化課堂上的內(nèi)容提供了極大的便利。
4 今后工作展望
太原理工大學(xué)電氣工程專業(yè)有較長的歷史，自建校以來，就一直作為學(xué)校學(xué)科重點(diǎn)建設(shè)的專業(yè)。近5年來學(xué)校加大投入力度，通過由外引進(jìn)、對內(nèi)培養(yǎng)，高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科的師資力量得到飛速發(fā)展，現(xiàn)有教授3人、副教授4人、講師2人、助教2人、高級實(shí)驗(yàn)師2人，已形成一支師資力量雄厚，年齡和知識結(jié)構(gòu)合理，教學(xué)水平高、教學(xué)效果好的教學(xué)科研隊(duì)伍。
今后配合學(xué)校高電壓與絕緣技術(shù)學(xué)科的發(fā)展，從滿足本科教學(xué)和教師、研究生科研的需求出發(fā)，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)繼續(xù)從實(shí)驗(yàn)人員培養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新及實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)3個(gè)方面進(jìn)行規(guī)劃，大力促進(jìn)該電氣工程專業(yè)和學(xué)科的發(fā)展，擴(kuò)大在國內(nèi)的影響力。
5 結(jié)語
高電壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)室通過近些年的發(fā)展，大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備及新型檢測裝置的使用，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，提高了學(xué)生的理論水平，在培養(yǎng)學(xué)生思考問題、解決問題的能力上取得很大成功，鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。同時(shí)，新設(shè)備的引進(jìn)，對學(xué)生的科技創(chuàng)新活動和教師及研究生的科研工作也起到巨大推進(jìn)作用，取得一系列成果。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，今后將不斷推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的改革，推進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，以適應(yīng)社會對人才培養(yǎng)的需要。
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